Transistors NPN et PNP

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Transistors bipolaires NPN et PNP

Transistors bipolaire en commutation NPN

Exercice pratique en vidéo : les transistors bipolaires en commutation.

Le transistor bipolaire

Animation reprenant l'expérience vue en vidéo sur le gain d'un transistor

On constate que le débit (et donc l'intensité) dans b, la base, contrôle le débit Ic qui est bien supérieur 0 iIb :
Ic ≫ Ib
Le rapport entre Ib et Ic est β (hfe) le gainSur l'animation le gain est dû au rapport du volet mécanique. Dans un transistor, le Gain β aussi nommé hfe vaut de moins de 10 à plus de 10 000 pour les transistors Darlington du transistor.

Ie = Ic + Ib

Ic = Ib × β

Etude et structure des bipolaires

Un transistor comporte 3 connexions, il s'agit d'un composant unidirectionnel : le courant ne circule que dans 1 seul sens : celui de la flèche sur l'émetteur e. Il existe des transistors NPN et des PNP.

Lorsque qu'une intensité entre dans la base (NPN) ou en sort (PNP), le courant peut circuler entre collecteur et émetteur, dans le sens de la flèche. L’intensité de ce courant Ic est égale à Ib x βMesure du gain β aussi nommé hfe, de 2 transistors différents avec 2 appareils différents :
Mesure gain hfe de transistors bipolaires

Mesure gain hfe de transistors bipolaires

L’émetteur est traversé par un courant Ie d'intensité égale à Ic + Ib (Minime devant Ic, Ib sera très souvent négligé).

NPN	PNP

NPN : Négatif, Positif, Négatif. Ce composant est constitué de 3 zones (2N et 1P). On peut utiliser ce schéma pour repérer b c et e	PNP : Positif, Négatif, Positif. Ce composant est constitué de 3 zones (2P et 1N). On peut utiliser ce schéma pour repérer b c et e

Transistor Darlington

Calcul du gain global :
Sachant que Ic1 = Ib1 x β1,
(on admettra que Ie = Ic en négligeant Ib << à Ic)
Et que Ie1 = Ic1 = Ib2,

On peut écrire : Ic2 = Ie1 x β2
et donc : Ic2 = (Ib1 x β1) x β2
Enfin : Ic = Ib x (β1 x β2)

β global = β1 x β2

Le gain du montage est égal au produit du gain de chaque transistor.

L'astuce du montage Darlington repose dans le collecteur commun de 2 transistors dont 1 de puissanceGain faible comme tous les bipolaires de puissance : de 10 à ≃ 30 suivant l'intensité directement relié au boitier via l'émetteur e et le collecteur c.
Le gain global (pouvant dépasser les 10 000) est égal au produit des gains. Une résistance R est ajoutée afin d'accélérer l'ouverture de T2 lors de son blocage (pour accélérer le temps d'ouverture).

Utilisation en TORTout Ou Rien = 0 ou 1 :
0 = pas de tension ; 1 = +U
(+U quel qu'en soit la valeur : +5 V, +12 V, +1 V...)

Utilisation en suiveur

Lorsque la tension en amont de la résistance est positive (et > au seuil ≃ 0.7 V), Ib devient > à 0 et Ic sera au maximumEn commutation, Ic doit être égal à U / R lampeExemple : si I lampe est égal à 2 A, Ib doit être > à 2 A / β pour être sûr que le transistor soit saturé.
Comme vu en vidéo, on 'sursature' un bipolaire d'un coefficient de 1.1 à 3 et dans tous les cas : 10 au maximum égal à Ib × β.

Bien qu'il soit possible de 'laisser en l'air' la base d'un bipolaire, mieux vaut la relier au potentiel de l'émetteur afin de garantir une ouverture rapide du circuit et limiter ainsi les pertes Joule.

Voir en fin le conseils+ pertes par conduction et commutations.

Ainsi connecté un transistor est 'suiveur'. La tension de sortie est égale à la tension de base Ub – Useuil (Ube que l'on négligera généralement). Ur = Ub - Ube (≃ 0.7 V). Ic maxi = Ib x β.

Test des bipolaires

Un transistor bipolaire doit se comporter comme un isolant entre collecteur et émetteur, qu'il soit NPN ou PNP. Pour l'instant nos transistors semblent corrects, continuons le test pour certifier le bon état de nos transistors.

Il est primordial de vérifier l'absence de circulation de courant électrique dans les 2 sens. Certains transistors comportent une diode de protection en inverse (affichage ≃ 0.6 V), il convient alors d'effectuer tous les tests avant de se prononcer...

Entre base et émetteur le transistor NPN comporte une diode dont l'anode est sur la base. En conséquence, dans notre cas l'afficheur doit indiquer une tension directe (comme pour une diode), 520 mV dans notre exemple.
En PNP, on retrouve un seuil équivalent, 543 mV, mais circulant d'émetteur vers base.

Tests suivants : on onverse pour vérifier qu'on affiche bien le dépassement de calibre !

Entre base et collecteur les transistors NPN et PNP comportent aussi une diode dont l'anode est sur la base (seul le sens de circulation change). La tension directe affichée est souvent légèrement supérieure à celle entre base et collecteur.
Il s'agit là d'un moyen de repérer collecteur et émetteur

Ce dernier test permet d'affirmer le bon état des transistors. Les diodes ne conduisent plus, les afficheurs indiquent un dépassement de calibre.

Ce dernier test consiste à vérifier le gain β ou hfe des transistors. Généralement l'industrie manufacturière obtient de meilleurs résultats avec un type NPN, ici 290 vs 151...

Raccordé à l'envers le gain affiché peut valoir 0 à une valeur très faible, voilà cette fois le meilleur et le plus sûr moyen pour discriminer émetteur et collecteur !

Dans la partie abonnés, une vidéo montrant l'évolution du gain avec la température ainsi que les principaux critères de choix...

Critères de choix

Les principaux critères de choix d'un transistor bipolaire sont :

L'intensité Ic collecteur maximale
La puissance nominale en Watt
Le Gain βMesure du gain hfe avec 2 appareils et 2 NPN différents :
aussi nommé hfe
La vitesse : ft, fréquence de transitionE le signal parfait d'entrée, S la sortie avec le retard en rouge dû au temps de commutation. Il apparaît clairement que plus la fréquence est élevée, comme en haut, plus la répétition des pertes fixes grèvera le rendement au détriment de la bonne santé du transistor : son échauffement !