BTS ATI CONSTRUCTION ELECTRIQUE 1/4 TRANSISTOR EN COMMUTATION 1. DEFINITION: La commutation consiste à établir ou couper un circuit permettant la circulation d'un courant. Elle est réalisée à l'aide d'un commutateur. Fonction à réaliser : permettre par une commande électrique de faible puissance un transfert d’énergie entre un générateur et un récepteur. Commutateur parfait : Chute de tension négligeable à l’état passant (V = 0) Courant négligeable à l’état bloqué (I = 0) En technologie électrique la commutation peut être réalisée par des contacts de relais (ou contacteurs). En technologie électronique on utilise le fonctionnement en commutation des transistors : pour la commande de puissance (moteurs). pour le traitement des signaux numériques. pour réaliser les opérateurs logiques : circuits intégrés. La commutation électronique utilise également d'autres composants : diodes thyristors triacs transistors MOS, IGBT… 2. LE TRANSISTOR BIPOLAIRE 2.1. Constitution : Un transistor bipolaire est constitué par un cristal semi-conducteur ( Germanium ou silicium ) comportant trois zones dopées différemment de façon à former : Soit de 2 zones dopées N (phosphore, arsenic, antimoine) séparées par une zone dopée P (bore, gallium, indium), c’est le transistor NPN. Soit de 2 zones dopées P séparées par une zone dopée N, c’est le transistor PNP. NPN PNP C Collecteur C Collecteur IC IC P N IB P N Base VCE B N P VBE B IB VCE VBE Emetteur Emetteur E Lycée G. Apollinaire Base Transistor en commutation E BTS ATI CONSTRUCTION ELECTRIQUE 2.2. 2/4 Principe de fonctionnement : Vcc Transistor NPN Rc collecteur Rb Ic Ib Vce base émetteur Ve Vs Ie Un courant de base Ib provoque la conduction du transistor (donc la présence de Ic et Ie). Relations principales : Ib + Ic = Ie Vcc = Vce + Rc.Ic Ve = Vbe + Rb.Ib Pdissipée = Vce.Ic Selon la valeur de Ib on distingue trois régimes de conduction : blocage linéaire saturation fonctionnement non linéaire saturation du transistor Ic Icsat fonctionnement linéaire amplification en courant 0 Ibsat transistor bloqué 2.3. Les régimes de fonctionnement : 231 Régime de blocage (état bloqué): condition : Ib = 0 Très grande résistance ( quelques M )entre Emetteur et Collecteur Le transistor est équivalent à un interrupteur ouvert. d'où : Ic = 0 Vce = Vcc Puissance dissipée par le transistor = Vcc x Ic = 0 Lycée G. Apollinaire Transistor en commutation Ib BTS ATI CONSTRUCTION ELECTRIQUE 3/4 RC RC IC= 0 IC= 0 C IB = 0 B Vcc VCE Vcc VCE E VBE 232 Régime linéaire (amplificateur) condition : 0 < Ib < Ib sat Le transistor se comporte comme une source de courant Ic proportionnelle à Ib. d'où : Ic = x Ib 0 < Vce < Vcc Puissance dissipée par le transistor = Vce x Ic = Vce x x Ib (importante) est le gain en courant du transistor. Les constructeurs indiquent les valeurs extrêmes min et max (dispertion de fabrication). Le coefficient d'amplification est aussi désigné par hFE . Réseau de caractéristiques du transistor : IC Caractéristique de transfert en courant Caractéristique de sortie PS IB4 > IB3 IB3 > IB2 IB2> IB1 P1 P2 IB1 IB IB4 IB3 IB2 IB1 P3 PB VBE VCE Droite de charge Caractéristique d’entrée VBE 233 Régime de saturation (état passant) condition : Ib > Ib sat (important) Très faible résistance ( quelques )entre Emetteur et Collecteur Le transistor est équivalent à un interrupteur fermé d'où : Vce = Vce sat 0 Ic = Ic max = Ic sat (limité par Rc et Vcc) ICsat VCE VCEsat RC Puissance dissipée par le transistor = Vce sat x Ic sat 0 calcul de Ib sat : Ib satmin Ic sat min dans la pratique choisi une valeur 2 à 3 fois supérieure. RC RC IC ICsat C IB > IBSat B VBE Lycée G. Apollinaire VCE Vcc E Transistor en commutation VCE Vcc BTS ATI 2.4. CONSTRUCTION ELECTRIQUE Le transistor en commutation (interrupteur statique) 4/4 En régime de commutation, passage de l'état bloqué à l'état saturé et inversement, le transistor joue le rôle d'un interrupteur électronique unidirectionnel commandé par le courant de base Ib. Le transistor est équivalent, entre ses bornes collecteur et émetteur, à un interrupteur dont la commutation est commandée par le courant de base Ib. Le transistor n'utilise que les deux régimes qui dissipent peu d'énergie. 2.5. Grandeurs caractéristiques : Valeur typique Courant collecteur Valeur maximum ICmax Tension collecteur - émetteur VCEmax VCEsat Tension base - émetteur VBEsat Puissance dissipée Pmax gain 3. TRANSISTOR DARLINGTON : Exemple de montage Darlington à transistor NPN : Ic Ib T1 : Coefficient d’amplification 1 T2 : Coefficient d’amplification 2 T1 T2 Le courant de base Ib du transistor T1 est amplifié successivement par le transistor T1 puis par le transistor T2. Ce montage est assimilable à un « super transistor » dont le coefficient d’amplification total est très élevé car il correspond au coefficient d’amplification 1 du premier transistor multiplié par le coefficient d’amplification 2 du second transistor. Coefficient d’amplification total du montage = Ic/Ib = 1 x 2 4. TRANSISTOR MOSFET : (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor) On distingue trois électrodes : Grille, Drain et Source VGS ID S D G VDS VDS G S ID VGS MOSFET canal N D MOSFET canal P Commande en tension |VGS| >> |VT| (tension de seuil) Etat passant threshold = seuil Equivalent à une résistance pure RDSon VDS proportionnel à ID |VGS| < |VT| (tension de seuil) Etat bloqué Equivalent à interrupteur ouvert ID = 0 Lycée G. Apollinaire Transistor en commutation
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