Question

IB = ?

IC = ?

    Réponse

IB = IE / (b + 1) = 915 mA / (60 + 1) = 15 mA

IC = b IB = 60 x 15 mA =900 mA ou IC = IE – IB = 915 mA – 15 mA = 900 mA  

Exemple 3 :

   Question

IB = ?

IE = ?

    Réponse

IB = IC / b  = 2 mA / 80 = 25 mA

IE = IC + IB = 2mA + 25 mA =2.025 mA  

Exemple 4 :  

    Question

    IB = ?

    IC = ?

    Réponse

IB = IE / (b + 1) = 5.02mA / 251 = 20 mA

IC = b IB = 250 x 20 mA =5 mA

  Montage Darlington  

On peut grouper des transistors ensemble afin d’avoir un gain en courant plus grand. On se sert du courant amplifié de l’un (IEQ1) pour commander la base de l’autre IBQ2. Ils se branchent comme ceci : 

 Le courant d’émetteur du premier transistor IEQ1 est le courant de base du deuxième transistor IBQ2 qui le multiplie à son tour par son facteur b2. 

Exemple 1 :

Question

Trouver ICQ1, IEQ1, IBQ2, ICQ2, IEQ2, IT, IT / IBQ1 et est-ce que IBQ1 + IT = IEQ2 ?

Réponse

ICQ1 = b1 IBQ1 = 100 X 20 mA = 2 mA

IEQ1 = IBQ1 + ICQ1 = 2 mA + 20 mA =2.02 mA

IBQ2 = IEQ1 = 2.02 mA

ICQ2 = b2 IBQ2 = 2.02 mA x 75 = 151.5 mA

IEQ2 = IBQ2 + ICQ2 = 2.02 mA + 151.5 mA = 153.52 mA

IT = ICQ1 + ICQ2 = 2 mA + 151.5 mA = 153.5 mA

IT / IBQ1 = 153.5 mA / 20 mA = 7675

IBQ1 + IT = 20 mA + 153.5 mA = 153.52 mA = IEQ2 (nœud de courant)  

Exemple 2 : (montage alpha ou darlington complémentaire)

Question  

Trouver ICQ1, IEQ1, IBQ2, ICQ2, IEQ2 et IT

Réponse

ICQ1 = b1 IBQ1 = 75 X 10 mA = 750 mA

IEQ1 = IBQ1 + ICQ1 = 10 mA + 750 mA =760 mA

IBQ2 = ICQ1 = 750 mA

ICQ2 = b 2 IBQ2 = 50 x 750 mA = 37.5 mA

IEQ2 = IBQ2 + ICQ2 = 750 mA + 37.5 mA = 38.25 mA

IT = ICQ2 + IEQ1 = 37.5 mA + 760 mA = 38.26 mA  

Le transistor est un composant actif qui sera utilisé pour commuter des courants ou des tensions, amplifier, transposer des fréquences, les mélanger, commander un relais et mille autres choses encore.  

Rappel sur la loi d'Ohm:

Observez attentivement le montage ci-dessus, 2 résistances et une diode. L'ensemble est alimenté par une tension de 10V et un courant I y circule. 

Nous mesurons les chutes de tension aux bornes de chaque élément, les valeurs lues sont indiquées directement à droite de la diode. Plus loin, nous avons les valeurs lues en prenant la masse comme référence. Soyez certain de bien comprendre ce schéma, c'est très important même si cela paraît simple pour l'étude du transistor. 

Voici quelques exemplaires de transistors courants. Comme vous l'imaginez, il existe une normalisation des boîtiers et des livres donnant les caractéristiques des milliers de modèles en circulation actuellement (exemple : NTE). Outre les caractéristiques électriques, on y trouve le brochage de nos précieux composants. Vous trouverez aussi, la majorité des caractéristiques des composants sur le net.

4.  Caractéristiques

• Montage de test :

Le temps est venu de relier notre transistor à une source de tension et d'observer ce qui se passe. Pour ce faire nous allons réaliser un petit montage de test avec un transistor petits signaux tout à fait classique. Nous allons essayer de voir ce qu'est justement l'effet transistor.

Nous observons que quand notre transistor est correctement polarisé (les tensions sont dans le bon sens et de valeurs adéquates), un courant de base I_B de quelques µA circule dans la jonction Base - Émetteur. Comme il s'agit d'une jonction, on retrouve une chute de tension de 0,6-0,7 V. Nous constatons également qu'un courant I_C beaucoup plus important circule du collecteur vers l'émetteur. En faisant diverses expériences on démontre qu'une relation liant I_C et I_B existe. Nous constatons enfin que le courant émetteur est le plus important des trois et est égal à la somme de I_C et I_B.  

Retenons les deux relations ci-dessous :

I_E = I_C + I_B

IC = b I_B  

Les sources de tension sont variables, nous allons donc les faire varier et mesurer à chaque fois V et I. Ceci nous permettra de tracer des courbes fort utiles à la compréhension du fonctionnement du transistor.

• Caractéristique de base du transistor:

La caractéristique de base du transistor est la caractéristique du courant IB fonction de la tension VBE. Nous l'avons déjà dit, il s'agit d'une diode et vous retrouverez sans surprise la courbe bien connue de la diode sens passant.

• Caractéristique de collecteur :

1^ère Expérience  

Nous réglons le courant de base à 5 µA. Ceci provoque un courant de collecteur de 1 mA. Maintenant nous faisons varier la source de tension VCC, c-à-d celle qui alimente le collecteur du transistor. À chaque variation nous notons IC et VCE, c-à-d la tension entre collecteur et émetteur et nous obtenons le résultat important suivant : le courant IC reste constant sur une grande plage malgré la variation de la tension de collecteur.

2^ème expérience  

Reproduisons l'expérience ci-dessus mais en augmentant à chaque fois le courant de base et reportons nos points de mesure sur le même graphique. Cela nous donne ceci. Nous constatons que le gain en courant du transistor b est sensiblement constant (rapport IC/IB). Plus VCE croît, moins la partie rectiligne est importante. Nous retiendrons que le courant collecteur est dépendant du courant de base.

• Caractéristique du gain en courant :  

Nous avons vu que le courant collecteur était lié au courant de base par le gain en courant b du transistor. Ce dernier fortement affecté par la température. Quand la température du transistor croît, le gain b croît. Ce phénomène peut conduire à l'emballement thermique (b croît donc IC croît, la température du transistor croît, ce qui provoque une augmentation de b etc.)

Selon le transistor, b augmente du simple au triple sur la gamme du courant du transistor. 

• Les zones extrêmes de fonctionnement du transistor :

En observant la caractéristique de collecteur du transistor, on voit trois zones de fonctionnement :

Zone 1 : La première partie de la caractéristique (celle comprise entre 0 et le coude) s’appelle région de saturation. La diode “collecteur” entre en polarisation directe, l’effet transistor n’a pas lieu. VCE est de quelques dixièmes de volt (VCES = 0.2 à 0.4 volt)  

Zone 2 : La deuxième partie s’appelle région active. C’est dans cette zone que le transistor doit fonctionner. La diode “collecteur” doit être polarisée en inverse, pour cela il faut que VCE soit supérieur à 1 volt.  

Zone 3 : La troisième partie est la zone de claquage qui est la zone à éviter absolument.  

Lorsqu’on consulte la fiche signalétique d’un transistor, commencer par lire les valeurs limites (courant, tension et puissance).  

Exemple : valeurs limites du transistor 2N3904  

VCEO = 40 V  

VCB = 60 V

VEB = 6 V

IC = 200mA

PD = 310 mW             avec     PD = VCE x IC

Toutes les tensions limites sont des tensions inverses de claquage.  

• Point de fonctionnement du transistor  

Pour visualiser le point de fonctionnement d'un transistor, il suffit de tracer la droite de charge. Nous l'avons déjà fait pour la diode. Pour ce faire, nous aurons besoin de la caractéristique de collecteur du transistor et de deux points représentatifs donnés par deux équations tirées de la loi d'Ohm.    

Application pratique : 

Écrivons l’équation du courant collecteur qui sera également l'équation de la droite de charge. 

            VCC – VCE

IC = ---------------------

                 RC 

Explications:  

La résistance RC est parcourue par le courant collecteur IC. Pour connaître la valeur de celui-ci, nous devons déterminer la chute de tension aux bornes de cette résistance. 

La tension d'alimentation VCC est égale à la somme des tensions partielles suivantes: VRC (tension aux bornes de la résistance, provoquée par le passage du courant IC) + VCE (tension collecteur émetteur du transistor). Cette tension VCE étant égale à VCC - VRC. Nous ne faisons qu'appliquer la loi d'Ohm. 

Nous savons donc que IC = (VCC - VCE) / RC. 

Prenons les deux hypothèses suivantes : 

VCE = 0, IC sera égal = VCC / RC. Ce point sera le point de saturation du transistor (IC est maximum). 

Ic = 0 alors VCE = VCC, ce point sera le point de blocage du transistor. 

Grâce à ces deux points nous pouvons tracer la droite de charge statique qui aura cette allure: 

Que nous enseigne cette figure ? 

Nous reconnaissons la caractéristique de collecteur, là pas de problème. Nous avons deux points significatifs, l'un appelé point de saturation, l'autre appelé point de blocage. 

Le point de saturation est le point ou la tension VCE atteint une valeur proche de 0. Ceci est dû au fait que la chute de tension aux bornes de RC augmente ce qui diminue VCE. (VCE = VCC –RC IC) 

Le point de blocage est le point où la tension VCE atteint la tension d'alimentation VCC, plus aucun courant de collecteur ne circule (hormis un ridicule courant de fuite négligeable). Ce point est atteint quand IB = 0 

Notre transistor pourra fonctionner en interrupteur, il sera complètement ouvert et laissera passer le courant ou complètement fermé et ne le laissera pas passer. Pour ce faire il faudra passer soit au régime saturé soit au régime bloqué, en aucun cas dans un régime intermédiaire. Il pourra également fonctionner entre ces deux points, dans le cadre d'un amplificateur, dans ce cas on cherchera à éviter ces zones extrêmes que sont la saturation et le blocage. 

Pour se souvenir de cette notion de transistor fonctionnant en commutation, on dit également qu’il fonctionne en tout ou rien. Imaginez un interrupteur entre collecteur et émetteur, si l'on place aux bornes de cet interrupteur un voltmètre, on mesurera la tension d'alimentation quand il est ouvert et une tension quasi nulle quand il est fermé. 

Retenons :

            Le courant collecteur dépend du courant de base.

            Le courant Émetteur = courant de Base + courant Collecteur. (IB est souvent négligeable devant IC)

                                 IC = b x I_B

                                            IE = IC + IB

            Le transistor utilisé en commutation fonctionne aux points de saturation et de blocage.

            La commande du transistor s'effectue par le courant de base en polarisant la jonction B-E 

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