FONCTION «COMMUTER LA PUISSANCE»

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1 FONCTION «COMMUTER LA PUISSANCE» I- Approche foncionnelle Energie (faible) Elaborer les signaux de commande Ordre We Transformer l énergie La parie commande (consiuée par un microconrôleur ou des circuis logiques ) ne peu délivrer une ension e un couran suffisan pour piloer direcemen un moeur élecrique ou une lampe. Il es donc obligaoire d uiliser un pré acionneur qui joue le rôle d inerface de puissance enre la parie commande e la parie opéraive. Le pré acionneur pourra êre commandé en enrée par un couran ou une ension faible e commuera en sorie une puissance élecrique (We) adapée à la charge. Divers composans ou associaions de composans permeen de réaliser une inerface de puissance. Par exemple les ransisors pour commuer des ensions/courans coninus, des hyrisors e riacs (pour l alernaif), les relais (commue du coninu ou de l alernaif) Les ransisors bipolaires Le ransisor es un composan fondamenal de l élecronique moderne. Acuellemen ses applicaions en an que composan discre ouche principalemen au domaine de la commuaion (en peie ou grande puissance). En an que composan inégré, il enre dans la consiuion de ous les circuis inégrés, quelques soien leurs foncions. Nous pouvons donc disinguer deux sores de ransisors bipolaires les ransisors les ransisors. Foncion commuer en puissance 1

2 Représenaions, loi des nœuds e loi des mailles : TRANSISTOR DE TYPE NPN TRANSISTOR DE TYPE PNP Colleceur Colleceur SYMBOLES Base Base Emeeur Emeeur COURANTS. TENSIONS VCB VCE. VCB VCE L'effe ransisor :.. ( mini éan appelé le coefficien d amplificaion en couran) Ordre de grandeur de ou Hfe ou H21 : 30< <300 e voir plus. D après la loi des nœuds e de par la grande valeur de on peu en déduire que : Le ransisor en commuaion : Le ransisor en commuaion peu êre assimilé à un inerrupeur commandé, l'applicaion d'un couran de base (ib de sauraion) provoque la conducion du ransisor qui se compore alors comme un inerrupeur fermé. Remarque : pour que le ransisor soi correcemen sauré il fau Foncion commuer en puissance 2

3 Le ransisor NPN Rc Rb 0.6V /Rc Schémas équivalens d un ransisor (NPN) bloqué ou sauré: Transisor Bloqué Transisor sauré Remarque : pour ce monage, le ransisor réalise la foncion logique NON. Lorsque le ransisor es sauré, Vce sa es proche de 0 V ( 0.2v à 1 V) Vbe sa = 0.6V (ension d une diode passane). Vbe = Foncion commuer en puissance 3

4 Le ransisor PNP en commuaion Rb Rc Transisor Schémas équivalens d un ransisor (PNP) bloqué ou sauré : Transisor Conclusion: - le schéma équivalen d un ransisor (NPN ou PNP) bloqué es un inerrupeur ouver enre son Colleceur e son Emeeur. - le schéma équivalen d un ransisor (NPN ou PNP) sauré es un inerrupeur fermé enre son Colleceur e son Emeeur. Foncion commuer en puissance 4

5 Foncion commuer en puissance 5

6 Le ransisor MOS (commande en ension) Les ransisors à effe de champ son doés de rois broches appelées : Grille (G), Drain (D) e Source (S). Ils son doés d'un canal N ou P par lequel es assuré le passage du couran enre Drain e Source. La conducion es commandée par un champ élecrique produi par une ension appliquée sur la grille. On disingue deux ypes de ransisor MOS : Le MOS canal N e le MOS canal P Principe de foncionnemen en commuaion du MOS : on éudie le cas du ransisor Mos canal N : Pour Vgs = 0, le ransisor es bloqué (inerrupeur ouver) e donc Id = 0 Pour Vgs>0, le ransisor es passan (inerrupeur fermé) e donc Id > 0 Noe : pour un canal P, Le ransisor es passan pour Vgs<0. Foncion commuer en puissance 6

7 EXERCICES Exo 1 : On donne : V+ (alim) = 12V Vf = 1,6V (ension aux bornes de la led) Vce sa = 0,3V Vbesa = 0.65V = 5V 80< < Idenifier le ype de ransisor 2- Placer sur le schéma : Vce, Vbe,,, Vf 3- Calculer Rc pour limier le couran dans la led à 25mA ( = 25mA). Pour cela vous devez au préalable appliquer la loi des mailles sur la sorie (avec V+, Vf, Vrc e Vcesa). Sachan que Vrc = Rc*, vous déduisez Rc en foncion de V+, Vf, e Vcesa. 4- Calculer sachan qu on prendra un coefficien de sursauraion de 5 (appliquez la formule lian, e, prendre la valeur min de ) 5- En déduire Rb (mais n oubliez pas d appliquer la loi des mailles en enrée!) Exo 2 : On souhaie commander une lampe à parir de la sorie parallèle du PC On donne : = 10V R = 100ohms (résisance du relais) Vce sa = 0,2V Vbesa = 0.7V = 5V 100< < Placer Vbe, Vce e sur le schéma. 2- Calculer la valeur de 3- En déduire la valeur de en prenan k =5. 4- Calculer Rb 5- Jusifier le rôle du ransisor sachan que le couran délivré par la sorie du por // ne peu excéder une quinzaine de milliampère 6- Rajouer la diode de roue libre aux bornes du relais. Le rôle d une diode de roue libre es de proéger le ransisor conre les courans induis générés par le bobinage du relais lors de la commuaion. Foncion commuer en puissance 7

8 FONCTION «COMMUTER LA PUISSANCE» I- Approche foncionnelle Energie (faible) Energie de puissance (We) Elaborer les signaux de commande Ordre Commuer la puissance We Transformer l énergie Microconrôleur, up Préacionneur Moeur, lampes circuis logiques (Transisors, Relais, Thyrisor, Triac) La parie commande (consiuée par un microconrôleur ou des circuis logiques ) ne peu délivrer une ension e un couran suffisan pour piloer direcemen un moeur élecrique ou une lampe. Il es donc obligaoire d uiliser un pré acionneur qui joue le rôle d inerface de puissance enre la parie commande e la parie opéraive. Le pré acionneur pourra êre commandé en enrée par un couran ou une ension faible e commuera en sorie une puissance élecrique (We) adapée à la charge. Divers composans ou associaions de composans permeen de réaliser une inerface de puissance. Par exemple les ransisors pour commuer des ensions/courans coninus, des hyrisors e riacs (pour l alernaif ), les relais (commue du coninu ou de l alernaif) Les ransisors bipolaires Le ransisor es un composan fondamenal de l élecronique moderne. Acuellemen ses applicaions en an que composan discre ouche principalemen au domaine de la commuaion (en peie ou grande puissance). En an que composan inégré, il enre dans la consiuion de ous les circuis inégrés, quelques soien leurs foncions. Nous pouvons donc disinguer deux sores de ransisors bipolaires les ransisors PNP, les ransisors NPN. Foncion commuer en puissance 8

9 Représenaions, loi des nœuds e loi des mailles : TRANSISTOR DE TYPE NPN TRANSISTOR DE TYPE PNP Colleceur Colleceur SYMBOLES Base Base Emeeur Emeeur COURANTS LOI DES NOEUDS = + TENSIONS VCB VCE LOI DES MAILLES VCE = VCB + VCB VCE L'effe ransisor : = mini ( éan appelé le coefficien d amplificaion en couran) Ordre de grandeur de ou Hfe ou H21 : 30< <300 e voir plus. d après la loi des noeuds e de par la grande valeur de on peu en déduire que : # Le ransisor en commuaion : Le ransisor en commuaion peu êre assimilé à un inerrupeur commandé, l'applicaion d'un couran de base (ib de sauraion) provoque la conducion du ransisor qui se compore alors comme un inerrupeur fermé. Remarque : pour que le ransisor soi correcemen sauré il fau I base > I csa / Foncion commuer en puissance 9

10 Le ransisor NPN Rc Rb 0.6V /Rc Ea logique "0" Ea logique "1" Schémas équivalens d un ransisor (NPN) bloqué ou sauré: Transisor bloqué Transisor sauré Transisor Bloqué Transisor sauré C E = C E =VCEsa=0V Remarque : pour ce monage, le ransisor réalise la foncion logique NON. Lorsque le ransisor es sauré, Vce sa es proche de 0 V ( 0.2v à 1 V) Vbe sa = 0.6V (ension d une diode passane). Vbe = mini * / k ( k coefficien de sursauraion > 1 k =10) Foncion commuer en puissance 10

11 Le ransisor PNP en commuaion Rb Rc Transisor Schémas équivalens d un ransisor (PNP) bloqué ou sauré : Transisor Conclusion: - le schéma équivalen d un ransisor (NPN ou PNP) bloqué es un inerrupeur ouver enre son Colleceur e son Emeeur. - le schéma équivalen d un ransisor (NPN ou PNP) sauré es un inerrupeur fermé enre son Colleceur e son Emeeur. Foncion commuer en puissance 11

12 Foncion commuer en puissance 12

13 Foncion commuer en puissance 13

14 Le ransisor MOS (commande en ension) Les ransisors à effe de champ son doés de rois broches appelées : Grille (G), Drain (D) e Source (S). Ils son doés d'un canal N ou P par lequel es assuré le passage du couran enre Drain e Source. La conducion es commandée par un champ élecrique produi par une ension appliquée sur la grille. On disingue deux ypes de ransisor MOS : Le MOS canal N e le MOS canal P Principe de foncionnemen en commuaion du MOS : on éudie le cas du ransisor Mos canal N : Pour Vgs = 0, le ransisor es bloqué (inerrupeur ouver) e donc Id = 0 Pour Vgs>0, le ransisor es passan (inerrupeur fermé) e donc Id > 0 Noe : pour un canal P, Le ransisor es passan pour Vgs<0. Foncion commuer en puissance 14

15 EXERCICES Exo 1 : On donne : V+ (alim) = 12V Vf = 1,6V (ension aux bornes de la led) Vce sa = 0,3V Vbesa = 0.65V = 5V 80< < Idenifier le ype de ransisor 7- Placer sur le schéma : Vce, Vbe,,, Vf 8- Calculer Rc pour limier le couran dans la led à 25mA ( = 25mA). Pour cela vous devez au préalable appliquer la loi des mailles sur la sorie (avec V+, Vf, Vrc e Vcesa). Sachan que Vrc = Rc*, vous déduisez Rc en foncion de V+, Vf, e Vcesa. 9- Calculer sachan qu on prendra un coefficien de sursauraion de 5 (appliquez la formule lian, e, prendre la valeur min de ) 10- En déduire Rb (mais n oubliez pas d appliquer la loi des mailles en enrée!) Exo 2 : On souhaie commander une lampe à parir de la sorie parallèle du PC On donne : = 10V R = 100ohms (résisance du relais) Vce sa = 0,2V Vbesa = 0.7V = 5V 100< < Placer Vbe, Vce e sur le schéma. 8- Calculer la valeur de 9- En déduire la valeur de en prenan k = Calculer Rb 11- Jusifier le rôle du ransisor sachan que le couran délivré par la sorie du por // ne peu excéder une quinzaine de milliampère 12- Rajouer la diode de roue libre aux bornes du relais. Le rôle d une diode de roue libre es de proéger le ransisor conre les courans induis générés par le bobinage du relais lors de la commuaion. Foncion commuer en puissance 15

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