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Jonction de bipolaire

Transistor bipolaire NPN jonction
Le transistor bipolaire utilise un équivalent à 2 diodes tête-bêcheReprésentation diodes dans NPN avec la base b en point de liaison des 2 cathodesAnodes pour un NPN, cathodes pour un PNP
Représentation didoes dans un PNP
. Représentée ici en NPN, (le principe vaut pour un PNP) sans alimentation sur la base, la jonction d'un transistor bipolaire bloque la circulation du courant dans les 2 sens.
Transistor bipolaire NPN conduction jonction
Le fait d'appliquer entre la base b et l'émetteur e une tension supérieure au seuil de la diode engendre une intensité dans la base qui annihile le blocage dû à cette zone de transition et permet une conduction entre c et e d'une intensité allant jusqu'à β × I base
Jonction de transistor NPN
Photo de la jonction d'un NPN 2N2222.

La résolution

L'analogique permet une infinité d'états :

Exemple vous mélangez des peintures bleues et jaunes, le nombres de nuances de verts que vous obtiendrez est infinie !

Mais il vous sera très difficile de reproduire 2 fois la même nuance !

A moins de doser... Et là on parlera de résolution :
Votre doseur contient 1 cl, vos pots 9 cl, vous avez donc 10Et oui !
0 cl, 1 cl ,2 cl, 3 cl, 4 cl, 5 cl, 6 cl, 7 cl, 8 cl et 9 cl !
Le 0 compte tout comme le maximum !
possibilités pour la quantité de chaque couleur !
Ainsi 10 × 10 = 100 possibilités et pas une seule de plus !
Avec un troisième pot d'une autre couleur nous aurions 10 × 10 × 10 = 1000 possibilités ! Le calcul est :
On obtient donc :
Nombre de pots ^ (exposant) Nombre de valeursIci on a 10 valeurs : 0 à 9 cl par pas de 1 ! possibles


Le numérique n'offre que 2 états 0 ou 1
Pour augmenter les possibilités il faut utiliser plusieurs fils binairesBinaire : 2 états possibles : 0 ou 1 : courant présent ou pas (ex : 0 ou 5 Volts) :
1 bit = 2 possibilités 2^1
4 bits = 16 possibilités (2^4 = 16)
8 bits = 256 (2^8)...

Un écran code généralement en 24 bits, 8 par couleur primaire (Rouge Vert Bleu : 8 × 3), soit 256 nuances par couleur 256 × 256 × 256 = 2^24 = 16.77... millions de nuances.

Pertes en commutation et conduction

  • Parfaite (théorique) en vert : transition nulle !
  • Tension aux bornes du contact en bleu
  • Intensité traversant le contact en violet
  • Pertes par conductionAucun contact n'est parfait : une résistance subsiste mais elle doit être négligeable
    Pour un transistor de commutation c'est soit sa résistance RdsON (mosfet), soit sa tension CE
    en marron en bas
  • Pertes par commutationLa pointe est ≃ égale à la puissance du circuit fermé divisée par 4 car les courbes de tension et d'intensité se croisent à leur demie valeur.
    Comme on ne peut diminuer cette pointe, on va s'attacher à limiter la largeur du triangle ainsi formé, car il représente l'énergie. Pour cela, on utilisera des bascules rapides !
    , les pointes rouges
Pertes par commutation
Comme il est impossible de diminuer la pointe, (liée à U et I), on diminue au maximum le temps de transitionEn bleu, le signal parfait, en gris la période t, en rouge le temps de commutation, en vert le temps 0 ou 1 :
Temps de transition des composants en HF
Il apparaît clairement que le ratio tc (temps de commutation : pertes Joule) en rouge est inacceptable au milieu (près de ≃ 50% !).
Alors qu'il est en vert acceptable en bas (< à 10%)
avec des composants très rapides !

Fréquence de découpage

Pour les alimentations :

Les plus miniatures (chargeurs de smartphones...) dépassent les 100 kHz et arrivent au MHz.
A l'opposé, les alimentations de quelques kilo-Watts vont descendre jusqu'à 50 kHz, au dessus des ultra-sons.

Pour les convertisseurs variateurs de XX kW à quelques MW :

Leur découpage devient audible et va de quelques centaines d'Hz à quelques kHz.
Avantages d'une fréquence élevée
  • Inaudible, plus compacte, plus légère
  • Taille minimale des composants passifsCondensateurs :
    C = (I × t) / U : quand la fréquence ↗, t ↘ (t = 1 / f) et donc la capacité C en Farad est inversement proportionnelle à la fréquence.
    Ex : 10 000 µF à 50 Hz, 10 µF à 50 kHz !

    Inductance : E = – L × (ΔI / Δt) ⇒ E est fixe, si t diminue : L diminue là aussi proportionnellement !
Inconvénients
  • Composants rapidesEn bleu, le signal parfait, en gris la période t, en rouge le temps de commutation, en vert le temps 0 ou 1 :
    Temps de transition des composants en HF
    Il apparaît clairement que le ratio tc (temps de commutation : pertes Joule) en rouge est inacceptable au milieu (près de ≃ 50% !).
    Alors qu'il est vert acceptable en bas (< à 10%)

    Ce qui implique des composants très rapides MOSFET qui sont indisponibles en haute puissance : IGBT plus lents seulement...
    peu disponibles en haute puissance
  • Bruit électronique : CEM Compatibilité électromagnétique
  • Pertes de puissance pour les onduleursLorsque le signal reste impulsionnel, onduleurs, convertisseur variateurs pour moteurs asynchrones...
    Les pertes dans les inductances des câbles de liaison et les bobines du moteur deviennent problématiques !


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12345C

Crée le 29 / 05 / 2017, der. màj le 01 / 07 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 4519 fois
Difficulté : ★★★★★
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