IV. Fonctionnement en commutation

Le transistor en commutation est utilisé afin d'ouvrir ou de fermer un circuit (c'est une sorte d'interrupteur commandé). Ainsi il peut commander une LED, un relais, un moteur, etc... On considère généralement le circuit de sortie du transistor comme un interrupteur qui est commandé soit par une tension, soit par un courant suivant le type de transistor choisi.

Un transistor pourra avoir donc 2 états : soit il conduit soit il est bloqué.


Exemple : soit le montage ci-contre utilisé en commutation:

La tension U_E pourra prendre 2 valeurs (0V ou 5V)




1er cas : U_E = 0V (0 logique)

Le transistor ne peut conduire (I_B=0 et V_BE<0,7V)


Alors on obtient :

• Ic = 0A
• V_CE = 12V

 

 

 

 

2ème cas : U_E = 5V (1 logique)

Le transistor va conduire (I_B≠0 et V_BE=0,7V)

En fait en commutation pour que l’on soit sûr que le transistor conduise on va le saturer. (par exemple, si dans notre calcul on trouve qu’il faut un courant I_B=2mA pour que le transistor conduise  (et fasse circuler le courant I_C voulu) alors on choisira les éléments du montage pour avoir un courant de 4mA, on utilisera donc un coefficient de sursaturation de 2).

Quand un transistor est saturé, VCE ≈ 0V (en général <0,5V. La vraie valeur se trouve dans la documentation technique du transistor).

Exemple de calculs

Principe : dans un montage électronique, on part toujours de la charge (c’est elle qui a besoin de courant et de tension). Ensuite, à partir des besoins en courant de la charge on calcule les éléments du montage.

Exemple : soit le montage suivant :

Données : Ve=0V ou 10V

• La charge ici est constituée par le relais : I_relais=55mA, V_relais :24Vcc
• V_CEsat=0,4V, V_BE=0,7V, β =150 avec sursaturation de 2
• V+=24V

On cherche à calculer le ou les éléments du montage (ici Rb)


1. Lorsque que Ve sera à 0V, I_B=0A, le transistor sera bloqué, le relais (une bobine) ne sera pas actif.

2. Quand Ve sera à 10V il faut que le transistor conduise pour que le relais soit actif.

On part de la sortie : I_C = I_relais = 55mA

Calcul de I_B : comme I_C = β × I_B alors I_B = I_C / β = 55.10^-3 / 150 = 3,67.10^-4A

On applique un coefficient de sursaturation de 2 : I_Bsat=2 × 3,67.10^-4 = 7,33.10^-4A

Équation de la maille d'entrée: V_BE+V_Rb-Ve=0  c'est-à-dire  V_BE+(Rb × I_Bsat) - Ve = 0

Donc Rb = (Ve-V_BE) / I_Bsat = (10 - 0,7) / 7,33.10^-4 = 12,69kΩ

Remarque : on peut constater que même en commutation le transistor amplifie le courant.

  

Protection contre les surtensions destructives

Lorsque le transistor commande un élément inductif (bobine, moteurs, ...), il apparaît une surtension notamment à l'arrêt du transistor. Cette tension peut faire plusieurs dizaines voire centaines de volts. Si on ne fait rien, le transistor est détruit car le VL se retrouve aux bornes du transistor (VCE).

La solution: la diode de roue libre Il s'agit d'une diode placée en inverse et en parallèle sur la source de surtension (bobine, moteur, ...). Lorsque la surtension apparaît, la diode conduit. L'énergie se dissipe alors dans la résistance présente (fils de la bobine ou du moteur). En fait le courant créé par la bobine circule dans la boucle constituée par la diode et la bobine et il diminue jusqu'à disparaitre (effet joules). La seule tension présente alors est la tension de la diode (moins de 1 volts).

 

Que faire si le gain du transistor est trop faible ? Une solution : le montage Darlington

Ce  montage  est  constitué  par  l’association  de  deux   transistors T1 et T2 de même type (deux PNP ou deux NPN). L’ensemble est un dispositif à trois électrodes équivalent à un transistor unique dont on va déterminer les paramètres :

Pour le transistor T1 : I_C1 = β.I_B1
Pour le transistor T2 : I_C2 = β.I_B2

Or I_B2 = I_E1 = I_C1 donc I_C2 = β.I_B2 = β.I_C1 = β.β.I_B1

donc on obtient   I_E2 ≈ I_C2 = β².I_B1

c’est à dire finalement un transistor de courant de base I_B1, de courant de sortie I_C2 et de gain β².