Le transistor (base)

8.1 Amplificateur de courant pour amplificateur de tension.

8.1.1 Rôle du transistor

Le courant maximal de sortie d'un amplificateur opérationnel typique est limité. Pour un 741C, par exemple, il est de 20 mA. Si la charge exige un courant plus élevé, il faut ajouter un élément "amplificateur de courant" à la sortie.

Regardons les figures suivantes. Ces diagrammes (synoptique et schématique) représentent une alimentation régulée de laboratoire.

Portons notre attention vers l'élément de puissance (#4). C'est un transistor. Son rôle est d'amplifier le courant. Il fournit à la charge le courant nécessaire selon la commande de l'amplificateur opérationnel. Ainsi il véhicule l'énergie en provenance du bloc d'alimentation vers la charge sous l'oeil vigilant du circuit de contrôle. composé des blocs #2, #3 et #5.

Le transistor (encadré #4 et Figure 8-3) possède trois broches: le collecteur, la base et l'émetteur.

L'amplificateur opérationnel est celui qui pourvoit le courant de base I_B contrôlant I_C et I_E. Dans notre exemple (Figure 8-2), la charge est branchée à l'émetteur d'où elle reçoit son courant.

On dit que le transistor est un amplificateur de courant. En effet, I_C est un courant qui est I_B multiplié par un facteur, ß, qu'on appelle le gain en courant du transistor. Un transistor typique peut avoir un ß égal à 100.

I_C = ß x I_B

Le courant I_E se trouve la somme de I_C et de I_B.

I_E = I_C + I_B

Indiquez les polarités des tensions V_CE et V_BE afin que les courants I_C et IB se déplacent comme indiqué.

En manipulant les deux équations précédentes, on découvre aussi ceci:

I_E = I_B +ß I_B

donc: I_E = I_B x (ß + 1)

ou encore: I_B = I_E / (ß + 1)

En résumé:

I_C = ß x I_B (Travail du transistor)

I_E = I_C + I_B (Noeud de courant)

I_E = (ß + 1) x I_B

La flèche qui symbolise l'émetteur pointe dans le sens du courant conventionnel.

# 1 - Exemple

Question:

I_C = ?

I_E = ?

Solution:

I_C = ß x I_B = 100 x 20µA = 2mA

I_E = I_C + I_B = 2mA + 20µA = 2.02mA

# 2 - Exemple:

Question:

I_B = ?

I_C = ?

Solution:

I_B = I_E / (ß + 1) = 915µA / (60 +1) = 15µA

I_C = ß x I_B = 60 x 15µA = 900µA ou encore I_C = I_E - I_B = 915µA - 15µA = 900µA

# 3 - Exemple:

Question:

I_B = ?

I_E = ?

Solution:

I_B = I_C / b = 2mA / 80 = 25µA

I_E = I_C + IB= 2mA +25µA = 2.025mA

# 4 - Exemple:

Question:

I_B = ?

I_C = ?

Solution:

I_B = I_E / (ß + 1) = 5.02mA / 251 = 20µA

I_C = ß x I_B = 250 x 20µA = 5mA

MONTAGE DARLINGTON:

On peut grouper des transistors ensemble. On fait ceci dans le but d'avoir un gain en courant plus grand. En effet, on se sert du courant amplifié de l'un (I_ET1) pour commander la base de l'autre (I_BT2). Ceux-ci se branchent comme illustré à la Figure 8-6.

Figure 8-6

Le courant d'émetteur du premier transistor (I_ET1) est le courant de base du deuxième transistor (IBT2) qui le multiplie à son tour par son facteur ß.

# 1 - Exemple:

Trouver: I_CT1, I_ET1, I_BT2, I_CT2, I_ET2, I_T, I_T / I_BT1 et est-ce que I_BT1 + I_T = I_ET2?

Solution:

I_CT1 = ß x I_BT1 = 100 x 20µA = 2mA

I_ET1 = I_BT1 + I_CT1 = 2mA + 20µA = 2.02mA

I_BT2 = I_ET1 = 2.02mA

I_CT2 = I_BT2 x ß = 2.02mA x 75 = 151.5mA

I_ET2 = I_BT2 + I_CT2 = 2.02mA + 151.5mA = 153.52mA

I_T = I_CT1 + I_CT2 = 2mA +151.5mA = 153.5mA

I_T/I_BT1 = 153.5mA / 20µA = 7675

20µA + 153.5mA = 153.52mA !!! (Noeud de courant OK)

8.3 MONTAGE ALPHA (darlington complémentaire).

# 1 - Exemple:

Questions:

Trouver: I_CT1, I_ET1, I_BT2, I_CT2, I_ET2, I_T.

Solution:

I_CT1 = 10µA x 75 = 750µA

I_ET1 = 10µA + 750µA = 760µA

I_BT2 = I_CT1 = 750µA

I_CT2 = 750µA x 50 = 37.5mA

I_ET2 = 37.5mA + 750µA = 38.25mA

I_T = I_CT2 + I_ET1 = 37.5mA + 760µA = 38.26mA

8.4 Ajout jout d'un transistor à un amplificateur opérationel

Voici, à la Figure 8-12, l'application classique du transistor comme amplificateur du courant de sortie d'un amplificateur opérationnel (voir aussi la Figure 8-1 et la Figure 8-2).

Le circuit illustre bien le rôle du transistor. Son emploi est justifié du fait que l'amplificateur ne peut fournir de lui-même le courant de 1 ampère exigé par la charge de 12W.

Un amplificateur opérationnel typique ne peut d'ordinaire fournir plus de 20mA. Ce qui est bien au-dessous du courant de 1 ampère qui est nécessaire dans ce cas-ci (Voir les caractéristiques). Le transistor vient donc à la rescousse de l'amplificateur opérationnel en lui fournissant les muscles qui lui manquent. L'amplificateur ne fournit que 9,9mA, ce qu'il est en mesure de faire.

* 1.7mA est le courant d'alimentation du 741. On retrouve cette spécification dans les caractéristiques. C'est le courant qu'il demande pour rendre opérationnels ses composantes internes.

8.5 Exercices

# 1 -

a) I_C = ?

b) I_E = ?

# 2 -

a) I_C = ?

b) I_E = ?

# 3 -

a) I_B = ?

b) I_C = ?

# 4 -

a) I_BT2 = ?

b) I_ET2 = ?

c) I_ET1 = ?

d) I_BT1 = ?

e) I_CT1 = ?

# 5 -

a) I_BT2 = ?

b) I_CT2 = ?

c) I_ET1 = ?

d) I_BT1 = ?

e) I_CT1 = ?

f) I_T = ?

# 6 -

a) I_CT1 = ?

b) I_ET1 = ?

c) I_BT2 = ?

d) I_CT2 = ?

e) I_ET2 = ?

f) I_T = ?

# 7 - Examiner la figure suivante et trouver toutes les tensions et les courants demandés. Ne pas oublier de consulter les caractéristiques des amplificateurs opérationnels.

a) U_sortie = ?

b) I_sortie = ?

c) I_R1 =I_R2 = I_R3 = ?

d) I_E = ?

e) I_B = ?

f) I_C = ?

g) U_B = ?

h)Courant d'alimentation du TL071 = ?

i) I_RZ = ?

j) I₁ = ?

k) I₂ = ?

l) I_T = ?

m) Puissance dissipée par le transistor = ?

# 8 - Examiner la figure suivante et trouver toutes les tensions et les courants demandés. Ne pas oublier de consulter les caractéristiques des amplificateurs opérationnels.

a) U_sortie = ?, I_sortie = ?

b) I_RF = ?

c) Courant d'alimentation du 1436 = ?

d) I_ET2 = ?

e) I_BT2 = ?

f) I_BT1 = ?

g) I_CT1 = ? , I_CT2 = ?

h) I_RZ = ?

i) I₁ = ?

j ) I₂ = ?

k) I_T = ?

l) U_BT2 = ?,U_BT1 = ?

m) Puissance dissipée par T₂ = ?

# 9 - Trouver les valeurs demandées.

a) Courant d'alimentation du OP 27 = ?

b) U_sortie = ?

c) I_E = ?

d) I_B = ?

e) I_C = ?

f) I₁ = ?

g) I_RZ = ?

h) I_T = ?

i) U_B =?

j) Puissance dissipée par le transistor = ?