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Un transistor est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives. Il peut jouer deux fonctions : celle d’amplificateur ou celle d'interrupteur. La base du transistor bipolaire joue une fonction de commande. Si elle reçoit un courant elle va permettre le passage d’un courant plus important dans un sens précis entre les deux autres électrodes que constituent l’émetteur et le collecteur. La base joue ainsi le rôle d’un robinet dans une installation de plomberie. Aujourd'hui, on peut trouver des milliards de transistors dans les processeurs d'ordinateur qui ont une taille de l'ordre du nanomètre, mais peu importe leur taille, leur fonctionnement seul est essentiel et reste très simple à comprendre.

Allez voir ma vidéo Youtube : MOSFET vs BIPOLAIRE

Il existe deux grandes catégories de transistors que sont les transistors bipolaires et les transistors MOSFET. La principale différence entre les deux est que le transistor bipolaire est contrôlé par le courant alors que le transistor MOSFET est contrôlé par la tension. Par contre, il existe plusieurs autres différences entre les deux types de transistors et vous pouvez en retrouver quelques unes ci-dessous :

Que ce soit les transistors bipolaires ou les MOSFET, ceux-ci se divisent en deux sous catégories. Les transistors bipolaires se répartissent en deux catégories : les transistors PNP et les transistors NPN. Le symbole PNP signifie Positif, Négatif, Positif. Le symbole NPN veut dire Négatif, Positif, Négatif. Lorsqu'un transistor bipolaire est représenté sur un schéma électrique, parfois on peut lire les indications C,B et E. La première lettre désigne le collecteur (C), la deuxième la base (B) et la troisième l'émetteur (E). On utilise les lettres EBC sur les feuilles de données des composants pour indiquer la fonction de chacune des trois électrodes. La base est toujours la broche qui contrôle le transistor. Lorsqu'on lui envoie le bon courant, on commande le transistor. De plus, l'intensité appliquée sur la base amplifie l'intensité de la sortie. Pour les transistors NPN, le courant doit circuler du collecteur vers l'émetteur alors que pour les transistors PNP, le courant circule de l'émetteur vers le collecteur (lorsqu'il est branché sur une alimentation positive).

Dans un transistor NPN, le courant circule du collecteur vers l'émetteur tandis que pour un transistor PNP (sur une alimentation positive), le courant circule en sens inverse de l'émetteur vers le collecteur. À noter que le courant de la base sort vers l'émetteur, tandis que le courant appliqué sur le collecteur ne se rendra jamais à la base. Lorsqu'on calcule le courant qu'il faut appliquer à la base, il ne faut pas oublier de soustraire la perte de tension Vbe (qui correspond à la chute de tension d'une diode).

Les transistors bipolaires sont aussi des transistors d'amplification. En effet, ces transistors ont un gain qui permet d'amplifier un signal entrant dans la base du transistor pour commander la sortie. Dans les fiches techniques, ce gain peut être appelé Beta (lettre grec) ou Hfe. Evidemment, ce gain est dépendant de nombreux facteurs : du courant du collecteur, de la tension collecteur-émetteur et même de la fabrication du transistor. Si nous voulons utiliser un transistor uniquement comme interrupteur, il suffit de le saturer en s’assurant que le courant circulant entre le collecteur et l'émetteur est largement supérieur au courant consommé par notre charge. Avec certains multimètres, il est possible de mesurer le gain d'un transistor simplement en le plaçant dans le récepteur prévu à cet effet.

Voici un exemple de multimètre qui possède la fonction Hfe :

Si le transistor ne possède pas un gain assez élevé pour l'application, il est possible de mettre plusieurs transistors en série afin de multiplier leur gain. En fait, il existe même ce genre de configuration dans un seul boitier qu'on appelle : Darlington transistor.

Afin de calculer le courant maximal qui peut circuler entre le collecteur et l'émetteur, il suffit d'utiliser la formule ci-dessous. Le gain (Hfe ou Beta) est donné par la fiche technique. Si on utilise le transistor comme simple interrupteur, il faut prendre le gain le plus bas. Ainsi, si notre transistor a de meilleures performances que le minimum, le transistor va tout simplement saturer. L'exemple ci-dessous suppose que le courant circulant dans la base est de 1 mA.

Lorsqu'on recherche un transistor bipolaire dans les fiches techniques, il y a quelques caractéristiques à prendre en compte. Entre autre, la tension collecteur-émetteur de saturation (Vce sat.) est à surveiller puisqu'elle correspond à la tension aux bornes du transistor en pleine conduction. Il faut aussi tenir compte du courant maximal supporté par le collecteur du transistor (Ic). Cette valeur va indiquer si le transistor peut ou non supporter la charge. Dans le cas des transistors bipolaires, il y a aussi la tension base-émetteur (Vbe) qui doit être prise en considération lors des calculs. Cette tension correspond à la perte entre la base et l'émetteur du transistor, tout comme une diode. Finalement, comme mentionné plus haut, le gain est un élément essentiel qui est propre à chaque transistor, mais qui doit être pris en compte lors des montages d'amplification.

Pour ce qui est des transistors MOSFET, les deux sous catégories sont : les transistors de canal P et les transistors de canal N. Lorsqu'un transistor MOSFET est représenté sur un schéma électrique, parfois on peut y lire les indications D, G et S. La première lettre désigne le drain (D), la deuxième la "gate" traduite en français par Grille (et non par « porte ») pour respecter la lettre (G) enfin la troisième est la source (S). Comme le transistor bipolaire, le transistor MOSFET utilise la broche centrale (la grille "gate" (G)) pour activer la circulation du courant entre les deux autres broches. Dans le cas d'un transistor MOSFET de canal N, le courant circule du Drain vers la Source et pour un transistor de canal P branché sur une alimentation positive, c'est l'inverse (Source vers Drain). En fait, il faut placer la charge à contrôler sur le drain du transistor et peu importe son type.

Comme le transistor MOSFET est contrôlé par la tension au lieu d'être contrôlé par le courant, il consomme moins que le transistor bipolaire. Par contre, comme le démontre le graphique ci-dessous, lorsqu'on veut contrôler un courant plus important, il faut augmenter la tension de contrôle.

Un autre avantage du transistor MOSFET est qu'il offre une très grande impédance sur la Grille. Cet avantage se remarque davantage lorsqu'on a un signal de faible puissance puisque celui-ci ne sera pas affecté s'il est branché sur la Grille d'un MOSFET contrairement à ce qui se passe si on l’applique sur la base d'un transistor.

Tout comme le transistor bipolaire, le transistor MOSFET a une caractéristique unique qu'il faut prendre en compte et qu'on peut retrouver dans les fiches techniques. La tension drain-source (Vds) ainsi que le courant maximal que peut supporter le drain (Id) sont les caractéristiques principales qui permettent de déterminer la charge commandée par le transistor. Une caractéristique importante que le transistor bipolaire ne possède pas est certainement la tension de seuil du transistor (Vgs). Cette tension seuil, aussi appelée tension "threshold" en anglais, correspond à la tension minimale qui doit être appliquée à la Grille du MOSFET pour activer la sortie. Comme le démontre le graphique ci-dessus, le courant pouvant circuler dans le Drain va dépendre de cette tension. Contrairement à la tension collecteur-émetteur de saturation du transistor bipolaire, pour le transistor MOSFET, on utilise plutôt l'appellation "Résistance
interne" (Rds (ON)). Cette valeur est souvent de l'ordre du milli-Ohm puisque plus la résistance est élevée et plus la tension aux bornes du composant est élevée, parallèlement, plus le transistor va chauffer. Dans un transistor, le courant principal suit le trajet du collecteur vers l'émetteur. Il est commandé par un courant qui va de la base à l'émetteur, mais le courant appliqué sur le collecteur ne se rend jamais à la base. Selon le type de transistor, on peut commander des moteurs ou des lumières plus puissants avec peu de courant. Enfin, l'avantage des transistors c'est qu'ils sont très rapides. Ils peuvent gérer, à la base, des fréquences de plusieurs kHz. (Selon le type de transistor).

Les transistors bipolaires les plus connus sont les 2N3904 (NPN) et les 2N3906 (PNP).

Que ce soit des transistors bipolaires ou MOSFET, ceux-ci sont offerts dans différents formats : TO-92, TO-220, TO-3 etc. Le format va varier selon la puissance qu'il peut dissiper et les courants qu'il peut supporter. Lorsqu'on veut calculer la puissance dissipée par le transistor, il suffit de trouver la tension à ses bornes qui correspond à Vce pour les transistors bipolaires et Vds pour les transistors MOSFET. Comme la puissance est égale à la tension multipliée par le courant, il faut prendre cette tension multipliée par le courant qui circule dans le transistor (Ic pour les transistors bipolaires et Id pour les MOSFET).