Transistor : Principe de Base | Sciences de l'Ingénieur 1ère
Introduction
Découvrez le composant actif fondamental en électronique
Définition du transistor
Concept fondamental
Un transistor est un composant électronique à trois bornes (base, collecteur, émetteur) constitué de deux jonctions PN.
Il est capable d'amplifier un signal électrique ou de fonctionner comme un interrupteur électronique.
Il est caractérisé par son gain en courant β (ou hfe) et son gain en tension.
Un transistor bipolaire est formé par :
- Région émetteur : fortement dopée, injecte les porteurs
- Région base : faiblement dopée et très mince
- Région collecteur : moyennement dopée, recueille les porteurs
Principe de fonctionnement
Processus d'amplification
Lorsque la base est polarisée positivement par rapport à l'émetteur :
- Les électrons de l'émetteur sont attirés vers la base
- La majorité des électrons traversent la base mince
- Les électrons sont collectés par le collecteur
- Le courant de base contrôle le courant de collecteur
- Gain en courant : β = IC / IB
- Gain en tension : Av = ΔVout / ΔVin
- Relation : IC = β × IB (approximation)
- IE = IC + IB (loi des nœuds)
Où IC est le courant de collecteur, IB est le courant de base, et β est le gain en courant.
Types de transistors
Catégories de transistors
Transistor NPN :
- Deux jonctions N-P
- Porteurs principaux : électrons
- Nécessite une tension positive à la base
- Plus couramment utilisé
Transistor PNP :
- Deux jonctions P-N
- Porteurs principaux : trous
- Nécessite une tension négative à la base
- Utilisé dans les circuits de polarité inversée
Les transistors à effet de champ sont commandés par la tension :
- Commande en tension (non en courant comme les bipolaires)
- Impédance d'entrée très élevée
- Moins de consommation en mode statique
- Utilisés dans les circuits numériques et de puissance
Modes de fonctionnement
États du transistor
Le transistor fonctionne en amplification quand :
- La jonction base-émetteur est polarisée en directe
- La jonction base-collecteur est polarisée en inverse
- Le courant de base contrôle le courant de collecteur
- Le gain est constant (β = IC/IB)
La tension de base est légèrement supérieure à celle de l'émetteur (0,6-0,7V pour Si).
Le transistor est bloqué quand :
- La tension base-émetteur est inférieure à la tension seuil
- Les deux jonctions sont polarisées en inverse
- Le courant de collecteur est négligeable (courant de fuite)
- Le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert
Le transistor est saturé quand :
- Le courant de base est suffisamment élevé
- La jonction base-collecteur devient directe
- Le gain β diminue considérablement
- Le transistor se comporte comme un interrupteur fermé
Applications du transistor
Utilisations pratiques
Le transistor est utilisé dans les montages :
- Émetteur commun (gain en tension et en courant)
- Collecteur commun (gain en courant, impédance de sortie faible)
- Base commune (gain en tension, impédance d'entrée faible)
Il amplifie des signaux faibles pour les rendre exploitables.
Le transistor fonctionne comme un interrupteur :
- État bloqué : interrupteur ouvert (IC ≈ 0)
- État saturé : interrupteur fermé (tension VCE minimale)
- Commande par un signal logique
- Utilisé dans les circuits logiques et les alimentations à découpage
Les transistors sont utilisés pour :
- Stabiliser des tensions (régulateurs linéaires)
- Contrôler des courants dans des charges
- Protéger des circuits contre les surintensités
- Contrôler des dispositifs électriques
Exercice d'application
Problème de transistor
Un transistor NPN de gain β = 100 est monté en configuration émetteur commun. La tension d'alimentation est de 12 V, la résistance de base est de 10 kΩ, et la résistance de collecteur est de 1 kΩ. La tension base-émetteur est de 0,7 V.
1. Calculez le courant de base.
2. Calculez le courant de collecteur.
3. Calculez la tension collecteur-émetteur.
4. Déterminez si le transistor est en régime linéaire ou en saturation.
Solution de l'exercice
Correction détaillée
Données : VCC = 12 V, RB = 10 kΩ, VBE = 0,7 V
VRB = VCC - VBE = 12 - 0,7 = 11,3 V
IB = VRB / RB = 11,3 / 10000 = 0,00113 A = 1,13 mA
Le courant de base est de 1,13 milliampères.
Données : β = 100, IB = 1,13 mA
IC = β × IB = 100 × 0,00113 = 0,113 A = 113 mA
Le courant de collecteur est de 113 milliampères.
Données : VCC = 12 V, IC = 113 mA, RC = 1 kΩ
VRC = IC × RC = 0,113 × 1000 = 113 V
Attendez ! Cela dépasse la tension d'alimentation. Calculons le courant de saturation :
IC,sat = VCC / RC = 12 / 1000 = 12 mA
Le transistor est en saturation, donc VCE ≈ 0,2 V
Le courant de collecteur calculé (113 mA) est supérieur au courant de saturation (12 mA).
Le transistor est donc en régime de saturation.
La tension VCE est proche de 0,2 V (état saturé).
Résumé
Points clés
- Le transistor est un composant à trois bornes (base, collecteur, émetteur)
- Il est constitué de deux jonctions PN
- Il existe deux types principaux : NPN et PNP
- Il peut fonctionner en amplification ou en commutation
- Le courant de base contrôle le courant de collecteur
- Gain en courant : β = IC / IB
- Mode linéaire : amplification
- Mode saturation/blocage : commutation
- Amplification de signaux
- Commutation dans les circuits logiques
- Régulation de tension
- Contrôle de dispositifs électriques
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences