Le transistor à jonction bipolaire (BJT) en tant que commutateur

Transistors bipolaires à jonction (Également connu sous le nom de BJT) peut être utilisé comme amplificateur, filtre, redresseur, oscillateur ou même commutateur dont nous couvrons un exemple dans la première section. Le transistor fonctionnera comme un amplificateur ou un autre circuit linéaire si le transistor est polarisé dans la région linéaire. Le transistor peut être utilisé comme interrupteur s'il est polarisé dans les régions de saturation et de coupure. Cela permet au courant de circuler (ou non) dans d'autres parties d'un circuit.

Étant donné que le courant de collecteur d'un transistor est proportionnellement limité par son courant de base, il peut être utilisé comme une sorte de commutateur contrôlé par le courant. Un flux d'électrons relativement faible envoyé à travers la base du transistor a la capacité d'exercer un contrôle sur un flux d'électrons beaucoup plus important à travers le collecteur.

Utiliser un BJT comme commutateur :un exemple

Supposons que nous ayons une lampe que nous voulions allumer et éteindre avec un interrupteur. Un tel circuit serait extrêmement simple, comme dans la figure ci-dessous (a).

À titre d'illustration, insérons un transistor à la place du commutateur pour montrer comment il peut contrôler le flux d'électrons à travers la lampe. N'oubliez pas que le courant contrôlé à travers un transistor doit passer entre le collecteur et l'émetteur.

Puisque c'est le courant traversant la lampe que l'on veut contrôler, il faut positionner le collecteur et l'émetteur de notre transistor là où se trouvaient les deux contacts de l'interrupteur. Nous devons également nous assurer que le courant de la lampe se déplacera contre la direction du symbole de flèche de l'émetteur pour s'assurer que la polarisation de jonction du transistor sera correcte comme dans la figure ci-dessous (b).

(a) interrupteur mécanique, (b) interrupteur à transistor NPN, (c) interrupteur à transistor PNP.

Un transistor PNP aurait également pu être choisi pour le travail. Son application est illustrée dans la figure ci-dessus (c).

Le choix entre NPN et PNP est vraiment arbitraire. Tout ce qui compte, c'est que les directions de courant appropriées soient maintenues pour une polarisation correcte des jonctions (flux d'électrons allant contre la flèche du symbole du transistor).

Dans les figures ci-dessus, la base de l'un ou l'autre BJT n'est pas connectée à une tension appropriée et aucun courant ne circule à travers la base. Par conséquent, le transistor ne peut pas s'allumer. Peut-être que la chose la plus simple à faire serait de connecter un interrupteur entre les fils de base et de collecteur du transistor comme dans la figure (a) ci-dessous.

Transistor :(a) coupure, lampe éteinte ; (b) saturé, lampe allumée.

Cutoff vs Transistors saturés

Si l'interrupteur est ouvert comme dans la figure (a), le fil de base du transistor restera "flottant" (non connecté à quoi que ce soit) et il n'y aura pas de courant à travers lui. Dans cet état, le transistor est dit coupure .

Si l'interrupteur est fermé comme sur la figure (b), le courant pourra passer de la base à l'émetteur du transistor à travers l'interrupteur. Ce courant de base permettra un flux de courant beaucoup plus important du collecteur vers l'émetteur, éclairant ainsi la lampe. Dans cet état de courant de circuit maximal, le transistor est dit saturé .

Bien entendu, il peut sembler inutile d'utiliser un transistor à ce titre pour contrôler la lampe. Un interrupteur ordinaire suffira à la fonction à la place d'un transistor.

Pourquoi utiliser un transistor pour contrôler le courant ?

Deux points peuvent être soulignés ici. Le premier est le fait que lorsqu'ils sont utilisés de cette manière, les contacts du commutateur n'ont besoin de gérer que le peu de courant de base nécessaire pour activer le transistor ; le transistor lui-même gère la plupart du courant de la lampe. Cela peut être un avantage important si le commutateur a un faible courant nominal :un petit commutateur peut être utilisé pour contrôler une charge de courant relativement élevée.

Plus important encore, le comportement de contrôle du courant du transistor nous permet d'utiliser quelque chose de complètement différent pour allumer ou éteindre la lampe. Considérez la figure ci-dessous, où une paire de cellules solaires fournit 1 V pour surmonter la tension base-émetteur de 0,7 V du transistor pour provoquer le flux de courant de base, qui à son tour contrôle la lampe.

La cellule solaire sert de capteur de lumière.

Ou, nous pourrions utiliser un thermocouple (beaucoup connecté en série) pour fournir le courant de base nécessaire pour allumer le transistor dans la figure ci-dessous.

Un seul thermocouple fournit moins de 40 mV. Beaucoup en série pourraient produire plus de 0,7 V transistor V_BE pour provoquer le flux de courant de base et le courant de collecteur qui en résulte vers la lampe.

Même un microphone (voir la figure ci-dessous) avec suffisamment de tension et de courant (provenant d'un amplificateur) pourrait activer le transistor, à condition que sa sortie soit redressée du courant alternatif au courant continu afin que la jonction émetteur-base PN à l'intérieur du transistor soit toujours vers l'avant -biaisé :

Le signal du microphone amplifié est redressé en CC pour polariser la base du transistor fournissant un courant de collecteur plus important.

Le point devrait être assez évident maintenant. Toute source de courant continu suffisante peut être utilisée pour allumer le transistor, et cette source de courant n'a besoin que d'une fraction du courant nécessaire pour alimenter la lampe.

Ici, nous voyons le transistor fonctionner non seulement comme un interrupteur, mais comme un véritable amplificateur :utilisant un signal de puissance relativement faible pour contrôler une quantité de puissance relativement importante. Veuillez noter que la puissance réelle pour allumer la lampe provient de la batterie à droite du schéma. Ce n'est pas comme si le petit courant de signal de la cellule solaire, du thermocouple ou du microphone était transformé par magie en une plus grande quantité d'énergie. Au contraire, ces petites sources d'alimentation contrôlent simplement la puissance de la batterie pour allumer la lampe.

Le BJT comme Switch REVUE :

• Les transistors peuvent être utilisés comme éléments de commutation pour contrôler l'alimentation CC d'une charge. Le courant commuté (contrôlé) passe entre l'émetteur et le collecteur ; le courant de contrôle passe entre l'émetteur et la base.
• Lorsqu'un transistor est traversé par un courant nul, on dit qu'il est dans un état de coupure (entièrement non conducteur).
• Lorsqu'un transistor est traversé par un courant maximal, on dit qu'il est dans un état de saturation (complètement conducteur).

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les transistors à jonction bipolaire en tant que commutateurs