Sti2d

Étude générale du transistor et application
1. Consulter la page Wikipedia concernant les transistors. Préciser les principales utilisations de ce composant. Définir parmi elles l'utilisation qui en est faite dans notre application.
Un transistor est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives, qui permet de contrôler un courant ou une tension sur l'électrode de sortie (le collecteur pour le transistor bipolaire et le drain sur un transistor à effet de champ) grâce à une électrode d'entrée (la base sur un transistor bipolaire et la grille pour un transistor à effet de champ). Dispositif à semi-conducteur, qui peut amplifier des courants électriques, engendrer des oscillations électriques et assumer les fonctions de modulation et de détection.
2. Citer les 2 principales familles de transistors
- Transistor bipolaire
- Transistor à effet de champ
3. Nous nous concentrerons sur un transistor bipolaire,  de type NPN, que nous allons utiliser pour notre application. Donner son symbole en précisant le nom de ses 3 bornes





B : Base
C : Collecteur
E : Emetteur

4. Selon le contexte proposé au dessus, et après lecture de ce document, définir la zone de fonctionnement du transistor la plus adaptée à notre application.
On l’utilisera en zone de saturation.
Soit le schéma de principe ci-contre :
le générateur de droite délivre une tension « V2 » de 12V
le générateur de gauche, correspondant à une pin de sortie d'un arduino, délivre une tension « V1 » comprise  entre 0V et 5V, selon l'état de la sortie (HIGH ou LOW) et le courant demandé
Le futur moteur est simulé par la résistance « R2 »
Le transistor (référence 2N2222) est un bipolaire, NPN dont voici la documentation. Il sera utilisé en mode saturé, et on prendra pour valeur de gain : Hfe = 100

5. Dessiner sur le circuit :
Les courants Ib (appliqué à la base du transistor) et Ic (appliqué au collecteur du transistor)
Les tensions V1, VR1, Vbe (entre la base et l'émetteur du transistor)
Les tensions V2, VR2, Vce (entre le collecteur et l'émetteur du transistor)
6. Déterminer, à la lecture de la documentation du transistor, la valeur de la tension « Vce » pour un courant Ic = 500mA
Ic = 500mA    pour Vce = 10V
7. Établir la loi des tensions pour « V2 », « VR2 » et « Vce », puis déterminer «VR2»
Vce + VR2 – V2 = 0
VR2 = V2 – Vce
VR2 = 12V – 10V = 2V
8. En déduire la valeur de la résistance R2 pour obtenir un courant de 500mA dans le circuit
U = R x I
R2 = VR2 / I2
R2 = 4Ω
9. Déterminer la valeur du courant «Ib» permettant de s'assurer que le transistor sera en mode saturé (prendre 30 % de marge en excédent)
Ic = B x Ib
Ib = Ic / B
Ib = 500/100 + (500/100 x 3/10)
Ib = 6,5mA
10. Établir la loi des tensions pour « V1 », « VR1 » et « Vbe », puis déterminer «VR1»
VR1 + Vbe – V1 = 0
VR1 = V1 – Vbe
VR1 = 5 -
11. Considérant la tension « Vce » dans notre mode de fonctionnement égale à 1,3V, déterminer la valeur de la résistance R1 permettant d'obtenir le courant de saturation «Ib» déterminé question 8.
U = R x I
R1 = 1,3V / 0,0065A = 200Ω
Nous allons maintenant vérifier avec LTSpice que le courant appliqué sur la base du transistor permet la commande de ce dernier. Ouvrir le fichier joint avec le TP : « Npn.asc »
12. Par un clic droit sur la source V1, placer celle ci à la valeur 0V. Simuler puis relever la tension sur le collecteur de Q1. En déduire le mode de fonctionnement du transistor (bloqué/saturé/fct linéaire) et l'état du moteur (arrêté, vitesse max, autre)
Le transistor est en mode bloqué. Le moteur est à l’arrêt