Transistor

Thèmes:

Général
Fonctionnement du transistor
Le transistor comme interrupteur
Le transistor comme amplificateur
Caractéristique du transistor
Exemple de circuit avec une caractéristique
Transistor Darlington

Général:
Les transistors ont 2 applications différentes, ils sont utilisés comme :

Amplificateur (pensez à un amplificateur audio)
Commutateur (un transistor peut commuter très rapidement de grandes puissances et est utilisé, entre autres, dans les appareils de commande des voitures).

Les transistors sont contrôlés avec du courant. Dans les microprocesseurs, par exemple, on souhaite maintenir le courant aussi bas que possible en raison du développement de chaleur. Le MOSFET est souvent utilisé à cet effet.

Il existe 2 types de transistors, à savoir le transistor NPN et le transistor PNP. Ceux-ci sont décrits ci-dessous.

Transistor NPN :

Le B signifie « Base », le C pour « Collector » et le E pour « Emitter ».
Avec le transistor NPN, la flèche pointe vers le transistor. Ce transistor est souvent utilisé lorsqu'il s'agit d'un « circuit de masse », où l'émetteur est connecté à la terre.

Transistor PNP :

Avec le transistor PNP, la flèche pointe vers le transistor. Un mnémonique utile pour PNP est « Arrow to Plate ».

Fonctionnement du transistor :
Dans la technologie automobile, le transistor est le plus souvent utilisé comme interrupteur, nous allons donc en discuter plus en détail maintenant. Prenons comme exemple un transistor NPN.

L'image montre la base à gauche, au-dessus du collecteur et en dessous de l'émetteur. Lorsqu'un courant de base commence à circuler (flèche bleue), il suit son chemin vers l'émetteur. Cela provoque également le flux d'un courant de collecteur vers l'émetteur. Dès que le courant de base disparaît, le courant du collecteur vers l'émetteur s'arrête également.
Si la moitié du courant de base circule, la moitié du courant (par rapport à I max.) circulera également. Il est donc bien visible que le courant commuté dans le transistor (de C vers E) dépend entièrement de la hauteur de B.
Un transistor présente toujours des pertes de tension dues à la transition PN. Entre la base et l'émetteur, il y a 0,7 Volt et entre le Collecteur et l'Émetteur 0,3 Volt.

Le transistor comme interrupteur :
Dans l'exemple suivant, une lampe de 12 volts / 5 watts est commandée par un transistor. La tension de UB1 (source de tension 1) est la tension de la batterie de 12 volts. La lampe est reliée à la terre. La base du transistor est contrôlée avec UB2 ; « la source de tension 2 » de 6 volts.
La tension de perte entre collecteur – émetteur (UCE) est de 0,3 volts et entre base – émetteur (UBE) de 0,7 volts. Nous verrons cela reflété dans le calcul ci-dessous. Le facteur d'amplification est fixé à 200. Celui-ci peut toujours varier. Le facteur de gain est le rapport entre le courant de base et le courant collecteur-émetteur.

Un circuit doit toujours être construit avec une certaine résistance (RB dans le schéma ci-dessus). Si cette résistance n’était pas là, le transistor tomberait immédiatement en panne. La valeur que doit avoir la résistance RB dépend de tous les facteurs ; à savoir les tensions sur UB1 et UB2 et le courant nécessaire aux composants (résistances ou lampes), etc. Nous allons maintenant calculer la résistance de charge RB.

Pour calculer la résistance de charge RB, il faut d'abord calculer la résistance traversant la lampe.

Maintenant que la résistance RL est connue, le courant du collecteur (IC) peut être calculé.

UCEsat signifie « saturation », ou en d'autres termes ; saturation. Dès que le transistor est passant, il y a une chute de tension de 0,3 volts entre les points C et E (Collecteur – Émetteur).

L'étape suivante consiste à déterminer le courant de base (IB) :

Une marge de sécurité (IBK) de 1,5 x IB s'applique à chaque circuit à transistor. La valeur de IB doit donc être à nouveau multipliée par 1,5. La raison en sera expliquée plus tard.
Le courant de base ne représente que 12 % du courant collecteur-émetteur. Il est désormais clairement visible qu'un transistor peut être transformé en un courant principal important à partir d'un petit courant de basse.

Maintenant que tous les courants du diagramme sont connus, la résistance RB peut être calculée.

UBE est la tension entre la base et l'émetteur. En raison du matériau conducteur du transistor, il y a toujours une chute de tension de 0,7 Volt entre les points B et E.

Il n'existe pas de résistances standard d'exactement 1,74k (kilo-Ohm). Il faut donc choisir une résistance standard avec une valeur différente. Le choix doit être fait parmi les résistances disponibles de la série E12.

La résistance requise de 1,74k est comprise entre 1,5k et 1,8k. Dans ce cas, la valeur de résistance la plus basse doit être choisie ; pour 1,5k. Ceci permet de garantir que le vieillissement et l'usure des composants n'affectent pas les courants dans le circuit.

Le transistor comme amplificateur :
Le transistor peut être utilisé comme amplificateur. Le courant de base peut être modifié en tournant un potentiomètre. En faisant varier le courant de base, la tension de gain, et donc la tension aux bornes du collecteur-émetteur, change.

Caractéristique des transistors :
Une caractéristique peut être faite d'un transistor NPN, voir l'image ci-dessous :

1er quadrant (en haut à droite) = UCE – IC
La ligne monte jusqu'à 0,3 volt. Cette zone est UCEsat (saturation des transistors). Ensuite, la ligne est presque horizontale.

2er quadrant (en haut à gauche) = IB – IC
La connexion entre UB et IC est indiquée ici. IC = HFE x IB, avec cette caractéristique HFE = 10, donc IC est 10 fois plus grand que IB. Le facteur de sécurité IB = 1,5 x IBK n'a pas encore été pris en compte.

3er quadrant (en bas à gauche) = UBE – IB
La chute de tension entre la base et l'émetteur d'un transistor est la tension de seuil d'une diode. La tension de seuil est de 0,7 Volt. A partir de cette tension, le transistor commence à conduire et le courant de base IB commence à circuler. Cela peut également être attribué à la caractéristique.

Exemple de circuit avec une caractéristique :
Il est maintenant temps de passer à un exemple (simple) de circuit avec une caractéristique de transistor associée. L'IB = 1,5 x IBK est inclus ici, ce qui donne une ligne horizontale sur l'axe de l'IB. Dans le circuit ci-dessous, UB1 est la tension de la batterie et UBE (tension base-émetteur) provient d'un interrupteur ou d'un signal dans un dispositif de commande. Pour calculer le courant sur UBE, il faut d'abord calculer le courant IC (courant du collecteur) ;

Nous savons maintenant qu'un courant de 15 mA doit circuler sur la base du transistor pour que le transistor (avec les UB1 et RB mentionnés) soit pleinement conducteur, facteur de sécurité compris. La caractéristique peut alors être complétée :

Dans cette caractéristique, on peut voir que l'IB (courant sur la base) augmente jusqu'à 10 mA. Cette partie, de 0 à 10 mA, est calculée avec la formule : IB = IC : HFE. La ligne s'étend alors complètement horizontalement de 10 à 15 mA. Cette partie correspond au facteur de gain de 1,5 (issu du calcul de IB = 1,5 x IBK). Avec un courant de base de 15 mA, un courant de collecteur (IC) de 1000 XNUMX mA circule.

Transistor Darlington :
Un dispositif de commande envoie un courant de base au transistor. Un transistor peut être rendu conducteur par un dispositif de commande avec un courant de 0,1 à 0,5 mA. Lorsque nous voulons contrôler un actionneur qui nécessite un courant élevé, le calculateur ne peut pas fournir le courant requis pour le transistor. Le courant primaire d'une bobine d'allumage est d'environ 8 ampères. Le courant de commande devra être amplifié pour rendre le transistor conducteur. Cela pose un problème : le microprocesseur ne peut pas fournir le courant souhaité au transistor.

Au moyen d'un transistor Darlington, un petit courant de commande provenant de l'ECU peut être utilisé pour commuter un courant important vers l'actionneur.

Le transistor Darlington est composé de deux transistors connectés ensemble dans un seul boîtier.
Le courant collecteur-émetteur de T1 fournit le courant de base de T2. Il en résulte un facteur de gain important, car les facteurs de gain des deux transistors peuvent être multipliés ensemble.
Un très petit courant de base de T1 (seulement un dixième de milliampère) suffit souvent à rendre T2 conducteur.

Le facteur de gain en courant (Hfed) du transistor Darlington est souvent compris entre 1000 10.000 et XNUMX XNUMX. La formule pour calculer le facteur de gain d'un transistor Darlington est la suivante :

Hfé = Hfe1 * Hfe2

Avantage : grâce au grand facteur d'amplification du courant (Hfed), un faible courant de commande peut suffire à rendre conducteur le transistor Darlington ;
Inconvénient : La tension base-émetteur du circuit Darlington est le double de celle d'un seul transistor. La chute de tension du transistor Darlington est donc considérablement supérieure à celle d'un seul transistor.

Dans la section « Signaux de sortie » de la page Circuits d'interface des exemples et des applications du transistor Darlington sont donnés.

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