07 Sep

Les transistors

Publié par Nain0nain ,

Les transistors

Hey ! Vous voilà au rendez-vous ! Aujourd'hui on va parler des transistors : la base de toute la logique binaire du monde informatique ! C'est une notion assez compliquée tout de même, alors n'hésitez pas à relire plusieurs fois :

  • Qu'est-ce qu'un transistor ?
  • Utilisation
  • Fonctionnement interne
  • Fonctionnement électrique
  • La base d'un fonctionnement logique

Le transistor :

1. Un transistor c'est ça :

Effectivement ! Mais ça m'avance pas trop !

Effectivement ! Mais ça m'avance pas trop !

Un composant à trois pattes, c'est pas commun. Vous connaissez les dipôles, une patte positive et une négative. Cette fois ce composant n'a pas vraiment, disons "d'action" (Je simplifie) : Il ne va pas s'allumer comme une lampe, ou tourner comme un moteur :D, alors c'est vraiment bizarre ce truc à 3 pattes...

2. À quoi ça sert ?

Cela peut servir, à plusieurs applications, les principales sont faire, de la logique binaire (laisser ou non passer le courant) ou amplifier un signal. C'est basé sur une action très simple : laisser passer le courant ou non, tel un interrupteur automatique ! Ah, euh ok ! :p

3. Fonctionnement interne :

(si vous ne comprenez pas c'est pas grave) C'est un peu compliqué à comprendre le vrai fonctionnement (échelle atomique) mais on va faire plaisir aux mordus de physique :

Le transistor va utiliser des semi-conducteurs comme le silicium (le plus utilisé) qui laisse passer le courant qu'à une certaine excitation (énergie) et donc on oublie pas que la température influe énormément sur ces semi-conducteurs car c'est de l'énergie. En effet les semi-conducteurs ne fonctionnent qu'à une certaine plage de température (entre -10°C et 50°C : soyons larges) et qu'en dessous ou au dessus ça ne marche plus.

Ces semi-conducteurs vont être dopés (Y a pas que les délinquant qui se dopent, lol) pour améliorer les propriétés semi-conductrices : ils vont se retrouver avec soit des électrons en déficits qui s'appelle le dopage P (électrons en moins), soit en excès qui s'appelle le dopage N (des électrons en plus). Il suffit de mettre en contact les deux matériaux, qui ont un dopage différent : P et N, pour que ce matériau forme une jonction au milieu. Cette jonction est formée d'électrons d'un côté et de charges positives de l'autre. Et à partir de là le courant peut être contrôlé (intensité et sens). En effet un matériau dopé conduit bien mais la jonction formée entre les deux est très peu conductrice et agit comme une barrière.

Voilà comment ça marche

Voilà comment ça marche

Quand on polarise la jonction (on applique une tension sur le composant semi-conducteur, dans le bon sens) les chages positives de la jonction se combinent avec les électrons de la force électromotrice, et inversement les charges négatives de la jonction sont "aspirées" par cette même force électromotrice. Ensuite d'autre charges provenant des dopages "reforment" la jonction. Et encore une fois cette jonction va être "redétruite" des deux côtés par la même force électromotrice, puis "reformée" et ainsi de suite : le flux d'électrons est donc constant, il y a donc du courant qui circule. D'un autre côté si on applique une tension mais dans le sens inverse de la polarisation : le courant ne peut passer mais attention si on dépasse le seuil de tension de claquage la diode claque et la jonction ne marche plus.

Les transistors

En réalité ça donne des composants qui réagissent qu'à une certaine tension et un certain sens de courant. Les diodes par exemple (jonction PN) ne laisse que passer le courant dans un sens : d'où l’intérêt des semi-conducteurs

4. Fonctionnement électrique du transistor bipolaire :

Revenons au transistor, je vous montre comment ça doit marcher. On a donc 3 pattes : La base, l'émetteur et le collecteur, comme ça :

B = base, C = collecteur, E = émetteur, vous l'auriez sans doute trouvé ! Le BC237 est souvent utilisé, mais ce n'est q'une référence, ici Q? correspondra aux transistor (noté Q) numéro : ?, dans le circuit

B = base, C = collecteur, E = émetteur, vous l'auriez sans doute trouvé ! Le BC237 est souvent utilisé, mais ce n'est q'une référence, ici Q? correspondra aux transistor (noté Q) numéro : ?, dans le circuit

un transistor est équivalant à deux diodes, dont on peut changer la polarité (Houlala) : En gros si on applique un courant à la base B, le courant entre C et E (du collecteur vers l'émetteur), passe : je noterai C => E. Dans notre cas courant ne peut que passer de C => E et pas E => C.

Plus en détail, il suffit de dire que l'absence de courant en B correspond à l'état B = 0, et que la présence de courant en B correspond B = 1, il ne peut qu'y avoir donc deux états, le courant passe en B ou pas : B = 0 ou B = 1. Si B = 1 (c'est qu'il y a du courant en B) alors le courant passe de C => E. Sinon B = 0 (c'est qu'il n'y a pas de courant en B) alors le courant ne passe pas de C => E.

Donc quand B = 0, le circuit C => E se comporte comme ouvert, le transistor est dit bloqué, et inversement pour B = 1, le circuit se comporte comme fermé, le transistor est dit saturé.

Comme nous sommes en informatique numérique, on ne considéra que B = 0 ou B = 1, jamais entre. Mais il existe un mode de fonctionnement différent : la valeur Ib permet de contrôler la valeur de l'intensité qui traverse la branche C => E, (car Ie = Ib + Ic mais Ib << Ic, donc Ie = Ic) on a une relation toute simple Ic = k * Ib ou k est le gain du transistor donné par le constructeur.

Dans la pratique pour les transistors bipolaires de base, le mieux est d'utiliser du 9V et ensuite calculer la résistance en fonction de la limite de transistor (R.I = U), donnée dans le datasheet. En effet il existe un nombre immense de transistor et sont tous marqués d'une référence qui permet de connaitre ses différentes caractéristiques comme le gain ou la tension maximal. Pour notre BC237 : Max collector-emitter voltage = 45V et hFE (le gain) environ 250 @ 0.1mA.

En pratique pour saturer le transistor il faut que la tension Vbe soit environ à 0.6V pour la plupart des transistors bipolaires de signaux, mais cela peut varier; Mais il faut bien se dire que dans toute la rubrique il y aura que des impulsions : soit 0 (bloqué) ou 1(saturé) et pas d'histoire de valeurs continue !

Il y a plusieurs sortes de transistors : transistors bipolaire les NPN, les PNP, Il existe aussi des transistors à effet de champ : MOSFET, et un hybride IGBT. Mais pour nous, peu d'importance.

Pour plus de détails wiki. Ok interrésant, mais bon j'en fais quoi de ce truc à trois pattes?

5. La logique :

Au lieu d'un long texte, mieux vaut un schéma. Le voici !

ici B = 1 le courant passe la LED s'allume !

ici B = 1 le courant passe la LED s'allume !

La résistance à la base du transistor protège le transistor car sinon il claque (il prendrait trop d'intensité dans la gueule #violence) et celle avant la LED, protège cette dernière pour les mêmes raisons. Ici la batterie fournit un courant à la branche C=>E et donc à la résistance 1k et à la LED parce que la base est alimentée par un courant (B = 1)

Passons a un schéma plus "électronique" :

Mais si on fait ça ! le circuit est le même. Sauf in correspond à l'entrée

Mais si on fait ça ! le circuit est le même. Sauf in correspond à l'entrée

C'est le même circuit, juste que +5V correspond au plus de la pile et que le triangle bizarre après la LED est appelée la masse, le point 0V (ici c'est le moins de la pile). Juste au lieu d'avoir B qui est déjà = 1, c'est l'utilisateur qui va choisir quoi mettre dans in. Il va donc choisir entre mettre du courant (in = 1 donc B = 1) ou pas (in = 0 donc B = 0). En pratique pour avoir B = 1 il suffirai de mettre le +5V de la pile avec une résistance (c'est le branchement du schéma d'avant) ou rajouter une autre pile avec aussi une résistance : pour ce faire on met la borne plus (de la deuxième pile) sur la base du transistor et pour fermer le circuit de cette deuxième pile il faut forcément mettre le moins sur la masse du circuit (le petit triangle bizarre).

On a formé notre première porte logique, en considérant que la base du transistor est l'entrée de la porte (in sur le schéma) et que la LED correspond à la sortie : out, si elle est allumée out = 1 si elle est éteinte out = 0. On peut donc dresser la table de vérité de notre porte logique :

Les transistors

Bon elle ne sert pas trop (et peut être remplacée par un fil, si on se place dans une logique binaire) mais c'est un début !

Nain0nain

Nain0nain

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