Difficulté Moyen
Note
Thématiques
Mis à jour le vendredi 8 mars 2013

Suite au chapitre sur les semi-conducteurs, nous allons voir ce qu'est un transistor et la "relation" qu'il a avec les diodes. Puis nous verrons dans quel but il a été inventé et son fonctionnement. Enfin, nous nous pencherons vers ses utilisations plus poussées.

Le transistor

Qu'est-ce qu'un transistor ?

Avant tout, voilà la photo d'un transistor :

Image utilisateur

Cette photo est celle d'un transistor quelconque. Comme vous pouvez le constater, c'est un composant électronique, certes, mais, et c'est le seul que l'on a vu jusqu'à présent, il possède 3 pattes ! Pourquoi trois ? Nous répondrons à cette question dès que nous verrons son fonctionnement.

Il faut savoir que le transistor est un composant actif, le premier que l'on découvre ! :-° Il n'est pas symétrique et est linéaire, mais seulement sur une plage de fonctionnement. Nous verrons que cette caractéristique linéaire est altérée en fonction de certains facteurs.

Les rôles du transistor

Tout au long de ce cours, nous avons eu à faire face à certains problèmes lorsqu'il était question de réaliser un montage, aussi simple soit-il : comment le réaliser, quelles solutions entreprendre, comment l'améliorer.

Retenons plusieurs problèmes évoqués :

  • Lors de notre découverte du résistor, nous avons vu comment diviser une tension (pont diviseur de tension). Cependant, l'utilisation de ce montage n'est guère envisageable lorsqu'il s'agit d'alimenter un montage ayant un fort besoin en courant. D'autant plus que la tension en sortie du pont diviseur chute quand le courant augmente. Nous allons voir comment faire avec un transistor pour améliorer ce montage.

  • Dans un autre cas : comment adapter la tension provenant d'un autre circuit que celui utilisé ? Par exemple, un capteur, qui délivre une tension inférieure au Volt, est connecté à un montage qui est commandé en 5V. Sans faire quelque chose pour que cela fonctionne, ce n'est pas possible. Néanmoins si on adapte la tension de sortie du capteur, vers une tension plus appropriée pour le montage, alors cela devient réalisable et ce, avec un transistor pour amplifier le signal délivré par le capteur.

D'une façon plus générale, le transistor peut faire les choses suivantes : amplifier une grandeur électrique (tension, courant, puissance) ; commander une grandeur électrique ou un signal.

Diversité des transistors

Eh oui ! Le titre implique qu'il existe plusieurs types différents de transistors. Rassurez-vous, on ne va pas tous les étudier. Ce serait trop long et fastidieux, sachant que même un livre regroupant un minimum de 1000 pages, ne suffirait pas à détailler complètement le fonctionnement des transistors d'un seul type ! :waw:

Tiens, parlons-en des types !

Chez les transistors, de manière générale, on distingue deux caractéristiques : leur type et leur technologie.

Qu'est-ce que c'est exactement ?

  • Le type: c'est la famille auquel appartient le transistor. Il existe 4 grandes familles, qui sont : les transistors bipolaires, les transistors à effet de champ, les transistors uni-jonction et les transistors hybrides (qui allient en eux deux types de transistors).

  • La technologie: pour chaque famille de transistor, il existe une ou plusieurs technologies différentes. On retrouve les technologies NPN et PNP pour les transistors bipolaires ; les technologies CMOS et FET pour les transistors à effet de champ ; enfin, la technologie IGBT chez les transistors hybrides

Voilà donc un aperçu de ce qui vous attend pour la suite. :diable:

Le transistor bipolaire

Avant de nous lancer tête baissée dans l'apprentissage du fonctionnement du transistor bipolaire, je vous propose d'abord de voir quelle relation il entretient avec les diodes.

Technologie NPN

Le titre est assez parlant je trouve, pas vous ?

Le transistor à technologie bipolaire est fabriqué à partir des mêmes propriétés physiques du semi-conducteur utilisé pour les diodes. On retrouve donc notre jonction PN, à laquelle on adjoint un nouveau pôle de type P pour les transistors PNP ; de type N pour les transistors NPN.

Image utilisateur

Figure 1 : technologie NPN d'un transistor bipolaire

Voilà donc la relation qu'il a avec les diodes, et plus généralement, les semi-conducteurs.

Symbole

Étant donné que le transistor possède trois pattes, il en va de même pour son symbole :

Image utilisateur

Figure 2 : symbole du transistor NPN

Fonction des bornes

Afin de repérer clairement les bornes du transistor, ses inventeurs on donné un nom bien particulier pour chacune de ces pattes :

Le collecteur: C'est par le collecteur que les courants vont entrer dans le transistor. Cependant, et ce n'est pas rare, on peut récupérer le signal de sortie sur le collecteur. Nous verrons cela plus loin.

La base: La base joue un rôle déterminant pour le transistor. Car c'est elle qui commande le passage du courant à travers le transistor.

L'émetteur: Les courants de base et de collecteur qui entrent dans le transistor ont besoin de sortir de celui-ci, sinon il y a problème ! L'émetteur a été inventé pour ça. C'est donc par lui que sortent les courants provenant de la base et du collecteur. On récupère là aussi le signal de sortie.

Emplacement des bornes

Sur ce schéma j'ai rassemblé le nom des broches correspondantes avec le type de jonction :

Image utilisateur

Et pour le symbole :

Image utilisateur

Quelques remarques :

  • Le collecteur est toujours connecté avec une jonction N, dans un transistor NPN

  • Il en va de même pour l'émetteur

  • La base, quant à elle, est connectée à la jonction P du transistor NPN

Les différents fonctionnements

Pour corser un peu les choses, il existe plusieurs façons d'utiliser un transistor ! Ou plus exactement, le transistor peut fonctionner dans deux régimes différents:

  • Régime de saturation : dans ce régime, le transistor peut avoir deux états : un état "bloqué" ou un état "passant" (ou "saturé"). On parle de saturation lorsque le transistor est à l'état passant, c'est à dire lorsque le courant traverse le transistor du collecteur vers l'émetteur. Inversement, il est dit bloqué lorsque le courant ne le traverse plus.

  • Régime linéaire : différent du régime de saturation, le régime linéaire nous donne la possibilité d'avoir une infinité d'états du transistor. Le passage du courant entre le collecteur et l'émetteur peut donc prendre les valeurs suivantes : un tout petit peu passant, un peu plus passant, un peu passant, moyennement passant, passant, un peu plus passant, passant beaucoup, passant très beaucoup, ... Vous l'aurez compris, il y en a beaucoup ! :p

Dans un premier temps, nous nous concentrerons sur le régime de saturation qui est le plus facile à assimiler. Le régime linéaire sera aborder ensuite.

Les auteurs