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8/ Le transistor en mode saturé

J'ai besoin de :

Le transistor est un composant à 3 pattes :

  • Le collecteur
  • La base
  • L'émetteur.

Il existe 2 types de transistor : le NPN et le PNP.

Voici leur schéma électronique : 

Il existe plusieurs type de boitiers, voici 2 exemples :

Le transistor peux fonctionner en 2 modes : 

  • Mode linéaire (principalement dans le but d'amplifier un signal)
  • Mode saturé, le transistor devient l'équivalent d'un interrupteur ouvert / fermé (commandé par sa base).

Caractéristiques

Il faut toujours consulter la datasheet (doc technique) du transistor pour connaitre ses limites.
Voici quelques valeurs importantes :

  • Collector Current − Continuous (Ic Max). Correspond au courant maximum que le collecteur du transistor peux supporter.
    Pour le 2N2222 = 600mA

  • DC Current Gain (β ou Hfe). Correspond au coefficient multiplicateur entre le courant de base et collecteur en mode linéraire.
    Ic = β x I
     
    Le gain varie d'un transistor à l'autre et en fonction de la température et du courant de collecteur.

  • Collector - Emitter Saturation Voltage (Vce sat). Correspond à la tension entre collecteur et emetteur lorsque le transistor est saturé.

  • Base - Emitter Saturation Voltage (Vbe sat). Correspond à la tension entre la base et l'émetteur lorsque le transistor est saturé.

    • Exemple pour le 2N2222 :

VCE (tension collecteur - emetteur) ≈ 0,3 V
VBE (tension base - emetteur) ≈ 0,6 V
Ib = Ic / 10

Configuration en mode saturé.

Voici, par exemple, comment brancher un transistor NPN ou PNP en mode saturé.

Utiliser un transistor en mode saturé, permet :

  • de séparer la partie signal de la partie alimentation.
  • de faire circuler un courant plus important que celui fourni par le signal
  • d'utiliser une tension différente dans notre charge (exemple moteur alimenté en 12 volts, piloté par un arduino en 5V).

Exemple : L'arduino peux fournir 40 mA par sortie. Si on souhaite brancher un moteur qui consomme 100mA, nous ne pouvons pas le brancher directement sur sa sortie. On utilisera donc un transistor en mode saturé pour commander le moteur. Cela permettra de protéger également l'arduino contre une surtension.

Calcul des résistances Rc et Rb.

  1. On doit d'abord connaitre le courant traversant le collecteur (Ic).
    1. Soit on force sa valeur par l'intermédiaire d'un résistance Rc
      Rc = ( Vcc - Vce ) / Ic.
    2. Soit on le calcule en connaissant la résistance de charge présent sur le collecteur.
      Ic = (Vcc - Vce) / Rc

  2. Ensuite on calcule le courant Ib et donc la résistance Rb.
    Ib = Ic / 10 (consulter la datasheet pour connaitre le coefficient, dans le cas d'un 2N2222 on utilise 10).
    Rb  = (Vsignal - Vbe) / Ib

Exemple 1 : 


Dans notre exemple nous souhaitons une valeur Ic = 20 mA.

Rc = (Vcc - Vled - Vce ) / Ic = (5 - 1,6 - 0,3) / 0,02 = 155 Ω (on va prendre la valeur normalisée de 150 Ω).

Ib = Ic / 10 = 0,02 / 10 = 0,002 A (soit 2mA)

Rb = (Vsignal - Vbe) /  Ib = (5 - 0,6) / 0,002 = 2200 Ω (on va prendre la valeur normalisée de 2,2kΩ).

 

Exemple 2

Dans cet exemple on va piloter un moteur qui consomme 0,2 A (Soit 200mA).

  • Quand on alimente un moteur, son axe se met en rotation.
  • Lorsque on coupe l'alimentation, l'axe continue à tourner, par inertie, pendant un court instant. Pendant ce laps de temps, le moteur devient source de tension et produit donc un courant (principe de la dynamo).
  • Donc si on ne protége pas le transistor, lors de l'arret du moteur, celui peux envoyer un courant dans le transistor et l'endommager.
  • On utilise donc une diode (D1), appelé diode de roue libre, qui va encaisser cette tension parasite. On utilise de préférence une diode Schottky, qui commute plus vite qu'une simple diode.

On connait Ic = 0,2 A.

Ib = Ic / β = 0,2 / 10 = 0,02 A

Rb = (Vsignal - Vbe) /  Ib = (5 - 0,6) / 0,02 = 220 Ω.