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Le transistor bipolaire NPN en commutationCalculs (Ic, ib, Rb)
PNP et MOS
Le transistor va remplir la même fonction que le relais mais de façon statique (sans pièce mobile)Transistor bipolaire de type NPNIci aussi, une faibleénergie de commande
entraîne le passage d'une énergie plus importante.Dans le cas d'un transistor bipolaire, c'est
un petit courant dans la base (Ib) qui permet le passage d'un courant beaucoup plus fort du collecteur vers l'émetteur ( Ic). - Un transistor bipolaire peut-être assimilé à un interrupteur commandé. - Le transistor bipolaire possède 3 broches : une base, un collecteur et un émetteur. Un transistor bipolaire a deux modes de fonctionnement : le mode linéaire (amplification) et le mode bloqué/saturé. Un fonctionnement en interrupteur commandé consiste à " activer » la base, pour qu'ellepermette au courant présent dans le collecteur, de s'écouler jusqu'à l'émetteur. Par analogie, si
l'on compare le transistor à un robinet entier, le collecteur est l'arrivée d'eau murale, la base
est la molette du robinet, et l'émetteur la sortie du robinet. Pour commander ce transistor, plusieurs paramètres sont importants : (Ib + Ic) = Ie Cette relation signifie que le courant circulant dans la base plus le courant du collecteur, estégal au courant sortant de l'émetteur.
Ib * ß = Ic
Cette relation signifie que le courant du collecteur est, jusqu'à une certaine limite directement proportionnel au courant présent dans la base. Ce facteur ß est appelé gain en courant.La valeur de Vbe
Lorsque Vbe = 0 le transistor est bloqué => Ic = Ie = 0 et Vce et quelconque positif, Vce < Vce_max sinon le transitor grille Lorsque Vbe = 0,7 V le transistor est saturé (tension de seuil de la diode base émetteur ), le transistor est passant. Pour être saturé : Ib > Ic/ß Le courant de base est multiplié par un coefficient = Ic / ib ou aussi appelé hFE Dans le cas présent le courant dans le moteur estégal à 200 fois le courant de base.
La résistance de base doit être calculée pour avoir un courant de base suffisant. Quand le transistor est utilisé en commutation, deux cas sont possiblesSoit le courant de base est nul et
le transistor est bloqué. Il estéquivalent à un interrupteur
ouvert.Soit le courant de base est suffisant et le transistor est saturé.Il est équivalent à un interrupteur
fermé.Calcul de la résistance de
baseRv = 50 ΩVce sat = 0,2 V
Vbe = 0,7 V
200 < ß < 300
VoH = 5 VLe point de départ pour le
calcul d'une résistance de baseRb est le courant Ic.
Ce courant est calculé en
fonction de la résistance de la charge et de la tension à ses bornes.Attention, la tension Vce sat
est proche de 0V mais pas nulle. Vce sat ≈ 0,2 V Ic = (Vcc - Vcesat) / Rv = (9 - 0,2) / 50 = 0,176 AIc = 0,176 A
Le courant de base Ib doit être suffisant pour saturer le transistor : Ib > Ic / ß Si dans notre cas ß est au moins égal à 200 d'après la documentation constructeur, il nous faut :Ib_min = 0,176 / 200 = 0,88
mA On prend un coefficient de sécurité de k= 2 pour être sûr que le transistor soit bien saturé :
Ib_sat = Ib_min x 2 = 1,76 mA
Connaissant Ib, il est maintenant possible de calculer Rb avec Rb = Urb / Ib etVbe + Urb = VoH
Rappel : Vbe = Vbe_sat = 0.7 V (diode)VoH = 5 V selon la documentation.Urb = VoH - Vbe = 5 - 0,7 = 4,3 V
Urb = 4,3 V
Nous pouvons calculer Rb théorique : Rb = Urb / Ib_sat = 4,3 / 0,00176 ≈ 2443 ΩRb = 2,4 kΩ
Nous choisirons Rb = 2,4 kΩ (valeur normalisée)En résumé
Résistance recommandée = Rmin / K
avec "K": coefficient de sécurité (ou de sursaturation) qui est utilisé pour être sur que le
transistor est bien saturé (1,2 à 2) . Souvent la valeur de k est égale à 2 (valeur courante).