Ce document d'exercices, issu du cours d'Instrumentation Pétrolière, est conçu pour les étudiants universitaires souhaitant approfondir leurs connaissances en électronique générale. Il aborde de manière exhaustive les transistors bipolaires, en se concentrant sur les principes fondamentaux de la polarisation pour assurer un fonctionnement stable, ainsi que sur le régime de commutation, où le transistor est utilisé comme interrupteur. Grâce à une série d'exercices pratiques et une section FAQ, ce support pédagogique vise à consolider la compréhension théorique et les compétences analytiques nécessaires à la conception de circuits.
Électronique analogique : Td3 transistor corrige
Télécharger PDFTD N°3 : Les Transistors Bipolaires (Polarisation et Régime de Commutation)
Ce document d'exercices d'électronique générale, issu du cours d'Instrumentation Pétrolière, se concentre sur les transistors bipolaires. Il aborde les principes de la polarisation pour établir un point de fonctionnement stable et le régime de commutation, où le transistor agit comme un interrupteur.
Exercice 1 : Calcul des résistances de polarisation
Calculer les résistances nécessaires à la polarisation d’un transistor NPN au silicium dans chacun des deux montages suivants. On donne les paramètres suivants :
- β = 100
- Vcc = 10V
- Le point de repos désiré est fixé à VCE0 = 5V et IC0 = 1mA
- VBE0 = 0.7V
La polarisation est fondamentale pour garantir que le transistor fonctionne correctement, que ce soit en amplification ou en commutation, en définissant ses courants et tensions de repos. Un point de polarisation stable est crucial pour éviter la distorsion du signal en amplification.
Exercice 2 : Polarisation par pont de base
Un transistor NPN au silicium est polarisé par pont de base. On donne :
- β = 100
- Vcc = 10V
- VCE0 = 5V
- IC0 = 1mA
- VBE0 = 0.7V
- Calculer les éléments de polarisation (les résistances).
- Déterminer les droites d'attaque et de charge.
Les droites d'attaque et de charge sont des outils graphiques permettant d'analyser visuellement le comportement du transistor dans un circuit et de déterminer son point de fonctionnement. Elles représentent les contraintes imposées par le circuit externe au transistor.
Exercice 3 : Transistor en régime de commutation
Le transistor travaille en régime de commutation. On donne :
- β = 150
- Vcc = 15V
- RB = 15 MΩ
- RC = 10 kΩ
- VBE0 = 0.7V
- Déterminer le courant de saturation ICsat.
- Quelle est la valeur de IB nécessaire pour produire la saturation ?
- Quelle est la valeur minimale de VE (tension d'entrée) nécessaire pour produire la saturation ?
En régime de commutation, le transistor est utilisé comme un interrupteur électronique, passant rapidement de l'état bloqué à l'état saturé. Cela est essentiel dans les applications numériques et de contrôle de puissance.
Exercice 4 : Analyse du comportement d'un transistor NPN
Un transistor NPN au silicium est utilisé. On donne :
- β = 120
- VCC = 12V (tension d'alimentation du collecteur)
- VBE = 0.7V
- RB = 50 kΩ
- RC = 1 kΩ
La FEM (Force Électromotrice) d'entrée croît lentement de -5V à +15V.
- Déterminer à partir de quelles valeurs de la FEM le transistor cesse d’être bloqué, puis le transistor commence à être saturé.
- Construire les graphes IB = f(FEM) et VCE = f(FEM).
Exercice 5 : Transistor en commutation avec un relais
Le transistor fonctionne en commutation. Dans son circuit de collecteur est placée la bobine d'un relais normalement ouvert (NO).
- Tension à la base VEB = 5V
- Tension d'alimentation du collecteur VCC = 24V
Caractéristiques du transistor :
- β = 100
- VCEsat = 0.1V
Caractéristiques de la bobine du relais :
- Tension nominale VN = 24V
- Résistance de la bobine Rbo = 100 Ω
- Calculer le courant circulant dans la bobine du relais quand il est activé.
- Déterminer le courant IB nécessaire pour saturer le transistor.
- En déduire la valeur de la résistance de base RB.
Cet exercice met en lumière l'application des transistors pour commander des charges inductives comme les relais, protégeant ainsi le circuit de commande de la charge.
Exercice 6 : Commande d'une LED par un transistor
Le montage sert à visualiser la sortie d'un opérateur logique à l'état haut par l'intermédiaire d'une LED.
Caractéristiques de la LED :
- Tension directe VD = 1.6V
- Courant direct ID = 20mA
Caractéristiques du transistor :
- βmin = 100
- VBE = 0.7V
- VCEsat = 0.2V
Caractéristiques de l'opérateur logique TTL :
- Tension de sortie à l'état haut VOHmin = 2.4V
- Courant de sortie à l'état haut IOHmax = 4.0mA
- Quel est le rôle du transistor ?
- Dimensionner les éléments résistifs si Vcc = 5V.
Le transistor ici fonctionne comme un amplificateur de courant et un adaptateur de niveau, permettant à un circuit logique de faible puissance de piloter une LED nécessitant un courant plus élevé sans endommager l'opérateur logique.
Exercice 7 : Analyse de montage logique en commutation
Le transistor travaille en régime de commutation. Complétez le tableau et déduisez la fonction logique du montage en utilisant les entrées Ve1, Ve2 et la sortie Vs.
Cet exercice permet de comprendre comment des transistors en commutation peuvent être combinés pour réaliser des portes logiques fondamentales (comme ET, OU, NON).
Exercice 8 : Analyse de montage logique avancé en commutation
Le transistor travaille en régime de commutation. Complétez le tableau et déduisez la fonction logique du montage en utilisant les entrées Ve1, Ve2 et la sortie Vs, avec des transistors T1 et T2.
Cet exercice prolonge l'étude des circuits logiques basés sur des transistors en commutation, potentiellement avec des configurations plus complexes pour des fonctions logiques avancées.
Exercice 9 : Montage Darlington
On considère le montage Darlington. On donne :
- β1 = 50
- β2 = 100
- Vcc = 12V
- RB = 100 kΩ
- VBE = 0.7V (pour un transistor)
- Établir une relation entre IC2 et IB1.
- Calculer la tension VB1M (tension Base1-Masse). Que peut-on conclure ?
- Si IC2 = 50mA, calculer la tension VBE (de chaque transistor) et la puissance consommée par chaque transistor.
Le montage Darlington est un arrangement de deux transistors offrant un gain en courant très élevé, idéal pour commander des charges nécessitant un courant important avec un faible courant de base, améliorant la sensibilité du circuit.
Exercice 10 : Courant dans une diode et influence du transistor
Calculer le courant qui circule dans la diode.
On donne :
- Vcc = 5V
- RB = 100 Ω
- Tension de la diode VD = 2V (assumée comme tension directe)
Les caractéristiques du transistor utilisé ont-elles une influence sur le fonctionnement du montage ?
Cet exercice explore l'interaction entre les diodes et les transistors, et l'impact des spécifications du transistor sur la performance globale du circuit, notamment sur les courants et tensions dans la diode.
FAQ sur les Transistors Bipolaires
Découvrez les réponses aux questions fréquentes concernant les transistors bipolaires et leurs applications en électronique.
- Qu'est-ce que le régime de polarisation d'un transistor ?
- Le régime de polarisation consiste à établir un point de fonctionnement stable (appelé point de repos ou point Q) pour le transistor. Cela implique de fixer les courants (IB, IC) et les tensions (VBE, VCE) en l'absence de signal d'entrée. Une bonne polarisation est essentielle pour que le transistor puisse amplifier correctement les signaux alternatifs sans distorsion et pour assurer une opération fiable en commutation.
- Quelle est la différence fondamentale entre un transistor NPN et un PNP ?
- Les transistors NPN et PNP sont les deux types de transistors bipolaires. Un NPN conduit le courant du collecteur vers l'émetteur lorsque sa base est polarisée positivement par rapport à l'émetteur, avec des porteurs majoritaires qui sont des électrons. Un PNP, à l'inverse, conduit lorsque sa base est polarisée négativement par rapport à l'émetteur, avec des porteurs majoritaires qui sont des trous. Ils diffèrent par la polarité des tensions et des courants nécessaires à leur fonctionnement.
- Dans quels types d'applications utilise-t-on le régime de commutation ?
- Le régime de commutation est principalement utilisé lorsque le transistor doit fonctionner comme un interrupteur électronique. Cela signifie que le transistor est soit complètement bloqué (circuit ouvert, pas de courant collecteur), soit complètement saturé (circuit fermé, courant collecteur maximal). On le trouve dans les circuits logiques numériques, les pilotes de LED, les commandes de relais, les moteurs, et les alimentations à découpage, où il permet d'économiser de l'énergie en minimisant les pertes de puissance.