Transistor
Un transistor est un composant avec 3 fils qu'on trouve dans un circuit électronique. Son rôle est de laisser passer plus ou moins de courant électrique dans un circuit qu'on appellera le circuit de puissance, en fonction du courant qui passe dans un autre circuit qu'on appellera le circuit de commande.
Principes[modifier | modifier le wikicode]
Un transistor est un composant électronique semi-conducteur qui permet d'amplifier un courant électrique et donc de réaliser tous les appareils électroniques que nous utilisons comme ordinateurs, télévisions, téléphones lampes, etc.., qui n'existeraient pas sans cette invention en 1947.
À la suite des travaux sur les semi-conducteurs, le transistor bipolaire a été réalisé pour la première fois le 23 décembre 1947 par les Américains John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain, chercheurs des Laboratoires Bell. Ces chercheurs ont reçu pour cette invention le prix Nobel de physique en 1956.
Toute notre vie a été révolutionnée depuis par cette invention en la rendant de plus en plus petite avec des millions de transistors sur un cm2, taille approchant quelques atomes, que nous utilisons tous sans cesse dans notre vie partout, smartphone, sans cette invention nous ne serions pas sur vikidia à lire et à apprendre.
Histoire de l'électronique avant et après invention du transistor en 1947[modifier | modifier le wikicode]
Avant au début de 1900, à la même époque que le début de la révolution très rapide de la médecine, asepsie, vaccins, pétrole, moteurs, des voitures, avions et ondes radio, on a commencé à utiliser et perfectionner les ondes radio électromagnétiques découvertes par Hertz en 1888 un peu avant. Les premiers essais étaient très rudimentaires et difficiles, mais déjà très utiles, comme par exemple pour les ondes radio utilisées pour les messages de détresse du Titanic en train de sombrer en 1912, ce qui a permis néanmoins de sauver plein de naufragés.
Ainsi l'électronique avec tube électronique puis le transistor a été inventée d'abord pour émettre et recevoir ces ondes radio de mieux en mieux.
Au début on avait rien pour émettre et recevoir ces ondes radio que la méthode de Hertz, celle des éclairs de foudre des étincelles et pareil pour la réception avec des très petites étincelles entre petites pointes, néanmoins très astucieuse basée sur la compréhension des équations de Maxwell de l'électromagnétisme établies dans les années 1860, qui résument quantitativement toutes les découvertes sur l'électricité faites entre entre 1800 et 1840.
Ainsi Hertz avait déjà des résonateurs à une fréquence précise des ondes, qui existent toujours actuellement dans nos téléphones mobiles, mais alors avec que des éclateurs pour émettre et réceptionner sur à peine quelques mètres, sans aucun amplificateur.
Après pour amplifier et contrôler ces ondes, une longue série de découvertes très vite vont se multiplier basées sur toutes les connaissances en physique.
Pour amplifier on a inventé le tube électronique ou lampe radio, basée sur la découverte des électrons émis dans le vide par un métal très chaud, pour émettre et recevoir fort loin les ondes radio à l'autre bout du monde dés les années 1920 et utilisées encore jusqu'en 1970.
Enfin après études sur les propriétés des métaux et isolants, avec des électrons dans les semi-conducteurs, germanium ou silicium, très purs avec des impuretés en quantités très contrôlées ( après synthèse de cristaux très purs indispensables toujours utiles actuellement ) le transistor a été inventé qui contrôle un grand courant avec un bien plus petit courant.
Son principe est plus complexe que celui des lampes mais similaire, qui utilise tout moyen de modifier un grand courant avec une petite énergie d'un petit courant (transistor bipolaire) ou une petite tension similaire au tube électronique en bien plus petit et sans chauffage (transistor à effet de champ).
Le transistor à effet de champ avec une tension modifie la largeur d'un conduit conducteur dans un semi-conducteur qui passe ainsi de conducteur à isolant et bloque le courant fort avec une faible tension et une faible énergie.
Un semi-conducteur est un corps capable d'être conducteur ou isolant, suivant les conditions, fabrications avec des impuretés (dopage) ou une tension électrique.
Les charges mobiles sont soit des électrons négatifs noté N, soit des manques d'électrons appelés P car trous positif d'électrons, notés P, dans les 3 parties des transistors écrites NPN ou PNP.
La miniaturisation des transistors depuis 1947, taille diminuant sans cesse, actuellement avec une taille proche des atomes, quelques nanomètres est la base de l'électronique actuelle des ordinateurs avec des milliards de transistors ,
La plupart de ces montages basiques avec amplificateurs, bascules, flip flop, oscillateurs, etc..., ont été découverts avant l'invention des transistors et réalisés avec des lampes radio dans les années 1920 à 1940, en particulier les premiers ordinateurs à lampes radio (quelques milliers). Les lampes consommaient beaucoup d'électricité, chauffaient et étaient peu fiables, contrairement aux transistors par milliards dans nos téléphones et ordinateurs, des milliers de fois plus fiables.
Analogie avec un robinet[modifier | modifier le wikicode]
Un courant d'eau dans un tuyau à la place du courant électrique dans un fil de cuivre est contrôlé par un robinet : et un transistor est comme un robinet, il contrôle le courant électrique avec un petit courant de faible énergie qui contrôle un grand courant de forte énergie.
Analogie avec un véhicule à moteur[modifier | modifier le wikicode]
Un véhicule à moteur contient au moins 3 choses :
- une source d'énergie,
- un moteur,
- une commande d'accélération.
Pour faire rouler une voiture, une moto ou un cyclomoteur, le conducteur a besoin d'agir sur la commande d'accélération.
- dans le cas d'une voiture, il appuie sur la pédale d'accélération,
- dans le cas d'une moto ou d'un cyclomoteur, il tourne la poignée d'accélération.
Dans, les 2 cas, le conducteur n'a pas besoin de beaucoup de force pour appuyer sur la pédale ou pour tourner la poignée. Mais en le faisant, il actionne des mécanismes qui vont permettre au moteur de tourner plus vite, en consommant de l'énergie. Le véhicule qui avec son conducteur dépasse souvent les 200 kg si c'est une moto et peut dépasser la tonne pour une voiture va alors se mettre à avancer ou à accélérer.
En électronique, le fonctionnement d'un transistor est similaire à la commande d'accélération d'un véhicule.
Fonctionnement d'un transistor bipolaire[modifier | modifier le wikicode]
Il existe 2 catégories de transistors, les transistors bipolaires qui sont commandés par une intensité électrique et les transistors à effet de champ qui sont commandés par une tension.
Dans les premiers chapitres, on va étudier les transistors bipolaires.
Un transistor bipolaire est symbolisé par la partie en noir du schéma de droite. Pour l'instant, on ne va pas s'intéresser au sens de la flèche.
Les 3 fils du transistor marqués sur le schéma par une lettre majuscule s'appellent le collecteur, la base et l'émetteur.
- Le circuit base-émetteur constitue le circuit de commande,
- Le circuit collecteur-émetteur constitue le circuit de puissance.
Si aucun courant ne passe dans le circuit base-émetteur, le circuit collecteur-émetteur ne laisse pas passer non plus du courant. On dit que le transistor est bloqué.
Si un courant suffisant passe dans le circuit base-émetteur, le circuit collecteur-émetteur laisse lui aussi passer tout le courant qu'il peut. On dit que le transistor est saturé.
Entre les deux, si un petit courant passe dans le circuit base-émetteur, le circuit collecteur-émetteur va conduire plus ou moins en fonction de l'intensité du courant base-émetteur. Le transistor fonctionne en régime linéaire.
Il est également important de noter qu'un tout petit courant dans le circuit base-émetteur suffit pour commencer à faire conduire le circuit collecteur-émetteur et qu'un courant encore faible suffit pour saturer ce circuit. Entre le courant qui circule dans le circuit de commande base-émetteur et celui qui circule dans le circuit de puissance collecteur-émetteur, le courant du circuit de puissance est 100 à 500 fois plus élevé que le courant du circuit de commande. Le transistor joue donc aussi un rôle d'amplificateur. Il permet de transformer le petit signal électrique envoyé sur la base du transistor en un signal électrique beaucoup plus grand dans le circuit collecteur-émetteur.
Exemple : le détecteur d'eau[modifier | modifier le wikicode]
Ce premier montage doit permettre d'allumer une LED lorsque 2 fils sont trempés dans un verre d'eau.
L'eau du robinet contient des sels minéraux qui laissent passer un peu l'électricité, mais pas beaucoup. Sans utiliser de transistor, le courant qui passe dans l'eau serait trop faible pour allumer la LED, ou alors très très peu.
Mais le courant qui passe dans l'eau est relié à la base du transistor. En fonction de celui-ci, le transistor se met à laisser passer l'électricité dans le circuit collecteur-émetteur et la LED s'allume. Si on retire les fils de l'eau, il n'y a plus de courant à la base du transistor qui bloque le passage de l'électricité dans le circuit collecteur-émetteur et la LED s'éteint.
Ce schéma comporte aussi 2 résistances de protection. Celle de 10 kΩ protège la base du transistor (et l'alimentation électrique) pour le cas où les 2 fils à tremper dans l'eau se toucheraient. Celle de 100 Ω limite l'intensité électrique dans la LED et le circuit collecteur-émetteur du transistor pour éviter de les griller.
Autres montages à transistor[modifier | modifier le wikicode]
En général, un circuit électronique comporte plusieurs transistors et selon la manière dont ils sont connectés à d'autres composants, on peut faire des tas de choses. Les exemples qui suivent montrent quelques possibilités sans avoir à examiner des schémas trop compliqués.
Augmenter encore l'amplification[modifier | modifier le wikicode]
Si l'amplification produite par un transistor est insuffisante, il est possible de connecter le circuit collecteur-émetteur d'un autre transistor entre le collecteur et la base du premier. Ce type de montage s'appelle Darlington. Ainsi alors que l'amplification d'un transistor est comprise 100 et 500 (ça dépend des caractéristiques du transistor), avec 2 transistors, l'amplification sera comprise entre 10 000 et 250 000. Les amplifications des 2 transistors se multiplient.
En fait, pour qu'il y ait réellement multiplication des amplifications des 2 transistors, il faudrait que celui de gauche ait son collecteur directement relié à l'alimentation électrique via une résistance de protection. Mais dans ce schéma, les collecteurs des 2 transistors sont reliés ensemble.
De ce fait, lorsque le transistor de droite se met à conduire, la tension baisse au niveau de son collecteur et donc aussi au niveau du collecteur du transistor de gauche qui amplifie moins.
En résumé, avec un très faible courant sur la base du transistor de gauche, les amplifications des 2 transistors se multiplient. Mais si ce courant augmente au point de faire conduire suffisamment le transistor de droite, l'amplification devient moindre et le transistor de droite n'est saturé que plus tard.
Inverseur[modifier | modifier le wikicode]
Voici un autre montage à 2 transistors.
La partie du circuit composé de la résistance de 10 kΩ et du circuit collecteur-émetteur du transistor de droite constitue un pont diviseur. La résistance du circuit collecteur-émetteur de ce transistor peut être très élevée si ce transistor est bloqué ou au contraire faible s'il est saturé. De ce fait, la tension électrique qui arrive sur la base du transistor de droite varie en fonction de l'état du transistor de gauche.
Si le transistor de gauche ne reçoit pas de courant sur sa base, il ne conduit pas l'électricité dans son circuit collecteur-émetteur. La base du transistor de droite est alors suffisamment alimentée par la résistance de 10 kΩ pour que la partie collecteur-émetteur du transistor de droite conduise l'électricité et que la LED s'allume.
Au contraire, si on envoie du courant sur la base de transistor de gauche, il se met à conduire. De ce fait, la tension à la base du transistor de droite diminue et peut s'approcher de 0 v. Le transistor de droite devient bloqué et la LED s'éteint.
En résumé, alors que dans le montage du détecteur d'eau il fallait envoyer du courant sur la base du transistor pour allumer la LED, dans ce montage-ci, envoyer du courant sur la base du premier transistor permet de l'éteindre.
Comme on a employé 2 transistors, les amplifications de chacun se multiplient. Un très faible courant sur la base de transistor de gauche suffit pour éteindre la LED.
Une possibilité utile à partir de ce genre de montage serait de relier une photorésistance entre le pôle plus de l'alimentation électrique (en haut) et le fil de gauche de la résistance de 100 kΩ. Dans ce cas, si l'appareil est placé dans l'obscurité, la LED s'allumera, mais si de la lumière arrive sur la photorésistance, elle s'éteindra.
Minuterie[modifier | modifier le wikicode]
Dans le schéma à droite, vous pouvez reconnaître le montage de 2 transistors en inverseur qu'on vient d'examiner, mais il y a quelques composant supplémentaires.
La résistance avec une flèche est une résistance variable. C'est en fait un potentiomètre dont on n'utilise que 2 fils parmi lequel celui du milieu. En tournant le bouton du potentiomètre, on pet faire varier cette résistance de 0 Ω à 1 MΩ, c'est à dire 1 000 000 Ω. Mais afin de protéger la base du transistor de gauche, on a rajouté en série une résistance de 10 kΩ (10 000 Ω). Entre les 2 réglages extrêmes du potentiomètre, la résistance obtenue varie dans une proportion de 1 à 100 (environ. 
Pour l'instant, on ne va pas s'occuper de la résistance de 1 MΩ entre le collecteur du transistor de droite et la base du transistor de gauche.
Il reste donc relié à la base du transistor de gauche une résistance variable reliée au 5 v et un condensateur relié au 0 v.
Lorsqu'on met le montage sous tension, le condensateur est déchargé. Il se comporte comme une résistance très faible devant la valeur de la résistance variable et la tension au niveau de la base du transistor de gauche est proche de 0 v. Le transistor de gauche est bloqué. De ce fait, le transistor de droite alimenté sur sa base par une résistance de 10 kΩ conduit l'électricité et la LED s'allume.
Mais petit à petit, à une vitesse qu'on peut régler en agissant sur la résistance variable, le condensateur se charge. De ce fait, la tension sur la base du transistor de gauche augmente progressivement. Celui-ci se met à conduire, ce qui diminue la tension qui arrive sur la base du transistor de droite. Sans la résistance de 1 MΩ reliée à son collecteur, le transistor de droite conduirait de moins en moins et la LED s'éteindrait très progressivement.
Mais à cause de cette résistance, une partie du courant qui arrive sur la base du transistor de gauche dépend de la tension au niveau du collecteur du transistor de droite. Ce qui se produit est décrit ci dessous :
- 0. : État initial. Le condensateur est déchargé, le transistor de gauche est bloqué, le transistor de droite est saturé, la LED est allumée.
- : Le condensateur se charge, le transistor de gauche conduit de plus en plus, la tension sur la base du transistor de droite est suffisante pour qu'il reste saturé, la LED est allumée.
- : La tension à la base du transistor de droite a encore baissé. Ce transistor n'est plus saturé, il conduit un petit peu moins.
- : La tension au niveau du collecteur transistor de droite augmente légèrement.
- : Par le biais de la résistance de 1 MΩ, un peu plus de courant arrive sur la base du transistor de gauche qui se met à conduire davantage.
- : La tension à la base du transistor de droite baisse un peu plus.
- : Le transistor de droite conduit un petit peu moins, ce qui a pour conséquence de nous ramener à la ligne N°3.
En résumé, dès que le transistor de droite cesse d'être saturé et donc conduit un peu moins, son influence sur la base du transistor de gauche accentue le changement. En moins d'un millième de seconde, le transistor de gauche devient beaucoup plus conducteur alors que le transistor de droite devient bloqué. La LED s'éteint d'un seul coup.
Si on appuie sur le bouton poussoir à coté du condensateur, celui-ci se décharge d'un seul coup. La base du transistor de gauche n'étant plus alimenté, il se bloque et de ce fait, le transistor de droite devient saturé et la LED se rallume. Une fois le bouton poussoir relâché, le condensateur mettra un certain temps pour se charger et quand sa charge est suffisante, la LED s'éteint de nouveau d'un seul coup.
En modifiant la valeur de la résistance variable, mais aussi en choisissant la capacité du condensateur, on peut obtenir des durées avant le blocage du transistor de droite allant de moins d'un millionième de seconde à plusieurs heures.
Circuit mémoire[modifier | modifier le wikicode]
Voici un autre schéma, appelé bascule à 2 états (ou flip flop en anglais) qui bascule suite à un pulse déclencheur.
En l'examinant, on constate qu'il est parfaitement symétrique :
- Une LED avec sa résistance de protection de 100 Ω est reliée au collecteur de chacun des transistors.
- La base de chaque transistor est alimentée par une résistance de 10 kΩ qui est est reliée au collecteur de l'autre transistor.
- Un bouton poussoir sur lequel on peut appuyer permet de relier temporairement la base d'un transistor au 0 v.
Comportement à la mise sous tension[modifier | modifier le wikicode]
Alimentons ce circuit en électricité. Au départ, les transistors ne conduisent pas mais le courant qui arrive à leur base par une résistance de 10 kΩ est suffisant pour qu'ils se mettent à conduire et même être saturés. Mais s'ils conduisent tous les deux, la tension au niveau de leur collecteur chute et chacun des transistor n'est plus assez alimenté à sa base pour continuer à conduire. Mais si chacun des transistor ne conduit plus, on revient au cas précédent.
En résumé, au moment où on commence à alimenter ce circuit en électricité, il est dans un état instable.
Cependant, les composants électroniques ne sont jamais parfaitement identiques. On va donc supposer que le transistor de gauche est un peu plus rapide à conduire ou qu'il conduit un peu plus que le transistor de droite. Dans ce cas, le transistor de droite est moins alimenté en électricité à sa base que le transistor de gauche, ce qui l'emmène à moins conduire. Mais du coup, le transistor de gauche est encore mieux alimenté en électricité à sa base et se met à conduire encore plus. En quelque millionièmes de seconde, le transistor de gauche se met à être saturé alors que celui de droite est bloqué. Et des 2 LED, c'est celle de gauche qui est allumée.
Fonctionnement[modifier | modifier le wikicode]
Appuyons maintenant sur le bouton poussoir du transistor de gauche. Pendant qu'on appuie, sa base est reliée au 0 v. Le transistor de gauche devient bloqué et la LED de gauche s'éteint. Mais à ce moment là, la tension au niveau de son collecteur est proche de 5 v et le transistor de droite, alimenté à sa base par une résistance de 10 kΩ devient conducteur. La LED de droite s'allume.
Relâchons le bouton poussoir. Le transistor de droite étant conducteur, celui de gauche n'est pas assez alimenté en électricité à sa base et reste bloqué. De ce fait, la tension qui arrive sur le transistor de droite est suffisante pour qu'il reste conducteur.
Appuyons à présent sur le bouton poussoir du transistor de droite. Sa base est alors reliée au 0 v et ce transistor devient bloqué. La LED de droite s'éteint. Mais à ce moment là, la tension au niveau de son collecteur permet d'alimenter suffisamment à sa base le transistor de gauche pour qu'il devienne conducteur et allume la LED de gauche.
Relâchons le bouton poussoir. Le transistor de gauche étant conducteur, celui de droite n'est pas assez alimenté en électricité à sa base et reste bloqué. De ce fait, la tension qui arrive sur le transistor de gauche est suffisante pour qu'il reste conducteur.
En résumé, si au démarrage on ne sait pas quelle LED va s'allumer à la mise sous tension (mais le rajout d'un condensateur pourra y remédier), par la suite, le circuit garde en mémoire le dernier bouton poussoir sur lequel on a appuyé en gardant allumée soit la LED de gauche, soit la LED de droite. Cette mémorisation est conservée tant qu'il y a de l'électricité pour alimenter le circuit. Mais si l'alimentation électrique vient à être interrompue, lorsqu'elle sera remise, les transistors n'auront pas le moyen de se souvenir lequel des deux était conducteur la dernière fois.
Le circuit que nous venons d'étudier s'appelle une bascule bistable et est utilisé (sans les LED) pour mémoriser des données, par exemple sur un ordinateur en très grand nombre, très miniaturisé.
Oscillateur[modifier | modifier le wikicode]
Le flip flop précédent peut se déclencher de lui même via des condensateurs et donc devenir un oscillateur flip flop sans cesse à une fréquence fixée par le temps que met le pulse de déclenchement à parvenir à la base des transistors, un grand condensateur C long à charger et grande résistance R donne une faible fréquence ( temps RC d'arrivée du pulse )
Voici un autre schéma qui a des similitudes et de grosses différences avec le précédent :
- On n'avait pas besoin de 2 LED. Du coté gauche, la LED et sa résistance de protection sont remplacées par une résistance un peu plus forte. On suppose que les courants collecteur qui passeront dans les transistors de gauche et de droite seront similaires.
- On a enlevé les boutons poussoir qui servaient à mettre la base d'un transistor à 0 v.
- Les résistances de 10 kΩ du montage précédent sont remplacées par des condensateurs.
- Deux autres résistances de 47 kΩ reliées au 5 v ont été rajoutées pour alimenter la base des transistors. Elles sont suffisamment fortes pour que ces transistors ne soient pas saturés par un courant trop fort.
Fonctionnement[modifier | modifier le wikicode]
À la mise sous tension, on a la même situation instable que pour le montage précédent. On va donc faire l'hypothèse qu'au début, c'est la transistor de gauche qui conduit et celui de droite qui est bloqué.
La tension au niveau du collecteur du transistor de droite est proche de 5 v et la base du transistor de gauche est alimenté un certain temps par le condensateur de droite. Le transistor de gauche reste de ce fait conducteur et saturé. La tension sur la base du transistor de droite est trop faible pour que celui-ci commence à conduire.
Mais au bout d'un certain temps, le condensateur de droite qui s'est suffisamment chargé n'envoie plus assez de courant sur la base du transistor de gauche qui commence à être moins conducteur. Du coup, la tension au niveau de son collecteur remonte et le transistor de droite en profite en commençant d'être alimenté à sa base. Il commence à conduire, ce qui accentue la baisse de tension sur la base du transistor de gauche qui conduit de moins en moins, ce qui va favoriser encore plus la conduction du transistor de droite. En un temps très court, qui peut être inférieur au millionième de seconde, le transistor de gauche devient bloqué et celui de droite saturé.
C'est maintenant le condensateur de gauche qui se charge en envoyant du courant vers la base du transistor de droite. Pendant ce temps, le transistor de droite se décharge, puis se charge dans l'autre sens via la résistance de 47 kΩ et le transistor de droite est conducteur.
Lorsque le condensateur de gauche est suffisamment chargé pour que le transistor de droite commence à moins conduire l'électricité au niveau de son collecteur, il se produit un nouveau basculement qui emmène très rapidement le transistor de droite à être bloqué et le transistor de gauche à redevenir conducteur et saturé et le cycle recommence.
Avec des condensateurs d'assez grande capacité pour qu'il s'écoule une seconde ou plus entre 2 changements d'état du circuit, la LED clignotera plus ou moins vite. En choisissant des capacités différentes pour les 2 condensateurs, on peut modifier la proportion de durée entre l'état allumé et éteint.
Si les condensateurs sont de plus faibles capacité pour que les changements d'états de l'oscillateur se produise des dizaines, des centaines ou des milliers de fois par seconde, on pourra en récupérant le signal pour l'envoyer sur un haut-parleur produire un son plus ou moins aigu. En faisant clignoter une LED au moins 50 fois par seconde tout en modifiant la proportion de durée allumé/éteint on pourra aussi donner l'impression de changer sa puissance d'éclairement. Il y a de très nombreuses utilisations des oscillateurs.
Amplificateur de son[modifier | modifier le wikicode]
Voici un dernier schéma. Il a davantage de composants que les précédents mais n'est pas forcément plus compliqué.
À gauche, après le condensateur chimique dont on parlera plus tard, le composant avec un cercle et un trait est un microphone. À partir du son qu'il reçoit, il produit un courant électrique très faible qui reproduit les vibrations de l'air qu'il a reçues. On va envoyer ce courant sur la base du transistor de gauche.
Toutefois, les transistors de ce schéma sont alimentés différemment de celui de l'amplificateur inverseur. Une résistance de quelques centaines de kΩ est reliées entre le collecteur et la base du transistor. Sa valeur est calculée de manière à ce que le transistor conduise en partie. Il n'est ni bloqué ni saturé, mais entre les deux. Le microphone est aussi relié à la base du transistor via un condensateur qui ne laissera passer que les variations de tension produite par le microphone. Le transistor de gauche va donc amplifier ces variations.
Au milieu du schéma, il y a un deuxième transistor. Son collecteur est relié au pôle + de l'alimentation électrique grâce à une résistance de 10 kΩ (ordre de grandeur). Comme pour le transistor de gauche, une autre résistance est entre son collecteur et la base du transistor du milieu. Elle est calculée de manière à ce que la tension au niveau du collecteur du transistor soit proche de la moitié de la tension d'alimentation du circuit. Un condensateur transmet à la base de ce transistor les variations de tension qui ont été amplifiées par le transistor de gauche.
Au niveau du collecteur de ce transistor, on récupère le signal amplifié. Toutefois, afin de régler le volume sonore, un potentiomètre (de 47 kΩ ou 100 kΩ) permet de n'envoyer qu'une partie de ce signal aux transistors de droite.
Pour les transistors de droite, on a réalisé un montage de 2 transistors en Darlington (voir explications plus haut). Un haut-parleur est relié entre le collecteur de ces transistors et le pôle + de l'alimentation électrique.
Un point n'a pas encore été abordé dans ces explication. Pour alimenter le collecteur du transistor le plus à gauche, il y a 2 résistances et un condensateur chimique. La raison est que la partie du circuit de droite avec le haut-parleur consomme beaucoup d'électricité. Et cette consommation fait varier l'alimentation électrique des transistors situés plus à gauche. Ce n'est pas grave pour le transistor du milieu qui fonctionne en inverseur, mais une variation de la tension d'alimentation du transistor le plus à gauche va être amplifiée par les autres transistors, ce qui peut transformer l'amplificateur en oscillateur. Pour l'éviter on filtre les variation des tension électrique avec le condensateur chimique.
un condensateur chimique permet de grandes capacités pour pas cher et peu de volume.
Tout amplificateur avec trop grand gain devient un oscillateur involontaire, le moindre bruit et signal parasite entre sortie et entrèe fait osciller
Le schéma que nous venons d'étudier a un défaut. Même en l'absence de son, du courant électrique passe dans le haut-parleur. On peut l'éviter en réalisant des schémas plus compliqués qui nécessitent d'utiliser à la fois des transistors NPN et des transistor PNP.
Les transistors NPN et PNP[modifier | modifier le wikicode]
Jusqu'à présent, on ne s'est pas préoccupé du sens de la flèche entre la base et l'émetteur du transistor. C'est ce qu'on va faire.
Un transistor peut être considéré comme la jonction de 2 diodes en sens opposés.
Une diode est faite de 2 semi-conducteurs N à électrons négatifs, et P à trous positifs ou manque d'électrons en contact mutuel. Le courant ne passe que dans un seul sens.
Donc en principe, avec 2 diodes en sens opposés, il ne peut pas passer de courant du tout, sauf si on injecte du courant par la base entre les deux diodes opposées, qui alors fait passer un grand courant entre C collecteur et E émetteur.
D'ailleurs, si on branche la base du transistor et l'un des deux autres fils (mais un seul seulement), on obtient une diode. Pour le circuit base-émetteur, la flèche indique le sens du courant du + vers le -. Mais si on débranche le fil de l'émetteur pour mettre celui du collecteur à la place, rien ne changera au sens de passage du courant.
Il y a 2 types de transistors bipolaires :
- les NPN qui laissent passer le courant si la base est vers le pôle + et l'autre fil vers le pôle -
- les PNP qui laissent passer le courant si la base est vers le pôle - et l'autre fil vers le pôle +
Toutefois, l'intérêt d'un transistor est de l'utiliser avec ses 3 fils.
Dans ce cas, le collecteur du transistor est relié au pôle opposé de l'alimentation électrique que la base via une résistance pour limiter le courant, sinon trop fort le transistor brule et est mort, bon à changer :
- sur un transistor NPN, le collecteur et la base sont reliés au pôle + et l'émetteur au pôle - ( les électrons négatifs N vont du + vers le = qui attire les électrons ).
- sur un transistor PNP, le collecteur et la base sont reliés au pôle - et l'émetteur au pôle +
Il ne faut surtout pas se tromper sur le sens du courant d'alimentation des transistors, sinon, ils seront détruits, ,brulés, en une fraction de seconde ( microseconde et le circuit collecteur-émetteur restera bloqué en permanence en court circuit).
Les schémas que nous avons étudié ci dessus utilisent tous des transistors NPN. Mais ils fonctionneraient tout aussi bien avec des transistors PNP à condition de mettre le pôle + de l'alimentation électrique en bas des schémas et le pôle - en haut.
Mais comme il a été dit pour l'amplificateur de son, utiliser à la fois des transistors NPN et des transistor PNP dans le même schéma offre des possibilités supplémentaires. Mais les schémas seraient plus compliqués à étudier.
Les transistors à effet de champ[modifier | modifier le wikicode]
Appelés FET ( field effect transistor ) ou CMOS ( Circuit Métal Oxyde Semi-conducteurs ), ils sont formés d'un canal semi-conducteur entre D drain et S source entouré d'une grille G, qui avec son champ électrique modifie le diamètre du canal et donc sa résistance. Le semi-conducteur sous un champ électrique passe de conducteur à isolant facilement, ou l'inverse, car il est entre métal conducteur et isolant, à mi chemin.
Donc un FET est une résistance variable commandée par une tension électrique. Il est très similaire aux lampes radio d'autrefois qui contrôlaient un courant entre anode et cathode avec une tension sur la grille G, proche de l'émetteur chaud d'électrons.
Contrairement aux transistors bipolaires que nous avons étudié en détail, les transistors à effet de champ ne réagissent pas à une intensité électrique envoyé sur leur base, mais à une tension.
Les noms des 3 fils des transistors à effet de champ sont différents de ceux des transistors bipolaires. Ces noms sont Source (S), Drain (D) et Gate (G).
On peut toutefois comparer la manière de brancher un transistor à effet de champ avec celle d'un transistor bipolaire :
- Le drain (D) correspond au collecteur (C),
- le gate, appelé aussi grille en français (G) correspond à la base (B),
- la source (S) correspond à l'émetteur (E).
Lorsqu'il n'y a aucune différence de tension entre la grille (G) et la source (S) d'un transistor à effet de champ, son circuit drain-source ne laisse passer aucun courant. Par contre, une très faible tension entre la grille et la source suffit pour que le circuit drain-source devienne conducteur.
D'autre part, comme pour les transistors bipolaires il existe des transistors au effet de champ avec la source au pôle + et d'autres au pôle -.
Il existe enfin plusieurs technologies de fabrication des transistors à effet de champ qui donnent lieu à des schémas électriques différents, mais on ne rentrera pas dans les détails.
Un transistor à effet de champ est utilisé en entrée d'un amplificateur lorsqu'il s'agit d'amplifier une très faible tension. Dans le schéma de l'amplificateur décrit un peu plus haut, on aurait pu mettre un transistor à effet de champ à la place du transistor bipolaire le plus à gauche.
Les transistors à effet de champ (technologie MOS) sont très utilisés en électronique numérique. En effet, l'électronique numérique fonctionne selon 2 états :
- proche de 0 volt,
- proche de la tension d'alimentation du circuit, par exemple 5 volt.
En utilisant 2 transistors à effet de champ, l'un qui conduit lorsque la sortie doit être proche de 0 volt, l'autre qui conduit lorsque la sortie doit être proche de 5 volt, on peut obtenir ces tensions sans (presque) consommer de courant électrique.
Or, dans une barrette mémoire d'ordinateur de quelques gigaoctets de capacité, il faut mémoriser des dizaines de milliards de bits. En faisant passer du courant dans des résistances au moyen de transistors bipolaires, ça nécessiterait une quantité d'électricité colossale qui ferait énormément chauffer le matériel. Avec des transistors à effet de champ, on peut construire des circuits avec une consommation électrique infime et donc mettre beaucoup de ces circuits ensemble en gardant une consommation électrique et un dégagement de chaleur raisonnables.
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