TP 15 - La physique appliquée en STI

Première GE
TP n° 15
LE
TRANSISTOR BIPOLAIRE EN INTERRUPTEUR COMMANDE.
Condition de saturation d’un transistor :
I.
Soit le montage ci-contre :
Rc
IB
Rb
Vcc = 20 V
IC
Rc : rhéostat de 33 
VCE
Vcc
Rb : boite à décade réglée sur 3,3 k.
Ve
1) Faire le schéma du montage permettant de relever Ic et Ib.
2) Relever la caractéristique Ic = f( Ib ) lorsque Ib varie de 0 à 5 mA.
3) Tracer la caractéristique Ic = f( Ib ) sur papier millimétré. Que constatez vous ?
4) Quelle valeur maximum atteint l’intensité du courant de collecteur I c ?
5) Comparer cette valeur avec Vcc / Rc.
6) Mesurer la valeur minimum de VCE lorsque le transistor est saturé. ( VCE < 0,5 V en saturation ).
7) Proposer un modèle équivalent du transistor saturé.
Fonctionnement linéaire :
Tant que l’intensité du courant Ic reste inférieure à la valeur du courant de saturation Icsat, le courant
Ic reste proportionnel au courant Ib et on a : I c 
. Ib
On dit que le transistor fonctionne en régime
linéaire.
Fonctionnement saturé :
Dés que l’intensité du courant IC atteint la valeur du courant de saturation : I Csat 
VCC
RC
( si on néglige
la valeur de la tension VCE < 0,5 V en saturation ) on dit que l’on est en régime saturé. Dans ce cas
l’intensité du courant IC cesse d’être proportionnelle à celle du courant IB. On a donc ICsat < .IB.
On a alors VCE < 0,5 V ( lorsque le transistor est bien saturé ).
Condition de saturation :
Pour être certain d’être en régime saturé, il faut que l’intensité du courant de base I B soit
supérieure à : I B 
I Csat
 min
On appelle cette relation : la condition de saturation.
où min est la valeur minimum de  donnée par le fabricant du transistor et ICsat est la valeur du
courant IC lorsque VCE  0 V.
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II.
TP n° 15
Modèle équivalent du transistor bloqué et saturé.
1) Transistor bloqué :
Lorsque IB = 0 alors IC = 0, le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert. On dit que le
transistor est bloqué.
Modèle équivalent :
On met une flèche pour indiquer que le transistor, comme la diode, est
unidirectionnel. Il ne laisse passer le courant que dans le sens de la flèche.
Dans ce cas I = 0 A et Vce > 0
2) Transistor saturé :
Lorsque I B 
I Csat
le transistor est saturé. La tension à ses bornes ( inférieure à 0,5 V ) est
 min
quasiment négligeable. Le transistor se comporte comme un interrupteur fermé. On dit que le
transistor est saturé.
Modèle équivalent :
On met une flèche pour indiquer que le transistor, comme la diode, est
unidirectionnel. Il ne laisse passer le courant que dans le sens de la flèche.
Dans ce cas Vce = 0 V et I > 0
III.
Utilisation du transistor en commutation :
Etude de la commutation :
Rc
IC
IB
Rb
GBF
VCE
Vcc
VCC = 20 V
RC = rhéostat de 33 .
ve(t) est la sortie OUTPUT PULSE du GBF
réglé sur 200 Hz
Rb est la boite à décades.
min = 200
Ve(t)
1) Calculer la valeur du courant de
saturation Icsat en négligeant la valeur de
VCEsat.
2) L’amplitude de Ve étant de 4 Volts, calculer la valeur de la résistance Rb permettant de saturer
le transistor. On prendra I B  3 
I Csat
 min
et VBE = 0,7 V
3) Compléter le montage pour visualiser à l’oscilloscope les tensions Vce et Ve.
4) Réaliser ce montage et observer les tensions ve( t ) et VCE( t ). Relever les oscillogrammes.
5) Lors des phases de blocage le transistor est-il bien bloqué ? ( VCE = VCC ). Mesurer à
l’oscilloscope la valeur de VCE au cours de cette phase.
6) Lors des phases de saturation le transistor est-il bien saturé ? ( VCE < 0,5 V ). Mesurer à
l’oscilloscope la valeur de VCE au cours de cette phase.
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TP n° 15
Commande proportionnelle en régime de commutation.
Réaliser le montage suivant.
Ve( t ) est la sortie OUTPUT PULSE du GBF réglé à
la fréquence de 1 kHz.
IC
IB
Rb
GBF
Rb est la boite à décades réglée sur 50 .
Vcc
Ve(t)
Ve(t)
Rapport cyclique : soit le signal suivant.
On appelle rapport cyclique  du signal, le rapport de la
durée de l’état haut T sur la période T.
E

t
T
T
Lorsqu’on n’utilise pas le bouton DUTY, le rapport cyclique du
signal délivré par le GBF est de 1/2.
1) Compléter le montage pour visualiser la tension Ve(t) , et mesurer avec un wattmètre la
puissance électrique moyenne absorbée par la lampe.
2) Observer la tension ve( t ) à l’oscilloscope. Lorsque  = 1/2, mesurer la puissance électrique
moyenne absorbée par la lampe.
3) Calculer la puissance perdue dans le transistor considéré comme parfait pendant la durée
durant laquelle il est bloqué, et pendant la durée durant laquelle il est saturé. (Utiliser le modèle
équivalent du transistor vu dans le chapitre précédent). Conclusion ?
4) Calculer la puissance qui serait dissipée dans le transistor fonctionnant en régime linéaire si on
voulait dissiper la même puissance moyenne dans la lampe. On prendra V CE = 10 V et IC = 0,75 A.
Conclusion ?
Remarque : En régime de commutation et en basses fréquences la puissance dissipée dans le transistor
est quasiment nulle.
5) Faire varier le rapport cyclique de la tension de commande à l’aide du bouton DUTY du GBF.
Relever les valeurs de la puissance absorbée par la lampe P L en fonction du rapport cyclique de la
tension d’entrée. ( On fera varier  de 0 à 1 ).
6) Tracer PL = f( ). La commande est-elle proportionnelle ?
7) Mesurer Ic.sat pour la lampe et comparer la pente de votre droite avec V CCxICsat. En
déduire l’expression de la puissance dissipée par la lampe : P L en fonction de .
Conclusion : Avec un transistor fonctionnant en commutation on peut obtenir une puissance que l’on
commande linéairement à l’aide du rapport cyclique .
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