308 PRÉPARATION À L EXAMEN

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Carole Mauricette St-Amour
il y a 7 ans
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PARTI 11 FONTIONS 45 ommutation, amplification ou temporisation Transistor bipolaire p 272 46 Amplificateur opérationnel p 278 47 Diode, thyristor : le redressement p 284

1 PARTI 11 FONTIONS 45 ommutation, amplification ou temporisation Transistor bipolaire p Amplificateur opérationnel p Diode, thyristor : le redressement p Les principaux montages redresseurs p Filtrage, lissage et stabilisation p Hacheurs et onduleurs p Triac et gradateurs p 308 PRÉPARATION À L XAMN p 313

PARTI 11 FONTIONS 45 ommutation, amplification ou temporisation Transistor bipolaire Le transistor est depuis plus de 50 ans à l origine de l évolution des techniques en électronique Il trouve des

2 PARTI 11 FONTIONS 45 ommutation, amplification ou temporisation Transistor bipolaire Le transistor est depuis plus de 50 ans à l origine de l évolution des techniques en électronique Il trouve des applications partout en intervenant dans les fonctions de base AVANT D DÉMARRR La fonction commutation Définition : «Transition rapide du niveau d un signal» (Le Robert) La commutation est donc le passage rapide d un état stable à un autre état stable Arrêt pompe Marche pompe Interface Tout ou rien Moteur hors tension Pompe arrêtée Moteur sous tension Pompe fonctionne La fonction amplification Fig 1 Définition : «Opération consistant à accroître une amplitude ou une puissance à l aide d un amplificateur» (Le Robert) Je n'entends pas Amplificateur La fonction temporisation Fig 2 J'entends très bien Définition : «Retard, d une durée déterminée, à l exécution d une action» (Le Robert) Je demande l'alarme sonore (Ordre) dans six heures 6 heures s'écoulent (onsigne) Fig 3 L'alarme sonore retentit (Action) 272 OMMUTATION, AMPLIFIATION OU TMPORISATIONTRANSISTOR IPOLAIR

3 OSRVONS Une commande de barrière de parking Le conducteur demande l ouverture (clé, carte magnétique, télécommande) et obtient l autorisation d accès Un rayon lumineux est coupé par la voiture Le feu vert s allume et la barrière se lève La voiture s engage puis libère le faisceau lumineux Après quelques secondes, le feu rouge s allume et la barrière se ferme Fig 4 Observons le schéma de principe de l ensemble électronique qui assure cette commande : Autorisation d'accès LDR KA1 T1 Vers feu vert et montée barrière Ka1 KA2 T2 Ka2 Vers descente barrière et feu rouge Fig 5 Deux composants, que nous ne connaissons pas, T1 et T2, sont présents e sont des transistors à jonctions, ou transistors bipolaires Le premier transistor, T1, assure une fonction de commutation Le second, T2, assure une fonction de temporisation e chapitre va nous permettre de découvrir et de mieux comprendre ce composant qui est la base de toute l électronique actuelle OMMUTATION, AMPLIFIATION OU TMPORISATIONTRANSISTOR IPOLAIR 273

4 PARTI 11 FONTIONS À SAVOIR 1 Le transistor et ses grandeurs associées a) Présentation du composant Il existe deux types de transistor bipolaire : le NPN et le PNP (fig 6) es deux transistors se différencient par le sens des courants et des tensions qui est inversé ependant, ces transistors fonctionnent sur le même principe, nous étudierons donc le transistor NPN Le transistor est constitué de trois électrodes notées : Émetteur ; ollecteur ; ase Type NPN Type PNP Fig 6 b) Le transistor est un quadripôle Le circuit d entrée et le circuit de sortie ont une électrode en commun Dans la figure 7, le montage du transistor est dit «à émetteur commun» Trois tensions et trois courants obéissent aux lois des circuits : V = V + V I = + Dans le montage émetteur commun, quatre grandeurs déterminent l état du transistor : les deux grandeurs d entrée et V, les deux grandeurs de sortie et V V V I Fig 7 V 2 Droite de charge et point de fonctionnement a) aractéristiques du transistor fonctionnant en émetteur commun Le fabricant de composant peut fournir les courbes caractéristiques du transistor La figure 8 donne le réseau idéalisé de caractéristique = f(v ) es courbes dites «réseau de sortie» sont les plus importantes : elles traduisent le comportement du circuit de sortie en fonction du courant d entrée 5 4 Fig I1 V 274 OMMUTATION, AMPLIFIATION OU TMPORISATIONTRANSISTOR IPOLAIR

5 b) Droite de charge La droite de charge traduit la loi des branches dans le circuit de sortie (fig 9), où R est la résistance de la charge ette droite est une fonction affine d équation : V = V R V R Fig 9 R V R V c) Le point de fonctionnement (fig 10) Le point de fonctionnement P est déterminé par la valeur du courant de base du circuit d entrée est l intersection entre la droite de charge et la caractéristique correspondant à Dès lors, les valeurs de, V et sont fixées Toute utilisation du transistor est liée à la position ou à l évolution de la position de ce point de fonctionnement V R Droite de charge P 2 V 1 V Fig 10 3 Gain en courant Il existe une caractéristique dite «de transfert en courant» (fig 11), qui montre que le courant de sortie est proportionnel au courant du circuit d entrée (tant que ne dépasse pas la valeur sat dite «de saturation») Saturation 5 aractéristique de transfert en courant sat V Fig 11 Dans la zone linéaire, cette proportionnalité traduit le coefficient d amplification du courant ou «gain du transistor» Il est noté β et la relation associée est : = b β est un nombre sans unité, il peut évoluer de quelques dizaines à plusieurs milliers selon le transistor utilisé (le fabricant précise l ordre de grandeur du gain) OMMUTATION, AMPLIFIATION OU TMPORISATIONTRANSISTOR IPOLAIR 275

6 PARTI 11 FONTIONS 4 Fonctionnements a) Transistor en amplification Le signal d entrée, le courant (ou la tension V ), varie Le point de fonctionnement se déplace le long de la droite de charge La figure 12 montre que la variation de engendre une variation identique mais amplifiée du courant et de la tension V ourant de sortie amplifié P P V Signal d entrée Tension de sortie amplifiée Fig 12 Le point de fonctionnement varie entre P 1 et P 2 à l image des variations de Les applications se rencontrent principalement dans les domaines audiovisuels (radio, TV, hifi) b) Transistor en commutation Le transistor est dit en commutation lorsque son point de fonctionnement ne peut prendre que deux états : État bloqué : pour = 0 = 0 et V = V V R État saturé : pour > sat = et V = 0 es deux états correspondent aux extrémités de la droite de charge (fig 13) Les applications sont multiples en électrotechnique (détection d états, de position) Notons aussi que le temps de réponse du transistor est beaucoup plus rapide que celui d un système de commutation électromécanique (ma) V R 0 Transistor saturé V Fig V (V) Transistor bloqué Dans le schéma de la figure 5, le transistor T1 fonctionne en commutation : cellule éclairée 0, = 0 et le relais KA1 n est pas enclenché ; cellule non éclairée > sat = et le relais KA1 est enclenché V R KA1 Retenons : n commutation, le transistor ne peut prendre que deux états : bloqué ou saturé (fig 14) 276 OMMUTATION, AMPLIFIATION OU TMPORISATIONTRANSISTOR IPOLAIR

7 État bloqué = 0 = 0 Dans cet état, le transistor est équivalent à un interrupteur ouvert État saturé > SAT est maximal : = V R Dans cet état, le transistor est équivalent à un interrupteur fermé Fig 14 c) Transistor en temporisation Dans le schéma de la figure 5, la base du transistor est dépendante de l état de charge du condensateur Le point de fonctionnement passe «lentement» de l état bloqué (condensateur non chargé) à l état où la tension aux bornes du condensateur (qui se charge) est suffisante pour enclencher le relais KA2 (en générant le courant nécessaire) TSTZ VOS ONNAISSANS alculer le courant de base sachant que = 20 µa et b = 300 Avec V = 24 V et R = 25 kω, déterminer l équation de la droite de charge Sur le circuit de la figure 16, la charge est la résistance R R 1 kω V 20 V D après le montage de la figure 15, on vous demande de calculer,, V à la saturation Fig 16 V 10 kω 100 kω β = V 0,7 V Fig 15 1 xprimer l équation = f (V ) littéralement 2 xprimer l équation = f (V ) avec les valeurs données dans le schéma 3 Donner les valeurs de et V quand le transistor est bloqué 4 Donner les valeurs de et V quand le transistor est saturé OMMUTATION, AMPLIFIATION OU TMPORISATIONTRANSISTOR IPOLAIR 277

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