Physique · 2ème Tec.InfoThème 3 : Composants électroniques · Chapitre 4

Fonctions du transistor

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• distinguer une tension continue d'une tension variable ;
• expliquer le rôle d'amplificateur du transistor (fonction analogique) ;
• utiliser un transistor en commutation, comme un interrupteur commandé (fonction logique), et vérifier qu'il est saturé ;
• analyser une chaîne électronique simple : capteur, amplificateur, sortie, alimentation.
Prérequis : le transistor bipolaire et ses caractéristiques, l'oscilloscope.

Situation de départ

Le soir, les lampadaires de la rue s'allument tout seuls dès que la lumière baisse. Le haut-parleur d'une enceinte reproduit, très fort, le faible signal venu d'un téléphone. Et le processeur d'un ordinateur effectue des milliards d'opérations par seconde avec des « 0 » et des « 1 ».
Dans ces trois appareils, le même composant est au travail : le transistor. Quelles sont ses fonctions ?

I. Tensions continues et tensions variables

On branche différentes sources sur un oscilloscope :
• une pile donne un trait horizontal : sa tension ne varie pas au cours du temps, c'est une tension continue, notée avec une majuscule (U) ;
• la génératrice d'une bicyclette dont on fait tourner le galet donne une courbe ondulée : sa tension change au cours du temps, c'est une tension variable, notée avec une minuscule (u ou u(t)).
Un générateur basses fréquences (GBF) délivre des tensions variables de formes diverses : sinusoïdales, triangulaires, en créneaux.

Fig. 1 — Une tension continue et deux tensions variables observées à l'oscilloscope.

Le transistor traite ces signaux de deux façons : il peut les amplifier (fonction analogique) ou fonctionner en tout ou rien (fonction logique).

II. Fonction analogique : l'amplification

Un transistor BC107 est polarisé en émetteur commun : E = 12 V, R_B = 560 kΩ, R_C = 2,2 kΩ. Un GBF applique à l'entrée une tension sinusoïdale de très faible valeur (quelques dizaines de millivolts).
• Le condensateur C₁ laisse passer le signal variable mais empêche le courant continu de base de traverser le GBF.
• Le condensateur C₂ arrête le courant continu du collecteur et ne transmet que la partie variable u_s.

Fig. 2 — Montage amplificateur de tension en émetteur commun.

Animation

À retenir

La tension de sortie u_s est sinusoïdale, de même fréquence que u_e, mais de valeur maximale beaucoup plus grande : le montage est un amplificateur de tension. L'amplification dépend du transistor et des résistances qui l'entourent. Le transistor ne crée pas d'énergie : c'est l'alimentation qui fournit l'énergie du signal amplifié.

Exemple

À l'oscilloscope, u_e a une valeur maximale de 20 mV et u_s de 1,8 V. L'amplification en tension vaut ^1,8_0,020 = 90.

Plus généralement, un amplificateur s'insère dans un schéma de la forme : capteur (il reçoit l'information : microphone...) , amplificateur à transistor (avec son alimentation), puis sortie (haut-parleur, lampe...) qui restitue l'information transformée.

III. Fonction logique : la commutation

1. État bloqué, état saturé

Dans un montage où la base est commandée à travers une résistance R_B et où la charge R_C est dans le circuit du collecteur (générateur U_C) :
• état bloqué : U_BE < 0,6 V, I_B = 0, I_C = 0 et U_CE = U_C : entre C et E, le transistor est un interrupteur ouvert ;
• état saturé : U_CE = U_CEsat ≈ 0,2 V et U_BE ≈ 0,8 V : le transistor est un interrupteur fermé. L'intensité vaut alors :

I_Csat = ^{U_C - U_CEsat}_{R_C} ≈ ^U_C_{R_C}

Pour obtenir la saturation, le courant de base doit être assez grand :

I_B ≥ I_Bsat = ^I_Csat_β

Animation

Fig. 3 — Une tension en créneaux sur la base fait basculer le transistor entre l'état saturé et l'état bloqué.

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