Fonctionnement du transistor en mode clé

Pour simplifier l'histoire, vous pouvez imaginer transistor sous la forme d'une résistance variable. La conclusion de la base est juste la poignée que vous pouvez tordre. Dans ce cas, la résistance de la section collecteur - émetteur change. Bien sûr, vous n'avez pas besoin de tordre la base, elle peut se détacher. Mais lui appliquer une tension par rapport à l'émetteur est bien sûr possible.

Si la tension n'est pas appliquée du tout, il suffit de prendre et de fermer les conclusions de la base et de l'émetteur, même si elles ne sont pas courtes, mais à travers une résistance de plusieurs KOhms. Il s'avère que la tension base-émetteur (Ube) est nulle. Par conséquent, il n'y a pas de courant de base. Le transistor est fermé, le courant du collecteur est négligeable, juste le même courant initial. À peu près la même chose qu'une diode dans le sens opposé! Dans ce cas, ils disent que le transistor est en position OFF, ce qui signifie en langage normal fermé ou verrouillé.

L'état opposé est appelé SATURATION. C'est lorsque le transistor est complètement ouvert, de sorte qu'il n'y a nulle part où s'ouvrir davantage. Avec ce degré d'ouverture, la résistance de la section collecteur-émetteur est si faible qu'il est tout simplement impossible d'activer le transistor sans charge dans le circuit collecteur, il brûlera instantanément. Dans ce cas, la tension résiduelle au niveau du collecteur ne peut être que de 0,3 ... 0,5 V.

Pour amener le transistor dans un tel état, il est nécessaire de fournir un courant de base suffisamment important en lui appliquant une tension Ube importante par rapport à l'émetteur, de l'ordre de 0,6 ... 0,7V. Oui, pour une jonction base-émetteur, une telle tension sans résistance de limitation est très importante. Après tout, la caractéristique d'entrée du transistor, représentée sur la figure 1, est très similaire à la branche directe de la caractéristique de la diode.

Figure 1. Caractéristique d'entrée du transistor

Ces deux états - saturation et coupure - sont utilisés lorsque le transistor est en mode clé comme un contact de relais normal. Le point principal de ce mode est qu'un petit courant de base contrôle un grand courant de collecteur, qui est plusieurs dizaines de fois plus que le courant de base. Un courant de collecteur important est obtenu en raison d'une source d'énergie externe, mais le gain de courant, comme on dit, reste évident. Un exemple simple: un petit microcircuit allume une grosse ampoule!

Pour déterminer l'amplitude d'un tel gain du transistor en mode clé, le "gain de courant en mode grand signal" est utilisé. Dans les répertoires de est indiqué par la lettre grecque β "betta". Pour presque tous les transistors modernes, lorsqu'ils fonctionnent en mode clé, ce coefficient n'est pas inférieur à 10 ... 20 β est déterminé comme le rapport du courant de collecteur maximum possible au courant de base minimum possible. La taille est sans dimension, juste "combien de fois".

β ≥ Ic / Ib

Même si le courant de base est plus que nécessaire, il n'y a pas de problème particulier: le transistor ne pourra toujours pas s'ouvrir davantage. C'est pourquoi il est en mode saturation. En plus des transistors conventionnels, des transistors Darlington ou composites sont utilisés pour fonctionner en mode clé. Leur "super-betta" peut atteindre 1000 fois ou plus.

Comment calculer le mode de fonctionnement de l'étape clé

Afin de ne pas être complètement infondé, essayons de calculer le mode de fonctionnement de la cascade de touches, dont le circuit est illustré à la figure 2.

Figure 2

La tâche de cette cascade est très simple: allumer et éteindre l'ampoule. Bien sûr, la charge peut être n'importe quoi - une bobine de relais, un moteur électrique, juste une résistance, mais on ne sait jamais quoi. L'ampoule a été prise juste pour rendre l'expérience claire, pour la simplifier. Notre tâche est un peu plus compliquée. Il est nécessaire de calculer la valeur de la résistance Rb dans le circuit de base pour que l'ampoule brûle à pleine chaleur.

Ces ampoules sont utilisées pour éclairer le tableau de bord dans les voitures domestiques, il est donc facile de le trouver. Le transistor KT815 avec un courant de collecteur de 1,5A convient parfaitement à une telle expérience.

La chose la plus intéressante dans toute cette histoire est que les contraintes ne sont pas prises en compte dans les calculs, tant que la condition β ≥ Ic / Ib est remplie. Par conséquent, l'ampoule peut être à une tension de fonctionnement de 200 V et le circuit de base peut être contrôlé à partir de micropuces avec une tension d'alimentation de 5 V. Si le transistor est conçu pour fonctionner avec une telle tension sur le collecteur, la lumière clignotera sans problème.

Mais dans notre exemple, aucun microcircuit n'est prévu, le circuit de base est commandé simplement par un contact, qui fournit simplement 5V. Ampoule pour tension 12V, courant de consommation 100mA. On suppose que notre transistor a β exactement 10. La chute de tension à la jonction base-émetteur est Ube = 0,6V. Voir caractéristique d'entrée sur la figure 1.

Avec de telles données, le courant dans la base doit être Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

La tension à la résistance de base Rb sera (moins la tension à la jonction base-émetteur) 5V - Ube = 5V - 0,6V = 4,4V.

Nous rappelons la loi d'Ohm: R = U / I = 4,4 V / 0,01 A = 440 ohms. Selon le système SI, on substitue la tension en volts, le courant en ampères, le résultat est en Ohms. Dans la série standard, nous sélectionnons une résistance avec une résistance de 430 Ohms. Sur ce calcul peut être considéré comme complet.

Mais, qui regarde attentivement le circuit, peut se demander: «Pourquoi n'a-t-on rien dit sur la résistance entre la base et l'émetteur Rbe? Ils l'ont juste oublié, ou a-t-il vraiment besoin de lui? »

Le but de cette résistance est de fermer de manière fiable le transistor au moment où le bouton est ouvert. Le fait est que si la base «pend en l'air», l'effet de toutes sortes d'interférences sur elle est simplement garanti, surtout si le fil du bouton est suffisamment long. Qu'est-ce qui n'est pas l'antenne? Presque comme un récepteur détecteur.

Pour fermer de manière fiable le transistor, pour y entrer en mode de coupure, il faut que les potentiels de l'émetteur et de la base soient égaux. Il serait plus simple d'utiliser un contact de commutation dans notre «programme de formation». Il est nécessaire d'activer le contact de l'interrupteur d'éclairage à + 5V, et lorsqu'il était nécessaire de l'éteindre - il suffit de fermer l'entrée de toute la cascade à la terre.

Mais ce n'est pas toujours et pas partout que le luxe peut être autorisé comme le contact supplémentaire. Par conséquent, il est plus facile d'aligner les potentiels de la base et de l'émetteur avec la résistance Rbe. La valeur de cette résistance n'a pas besoin d'être calculée. Il est généralement pris égal à dix RB. Selon les données pratiques, sa valeur devrait être de 5 ... 10K.

Le circuit considéré est un type de circuit avec un émetteur commun. Deux caractéristiques peuvent être notées ici. Tout d'abord, cela utilise 5V comme tension de commande. C'est cette tension qui est utilisée lorsque l'étage clé est connecté à des circuits numériques ou, qui est désormais plus susceptible de microcontrôleurs.

Deuxièmement, le signal collecteur est inversé par rapport au signal de base. S'il y a une tension à la base, le contact est fermé à + 5V, puis sur le collecteur il tombe à presque zéro. Eh bien, pas à zéro, bien sûr, mais à la tension indiquée dans le répertoire. En même temps, l'ampoule n'est pas inversée visuellement - il y a un signal à la base, il y a de la lumière.

L'inversion du signal d'entrée se produit non seulement dans le mode clé du transistor, mais également dans le mode gain. Mais cela sera discuté dans la prochaine partie de l'article.

Boris Aladyshkin 

P.S. Avant l'installation dans le circuit, il est très souvent nécessaire de vérifier le fonctionnement des transistors. Voyez comment le faire ici - Test simple des transistors en pratique.