Analyse d’un circuit avec diodes et transistors

On applique la loi des mailles à la boucle d'entrée : $V_{in}-V_{D1,seuil}-V_{RB}-V_{BE,on}=0$. Donc $V_{RB}=V_{in}-V_{D1,seuil}-V_{BE,on}$.

Données :

• $V_{in}=5\text{ V}$
• $V_{D1,seuil}=0.7\text{ V}$
• $V_{BE,on}=0.7\text{ V}$

Puisque $V_{RB}>0$, notre supposition que D1 et la jonction BE sont passantes est plausible (il y aura un courant de base).

On utilise la loi d'Ohm pour $R_B$ : $I_B=\frac{V_{RB}}{R_B}$.

Données :

• $V_{RB}=3.6\text{ V}$
• $R_B=22\text{ k}\mathrm{\Omega }=22\times {10}^3\mathrm{\Omega }$

En régime actif, $I_{C,actif}=\beta I_B$.

Données :

• $\beta =150$
• $I_B\approx 163.6\times {10}^{-6}\text{ A}$

Le courant de saturation est le courant maximal qui peut circuler dans le collecteur, limité par $R_C$ et $V_{CE,sat}$. $V_{CC}-I_{C,sat}{R}_C-V_{CE,sat}=0$.

Données :

• $V_{CC}=12\text{ V}$
• $R_C=1\text{ k}\mathrm{\Omega }=1000\mathrm{\Omega }$
• $V_{CE,sat}=0.2\text{ V}$

On compare $I_{C,actif}$ (calculé en supposant le régime actif) avec $I_{C,sat}$.

• Si $I_{C,actif}<I_{C,sat}$, le transistor est en régime actif.
• Si $I_{C,actif}\ge I_{C,sat}$, le transistor est en saturation, et le courant de collecteur réel est $I_{C,sat}$.

Données :

• $I_{C,actif}\approx 24.54\text{ mA}$
• $I_{C,sat}=11.8\text{ mA}$

On a $I_{C,actif}(24.54\text{ mA})>I_{C,sat}(11.8\text{ mA})$.

Cela signifie que la commande de base ($I_B$) est suffisante pour tenter de faire passer un courant de collecteur supérieur à ce que le circuit de collecteur peut supporter tout en maintenant le transistor en régime actif. Le transistor est donc en saturation.

Puisque le transistor est en saturation :

• Le courant de collecteur réel est $I_C=I_{C,sat}$.
• La tension collecteur-émetteur est $V_{CE}=V_{CE,sat}$.

Données :

• $I_{C,sat}=11.8\text{ mA}$
• $V_{CE,sat}=0.2\text{ V}$

Courant de collecteur réel :

Tension collecteur-émetteur :

Vérification : La tension aux bornes de $R_C$ est $V_{RC}=I_C{R}_C=(11.8\times {10}^{-3}\text{ A})\times (1000\mathrm{\Omega })=11.8\text{ V}$. Alors $V_{CE}=V_{CC}-V_{RC}=12\text{ V}-11.8\text{ V}=0.2\text{ V}$, ce qui correspond bien à $V_{CE,sat}$.

La puissance dissipée par $R_C$ est $P_{RC}=R_C{I}_C^2$ ou $P_{RC}=V_{RC}{I}_C$.

Données :

• $R_C=1000\mathrm{\Omega }$
• $I_C=11.8\text{ mA}=0.0118\text{ A}$
• $V_{RC}=11.8\text{ V}$

Ou :

La puissance dissipée par le transistor est principalement $P_Q\approx V_{CE}\cdot I_C$ (on néglige la puissance dissipée dans la jonction base-émetteur qui est $V_{BE}\cdot I_B$).

Données :

• $V_{CE}=0.2\text{ V}$
• $I_C=11.8\text{ mA}=0.0118\text{ A}$

Diode à Jonction PN :

Composant semi-conducteur qui permet principalement le passage du courant dans un seul sens.

Tension de Seuil ($V_{seuil}$) :

Tension minimale nécessaire aux bornes d'une diode en polarisation directe pour qu'elle commence à conduire significativement.

Transistor Bipolaire à Jonction (TBJ ou BJT) :

Composant semi-conducteur à trois bornes (Base, Collecteur, Émetteur) utilisé pour l'amplification ou la commutation de signaux électriques.

Gain en Courant ($\beta$ ou $h_{FE}$) :

Rapport entre le courant de collecteur et le courant de base ($I_C/I_B$) en régime actif pour un TBJ.

Régime de Saturation :

État d'un transistor où une augmentation du courant de base n'entraîne plus une augmentation proportionnelle du courant de collecteur. Le transistor se comporte comme un interrupteur fermé.

Régime Actif (ou Linéaire) :

État d'un transistor où le courant de collecteur est proportionnel au courant de base ($I_C=\beta I_B$). Utilisé pour l'amplification.

Régime Bloqué (Cutoff) :

État d'un transistor où le courant de base est nul ou insuffisant pour le faire conduire, résultant en un courant de collecteur quasi nul. Le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert.