Commutation BJT : comment les transistors contrôlent efficacement les charges de fort courant

Les transistors à jonction bipolaire (BJT) sont des composants polyvalents qui peuvent fonctionner comme amplificateurs, filtres, redresseurs, oscillateurs, et, important, comme commutateurs. Quand polarisés dans la région linéaire, un BJT se comporte comme amplificateur ; quand polarisés en saturation ou coupure, il agit comme interrupteur de puissance, permettant ou bloquant le flux de courant dans d'autres parties du circuit.

Le courant de collecteur d'un BJT est gouverné par son courant de base, lui permettant de servir comme interrupteur commandé en courant. Un modeste courant injecté dans la base peut contrôler un courant de collecteur bien plus large, faisant du transistor une solution idéale pour applications haut courant.

Utiliser un BJT comme interrupteur : exemple pratique

Considérez une simple lampe qu'on veut allumer et éteindre. L'approche classique utilise un interrupteur mécanique, comme montré figure (a). En remplaçant l'interrupteur par un transistor, nous illustrons comment un BJT contrôle le courant de la lampe. Le collecteur et l'émetteur doivent remplacer les contacts de l'interrupteur, et le courant de la lampe doit circuler opposite à la flèche de l'émetteur pour maintenir la polarisation de jonction correcte, comme dépeint figure (b).

Un transistor PNP pourrait équitablement effectuer cette tâche, montré figure (c). Le choix entre NPN et PNP est arbitraire — ce qui importe est la direction correcte du courant pour préserver la polarisation de jonction (flux d'électrons opposite à la flèche du symbole transistor).

Dans les diagrammes ci-dessus, la base du transistor est laissée flottante, donc aucun courant de base ne circule et le dispositif reste éteint. Une solution pratique est d'insérer un petit interrupteur entre la base et le collecteur, comme illustré ci-dessous.

Coupure vs Saturation

Quand l'interrupteur est ouvert (figure a), la base flotte et aucun courant ne circule ; le transistor est en mode coupure, complètement non-conducteur. Quand l'interrupteur est fermé (figure b), le courant de base circule de base vers émetteur, permettant un grand courant collecteur-émetteur qui allume la lampe. Dans cet état, le transistor est en mode saturation, complètement conducteur.

À première vue, remplacer un interrupteur mécanique par un transistor peut sembler inutile. Cependant, le transistor offre des avantages significatifs dans certains scénarios.

Pourquoi utiliser un transistor pour le contrôle de courant ?

Deux avantages clés :

• Contrôle bas courant — Les contacts d'interrupteur n'ont besoin de gérer que le petit courant de base requis pour allumer le transistor, permettant un petit interrupteur de contrôler une charge haut courant.
• Signaux de contrôle distants ou alternatifs — La base du transistor peut être pilotée par pratiquement toute source DC, permettant contrôle via cellules solaires, thermocouples, microphones, ou autres capteurs.

Par exemple, un couple de cellules solaires peut fournir 1 V pour surmonter la chute base-émetteur 0,7 V du transistor, initiant le courant de base et allumant la lampe. De même, plusieurs thermocouples en série peuvent fournir la tension nécessaire, et un signal microphone amplifié — redressé en DC — peut aussi polariser la base.

Dans chaque cas, le transistor agit comme un vrai amplificateur : un petit signal de contrôle DC régule une alimentation de puissance plus grande qui pilote la lampe. La puissance réelle de la lampe vient de la batterie principale ; les signaux de contrôle ne font que gouverner son fonctionnement.

BJT comme interrupteur — Révision rapide

• Les transistors peuvent commuter la puissance DC vers une charge ; le courant contrôlé circule entre émetteur et collecteur, tandis que le courant de commande base circule entre émetteur et base.
• Zéro courant base met le transistor en coupure — non-conducteur.
• Courant base maximal pousse le transistor en saturation — complètement conducteur.

Feuille de travail associée

• Feuille de travail : Transistors à jonction bipolaire comme interrupteurs