Je bute sur un simple problème d'électronique !!!

Hello,

Je bute bute depuis un moment sur un problème simple d'électronique. Tellement simple que ça en devient compliqué !
Je comprends le fonctionnement des transistors en commutation ainsi que les calculs théoriques qui sont derrière. J'ai l'habitude de les utiliser avec une résistance de commande à la base, pas de soucis.


Mais voici le cas suivant (j'ai simplifié le schéma et donné un schéma équivalent de la partie qui m'intéresse)


T1 est un transistor NPN
Quand le switch SW1 est fermé, la LED s'allume (protégée par la résistance de 680 Ohms)
Quand le switch SW1 est ouvert, la LED s'éteint

Alors je me doute que La tension Vbe du transistor est supérieure à 0.7V, ce qui rend le transistor passant. D'ailleurs, je le mesure et ça marche.
Mais avec ce schéma, je ne trouve pas le courant arrivant dans la base . Et je n'arrive pas (après 25 ans sans le faire, c'est dur...) à faire le calcul prouvant que le transistor devient passant. J'ai toujours une inconnue qui reste et pas moyen de la supprimer par le calcul. Donc, je dois louper quelque chose de simple...

Quand le SW1 est ouvert, la base est reliée à la masse, assurant un état "0", donc le transistor est bloquant
Quand le SW1 est fermé, je n'arrive pas à calculer le courant de base. Et la mesure me montre un courant très faible (0.06 mA). Le gain du transistor étant entre 110 et 800, typiquement 200, je trouve ce courant de base trop juste pour assurer avec certitude la saturation.

Mon hypothèse est que, le transistor n'est peut être pas saturé à 100% mais que, comme il y a quand même un courant dans la base, cela "ouvre" légèrement la jonction et permet d'avoir un courant en sortie d'émetteur. Le transistor est "passant" mais pas saturé. L'intensité du courant dans la LED dépendra donc de R4. Plus R4 sera faible, plus la LED s'éclairera faiblement.

Est ce que quelqu'un peut m'aider à formuler avec des calculs ?

Le transistor devient passant quand la tension entre sa base et son émetteur (Vbe) devient supérieure à 0,7V (environ).
Le courant circulant dans la base est égal au courant circulant entre son collecteur et son émetteur divisé par son gain.
Typiquement 200 fois moins.
Le courant d'émetteur est (I = U / R) ou U est la tension d'alimentation (12V) moins la tension de saturation (Vce, 0,25V)
moins la tension de seuil de la LED, disons 2,5V. Donc U = 12 - 0,25 - 2,5 = 9,25 V qui se retrouvent aux bornes de R (680).
D'où, I = 9,25 / 680 = 9,2 mA, le courant de base est 200 fois inférieur: 0,03 mA.
Si on réduit R4, le courant d'émetteur et le courant dans la LED vont augmenter.

J'ai négligé D7 qui réduit la tension de base de 0,7v et la tension à l'émetteur aussi.
Ce montage est couramment nommé "émetteur suiveur" parce que la tension d'émetteur "suit" la tension de base à 0,7V  près.

Ca aide ?

Merci pour la réponse !
Tu prends Vce = Vce sat (0.2V) et Vbe = Vbe sat (0.7V) , ce qui correspond aux specs et aux conditions de saturation. ET avec ça, pas de soucis, le calcul se simplifie. Mais Vce est plus grand que ça (de l'ordre de 1.5V) et je ne sais pas le calculer.
Du coup, je ne prouve pas que les conditions de saturation sont atteinte et c'est ça qui me pose problème.

Tu as raison, il vaut mieux commencer par calculer Ve qui vaut Vb - 0,7V.
Ici Vb vaut 12 - 0,7 (à cause de D7) donc Ve vaut 12 - 0,7 - 0,7 = 10,6V.
Comme Vc est 12V, Vce est donc 1,4V.

Mieux ?

Newton7900 a écrit:

Hello,

Je bute bute depuis un moment sur un problème simple d'électronique. Tellement simple que ça en devient compliqué !
Je comprends le fonctionnement des transistors en commutation ainsi que les calculs théoriques qui sont derrière. J'ai l'habitude de les utiliser avec une résistance de commande à la base, pas de soucis.


Mais voici le cas suivant (j'ai simplifié le schéma et donné un schéma équivalent de la partie qui m'intéresse)


T1 est un transistor NPN
Quand le switch SW1 est fermé, la LED s'allume (protégée par la résistance de 680 Ohms)
Quand le switch SW1 est ouvert, la LED s'éteint

Alors je me doute que La tension Vbe du transistor est supérieure à 0.7V, ce qui rend le transistor passant. D'ailleurs, je le mesure et ça marche.
Mais avec ce schéma, je ne trouve pas le courant arrivant dans la base . Et je n'arrive pas (après 25 ans sans le faire, c'est dur...) à faire le calcul prouvant que le transistor devient passant. J'ai toujours une inconnue qui reste et pas moyen de la supprimer par le calcul. Donc, je dois louper quelque chose de simple...

Quand le SW1 est ouvert, la base est reliée à la masse, assurant un état "0", donc le transistor est bloquant
Quand le SW1 est fermé, je n'arrive pas à calculer le courant de base. Et la mesure me montre un courant très faible (0.06 mA). Le gain du transistor étant entre 110 et 800, typiquement 200, je trouve ce courant de base trop juste pour assurer avec certitude la saturation.

Mon hypothèse est que, le transistor n'est peut être pas saturé à 100% mais que, comme il y a quand même un courant dans la base, cela "ouvre" légèrement la jonction et permet d'avoir un courant en sortie d'émetteur. Le transistor est "passant" mais pas saturé. L'intensité du courant dans la LED dépendra donc de R4. Plus R4 sera faible, plus la LED s'éclairera faiblement.

Est ce que quelqu'un peut m'aider à formuler avec des calculs ?

Il faut sortir du monde logique "bloqué saturé". On est ici dans un fonctionnement analogique où le transistor n'est pas saturé.
Pour calculer le courant IC (donc pratiquement IE), on peut écrire Ic=Beta*Ib ou Ic=I0 (exp (qVbe/kT)-1). Les 2 équations doivent être vérifiées, ce qui rend les calculs à la main réservés aux étudiants.
Par chance, en observant le schéma, on voit que le courant base disponible est pratiquement ilimité (dépend de ce que peut fournir l'alim), donc plus que suffisant pour faire conduire le transistor. On considère donc que ce dernier conduit.
On a alors: VE=12V-0.6V(diode D7)-0.6V (Vbe T1). et IE=VE-2.5V(seuil Led))/R5.
Et IB=IE/Beta, environ.
R4 n'intervient pas (évidemment, il ne faut pas s'amuser à mettre R4=1 Ohm non plus).
On a VCE=1.2V, le transistor n'est pas saturé.
Il n'y a plus qu'à vérifier que ce fonctionnement est compatible avec les limites absolues du transistor (tension, courant, puissance) , de la LED, de la diode. On en est ici très loin!

Et non, le transistor n'est pas saturé
Est ce important ? Le courant dans la LED reste dépendant de R5.
L'unique intérêt de ce montage est de ne pas faire circuler le courant de la LED dans le switch, je suppose que c'est ce que tu cherches à faire ?

Bon bas voilà, ça confirme mon raisonnement !
Le transistor n'est pas saturé et on s'en fout.
Je voulais refaire le calcul exact de Ic mais au final, pas besoin (j'en ai bouffé quand j'étais étudiant...).

Dans le vrai schéma, le courant de base est émis par l'horloge d'un 4060 (compteur binaire avec oscillateur) à la fréquence de 2 Hz. La diode est effectivement là pour éviter un retour.

La résistance R4 sert de pulldown pour forcer à zéro l'entrée du transistor.

Donc, ça marche ! Merci pour votre aide, ça m'a permis de me dérouiller un peu !

Tu peut câbler direct la sortie du 4060 (n'importe quelle sortie CMOS) sur la base du transistor et virer R4 à condition que tout soit en 12V.

Nan, marche pas car le circuit est plus complexe et ça me ramène des états assez bizarre...

Moi je fait simple:
Ca grille ou ça ne grille pas.
Ok je sors

En mode commutation (par rapport à l'amplification audio par exemple), c'est la polarisation du transistor qui pose soucis dans le schéma du bas. D'autant plus que la polarisation peut varier en fonction de la charge qui induira une tension potentiellement variable entre la masse et l'émetteur. on utilise le mode saturation qui limite les pertes par effet joule dans le transistor qui ne chauffe alors quasiment pas, sauf aux changements d'état.
Pour faire varier la luminosité d'une LED on utilise alors le PWM comme pour les moteurs de locos dans les décodeurs pour faire varier la tension moyenne aux bornes de la charge (on applique alors un créneau variable sur la base du transistor qui fonctionne toujours en interrupteur.)

Pour un bon fonctionnement il vaut mieux relier l'émetteur directement à la masse et mettre la charge en série sur le collecteur par rapport au + de l'alimentation ainsi la la saturation du transistor a bien lieu.

Il faut faire comme le schéma du haut R1 résistance avec en série la diode Led, émetteur à la masse et la Résistance R2 sert à limiter le courant de base et la commande se fait entre R1 et la masse commune aux deux alimentations si elles sont différentes. la résistance R1 limite le courant dans la diode et le transistor.

Juste pour info quand on fait de l'amplification audio on ne veut pas utiliser la saturation du transistor car cela induit une déformation du signal (apparition de créneaux au lieu d'une sinusoïde) on utilise la transistor dans sa plage linéaire, et là la polarisation est plus complexe et les transistors dégagent alors plus de chaleur.


Autrement il y a des modules touts faits pour commander une sortie les ULN2003 par exemple avec un module darlington de sortie avec 8 Voies dans le même boîtier lien

Si on veut une masse commune pour ses charges, on va alors plutôt utiliser le schéma avec un transistor PNP et non plus NPN, mais la commande s'en trouve inversée.



Juste un autre point lorsque l'on commande un charge inductive relais ou moteur par exemple, il faut mettre une diode de roue libre en parallèle sur cette charge pour éviter une tension inverse sur le transistor lorsqu'il ne devient plus passant et qui aurait pour effet de le détruire.

Bonjour à tous,

Merci pour ces rappels d'électronique.

Dans le 1er montage où la LED est dans le circuit d'émetteur, le transistor NPN, non saturé, est monté en suiveur de tension. C'est ce que Lucien indique avec le calcul de VE et VCE.

Le 2ème montage avec le transistor PNP peut poser problème si le signal de commande est produit par un circuit logique 0-5V, car il faut 12V pour rendre le transistor bloquant. Il peut être nécessaire d'ajouter un NPN en inverseur devant le PNP.

Ce problème ne se pose pas avec le 3ème montage où la LED est dans le circuit de collecteur.

Pour info,
J'utilise aussi des PNP, la différence étant que quand il y a un état bas (0) à la base, le transistor est passant. Il est bloqué quand on applique un état haut.

Les deux façons d'appréhender les choses (utilisation du transistor en commutation ou en fonctionnement linéaire) sont utilisables et présentent chacune des propriétés qui les rendent pertinentes plutôt dans tel ou tel cas, et il est des cas où les deux approches conviennent tout aussi bien. C'est à mon avis le cas du montage de Newton 7900.

Franchement, pour allumer une LED sous 12V, le problème de dissipation thermique dans le transistor monté en suiveur est parfaitement négligeable. Avoir recours à une modulation type PWM pour ça est certes toujours possible (surtout si le dispositif de commande peut facilement la générer), mais ne s'impose pas.

On peut le vérifier en faisant quelques calculs simples :
Dans le cas du schéma proposé par Newton7900, lorsque la LED est allumée la tension entre émetteur et masse est égale à [12V - 0,7V (chute dans D1) - 0,7V (Vbe du transistor)] = 10,6 V.
Le courant dans la LED est donc égal à 10,6 V / 680 Ohms = 15,6 mA. (*)
La dissipation dans le transistor est égale à (12 V - 10,6 V)*15,6 mA = 21,8 mW
Cette puissance est parfaitement supportable par n'importe quel transistor "petits signaux" pendant une durée non limitée sans radiateur.

(*) Edit : C'est inexact, j'ai omis de tenir compte de la chute de tension dans la LED. Le courant est inférieur à 15,6 mA, car il est égal à [10,6 V - 2 V (tension approximative aux bornes de la LED)]/680 Ohms, soit 12,6 mA. Par conséquent, la puissance dans le transistor est de 17,6 mV
Ceci n'a pas échappé à Newton 9600 qui a rectifié de lui-même

Il y a encore moins que 15.6 mA car la LED entraine elle aussi une chute de tension (environ 2V). J'obtiens environ 12 mA.

Sachant que l'interrupteur est en fait un état 0/1 à 50% (clignotement de la LED), j'obtiens 8 mW de consommation. Mon transistor est un BC 547, pas besoin de water cooling

En effet ! Je me suis rendu compte de l'erreur aussitôt après avoir posté, mais je n'ai pas pu éditer et rectifier de suite à cause d'une brève panne du réseau internet dans mon village (wi-max). Bravo, tu as eu l'œil !