Dernière mise à jour : 31/07/2011
Présentation
Le terme Transistor est l'acronyme de Transfert
Resistor.
Les premiers
transistors ont vu le jour en 1948. Le transistor est un composant qui
fait partie (comme la diode)
de la famille des
semi-conducteurs, et qui est considéré comme le
successeur du tube
électronique (lampe). Il existe plusieures familles de
transistors, chacun voué à une tache qui se
résume souvent à deux fonctions : la commutation
(fonctionnement dit en tout ou rien) ou l'amplification (fonctionnement
dit linéaire). Par exemple, on peut utiliser
un transistor pour commander une ampoule de puissance à partir
d'un circuit intégré, qui lui-même n'aurait pas
été capable de commander diretement l'ampoule (à
cause de valeurs de courant ou de tension non compatibles). On peut
dire
dans ce cas que le transistor joue le rôle d'interface. L'autre
fonction
très répendue du transistor est l'amplification en
tension, en courant ou en puissance. En amplifiant une tension, le
transistor peut être
utilisé pour amplifier des signaux de faibles niveaux, dans des
préamplificateurs pour microphone ou pour guitare, ou encore
dans des amplificateurs d'antenne (radio, TV, CB, etc) pour qu'à
partir d'un tout petit signal électromagnétique se
balladant dans les airs, vous entendiez votre chanson favorite dans le
haut-parleur de votre poste de radio (imaginez l'amplification et les
traitements nécessaires ! En
amplifiant simultanément la tension et le courant, on arrive au
principe
de
base de l'étage final des amplificateurs audio (exception faite
des amplis en classe D qui fonctionnent en numérique). Les
anciens transistors étaient au germanium, les transistors
actuels sont au silicium.
Quelques transistors au germanium :
Si vous
voulez voir d'autres photos de quelques transistors anciens, allez donc
visiter cette
page...
Notation (appellation) du composant
La notation par lettres et chiffres du composant repose sur une
normalisation dont quelques détails sont donnés à
la page Notation
des composants.
Types
Il existe différents types de transistors : bipolaires,
unipolaires (FET, JFET, JUGFET, IGFET), unijonction (UJT, anciennement
appelé transistor filamentaire). Tous ont des
caractéristiques qui leur sont propres, et sont capables de
travailler sur des
plages de puissances très
variées (de quelques milli-watts à plusieurs centaines de
watts), et sur des plages de fréquences elle aussi très
variées (de quelques hertz à plusieurs giga-hertz), selon
le modèle.
La caractéristique principale d'un transistor est de permettre
la variation (on dit aussi modulation) d'un courant entre deux
électrodes,
quand une tension ou courant est appliqué sur une ou plusieurs
autres électrodes. Les transistors ont remplacé les
tubes
électroniques, sauf dans certaines applications où le
tube n'a pas encore trouvé de remplaçant (notement
à cause des limitations en puissance et en fréquence du
transistor). Lorsque l'on
conçoit un montage électronique, on se
doit de choisir le transistor qui convient le mieux à
l'application envisagée, en s'aidant des tableaux de
caractéristiques fournis par les constructeurs. Ainsi, il n'est
pas nécessaire d'opter pour un transistor capable de commuter
des courants de 4A pour allumer une led qui ne consomme que 20mA.
Même chose pour un amplificateur travaillant dans la bande de
diffusion TV (UHF), on doit choisir des composants qui peuvent "suivre"
(qui sont capable d'amplifier suffisement à des
fréquences élevées).
Transistor bipolaire "classique"
Il s'agit très certainement du type de transistor le plus
employé, aussi bien dans le domaine des basses fréquences
que des hautes fréquences, des faibles puissances que des hautes
puissances. On l'appelle d'ailleurs tout simplement "Transistor". Il en
existe des dizaines de milliers de références, de type
NPN ou PNP, mais il est tout de même possible de les classer par
ordre de puissance, de fréquence, de gain. Ce qui avouons-le,
permet de choisir plus facilement un remplaçant le jour
où on ne trouve plus l'original... Un transistor bipolaire
possède trois électrodes nommées E
(émetteur), C (collecteur) et B (base). Comme dit auparavant, le
transistor est principalement utilisé en amplification, ce qui
le rend "pratique" pour la réalisation d'amplificateurs (BF ou
RF) ou comme interface de puissance. Le transistor bipolaire peut
être utilisé en base commune, en émetteur commun ou
en collecteur commun, mais c'est en montage émetteur commun
qu'on le retrouve le plus souvent (l'émetteur est commun
à l'entrée et à la sortie, voir page Utilisation du transistor).
Exemples :
2N2222, 2N2907,
BC107, BC557, etc...
Transistor à effet de champs (FET)
FET = Field
Effect Transistor,
Transistor à effet de champ
Le transistor à effet de champ est un transistor unipolaire, et
est particulièrement employé quand il est
nécessaire d'avoir une très haute impédance
d'entrée. Contrairement à l'impédance
d'entrée d'un transistor bipolaire, qui varie selon son mode de
branchement mais qui reste tout de même assez faible dans tous
les cas, le FET présente une résistance d'entrée
de plusieurs MOhms à plusieurs dizaines de MOhms. Cette
caractéristique principale le destine tout
particulièrement aux étages d'entrée BF ou au
étages d'entrée d'appareils de mesure (voltmètre
ou fréquencemetre par exemple), où son influence sur le
signal "prélevé" pourra être insignifiante. Le
transistor FET peut également être utilisé en
résistance variable : usage dans des VCA ou dans des
régulateurs de niveau (compresseur
ou limiteur de modulation
pour ne citer qu'eux). Un transistor FET possède trois
électrodes nommées D (drain), S (source) et G (gate ou
porte).
Exemples :
2N3819, 2N5457,
J101, etc
Transistors MOSFET
Il
existe des transistors MOSFET de petite puissanceet de forte
puissance. Ceux de forte puissance sont capables de supporter des
courants de plusieurs ampères à plusieurs centaines d'ampères, ce qui
bien entendu impose une résistance ohmique à l'état passant (RdsOn)
très faible. On ne peut en effet envisager d'utiliser un transistor
dont la résistance est de 1 ohms pour faire passer 50 ampères. C'est
pourquoi il n'est pas rare de trouver des transistors de cette
catégorie qui affichent une résistance passante de quelques milli-ohms
ou quelques dizaines de milli-ohms. Globalement, et par comparaison aux
transistors bipolaires, on arrive à
commuter des puissances importantes avec moins de pertes et moins
d'echauffement. Ce type de transistor est souvent préféré pour la
commande de charges importantes ou pour limiter la taille - ou même
supprimer completement - les encombrants dissipateurs thermiques.
Exemples en faible puissance : BS170.
Exemples en forte puissance : BUZ10, BUZ20, IRF540, IRF840 (8 A / 0,85 ohm), IRFZ44 (49 A / 0,022 ohms), IRF3205 (110 A / 0,008 ohms).
Transistors haute tension
La
majorité des transistors classiques (courants) accèptent de travailler
sans dommage avec des tensions de quelques dizaines de volts. Quand on
veut travailler avec des tensions supérieures à 80 V, il faut commencer
à regarder de près le type de transistor qui convient le mieux à
l'application envisagée. Pour des tensions de plusieurs
centaines de volts, il faut employer des transistors vraiment fait
pour.
Exemples : BU508
(bipolaire classique de la déviation horizontale dans les téléviseurs
cathodiques), IRGS14 (transistor IGBT / 400 V).
Transistors RF
Il
s'agit de transistors spécialement conçus pour des applications
"rapides". Les capacités parasistes entre les jonctions d'un
transistor limitent la fréquence de fonctionnement d'un transistor, et
si ces capacités parasites sont élevées, le transistor ne peut pas
fonctionner rapidement. On ne se pose pas trop la question quand on
veut utiliser un transistor en commutation lente, par exemple pour
piloter un relais. Mais quand on veut qu'il suive la cadence, il faut
bien regarder tout ça de près. Notez que même pour une commutation
lente, la vitesse de passage de l'état bloqué à l'état passant est
importante, surtout si les courants à commuter sont importants. Plus le
transistor commute vite, et moins on perd de puissance. A partir de
quelle fréquence peut-on dire qu'un transistor est rapide ? Comme
toujours, tout est relatif. Un "bête" 2N2222 est capable de "monter" à
250 MHz, on peut donc l'employer dans le domaine de l'émission radio en
FM (bien sûr avec une puissance somme toute modérée). La série des
transistors BCxxx est parfaite pour travailler dans le domaine BF, et
ces transistors ne s'arrêtent pas à 50 KHz... Aujourd'hui, on peut
peut-être dire qu'un transistor dont la fréquence de travail peut
grimper à 2 GHz (BFR91 ou BFR96 par exemple, tout deux très répendus et
bon marché) est un transistor rapide; demain, il fera peut-être partie
de la famille des "lents".
Transistor Unijonction (UJT et PUT)
UJT = UniJonction Transistor,
Transistor unijonction
PUT = Programmable
Unijonction Transistor,
Transistor unijonction programmable
Appelé aussi "Diode à double base", le transistor
unijonction est un transistor bipolaire un peu particulier, qui
possède trois connexions mais une seule jonction (d'où
son nom). Ses trois électrodes sont nomées E
(émetteur), B1 (base 1) et B2 (base 2). L''UJT est
principalement utilisé pour la réalisation d'oscillateurs
(à relaxation, pour être précis), car
possède la particularité d'offrir une résistance
négative dans une partie de sa courbe de
caractéristiques. Un transistor unijonction peut être
assimilé à une diode associée à un diviseur
de tension.
Exemples :
2N2646, ...
Utilisations classique du transistor bipolaire
Un transistor bipolaire peut se voire confier plusieurs taches, les
plus courantes étant l'amplification et la commutation. Mais il
trouve aussi sa place pour adapter une impédance, pour inverser
un état logique, ou encore pour constituer un oscillateur.
Quelques exemples sont donnés à la page Transistors - Bases.
Types de boitiers
Il existe là aussi un grand nombre de boitiers, plastiques ou
métalliques pour la majorité. La taille et la forme
diffèrent souvent en fonction de l'application principale pour
laquelle
le transistor a été conçu. Par exemple, un
transistor
de très forte puissance, qui peut chauffer beaucoup lors de son
fonctionnement, est généralement plat, ce qui permet de
le fixer aisément sur une surface de refroidissement
(radiateur).
Certains transistors fonctionnant à des fréquences
très
élevées ont quant à eux des pattes
disposées à l'horizontal pour faciliter un montage sur
circuit imprimé avec des distances de raccord les plus courtes
possibles.
Brochage des transistors
La majorité des transistors - qu'ils soient bipolaires ou
à effet de champs - possèdent trois pattes, avec parfois
une quatrième patte raccordée au boitier (ce dernier
étant alors métallique). La correspondance entre schéma électronique et
brochage physique n'est pas toujours la même selon le type de
transistor employé. Prenons l'exemple du transistor très répandu
portant la référence 2N2222 et qui est un transistor NPN présenté dans
un boîtier métallique. On trouve pour ce dernier un équivalent appelé
PN2222 qui est en boîtier plastique TO92. Pour connaitre le brochage de
ce dernier il convient de se référer aux indications fournies par le
fabricant dans ses documents techniques (datasheet).
Un
transistor de type BC237, également NPN et également en boîtier
plastique TO92, présente un brochage inversé par rapport à celui du
PN2222 (les connexions E et C sont interverties). Trois pattes
suffisent pour
disposer d'un nombre suffisant de configurations de câblage
dangeureuses et brancher un transistor de façon incorrecte et le
griller. Il
faut donc bien faire attention et toujours vérifier leur câblage
avant mise sous tension. Pour faciliter la chose, certains boîtiers
intègrent deux transistors, portant le nombre de pattes à
6. Mais cela n'est finalement pas plus compliqué, dans tous les cas il
faut se référer au document constructeur correspondant à la marque et
au modèle de composant que vous avez sous les yeux.
Il existe
plusieurs types de brochages, et un composant de même
référence peut même parfois exister avec
différents brochages (ce genre de cas n'est heureusement pas
majoritaire) ! Vous devez donc impérativement vous renseigner
pour
savoir comment se branche tel ou tel transistor. Vous trouverez
quelques exemples
de brochages à la page Transistors
-
Brochages. Notons que certains transistors peuvent
fonctionner de
façon quasiment identique en intervertissant deux
électrodes entre elles (échange Emetteur et Collecteur
pour les transistors bipolaires, ou Source et Drain pour les
transistors FET). Ces transistors recoivent la désignation de
transistors bidirectionnels.
Liens utiles
http://www.kpsec.freeuk.com/components/tran.htm
http://www.101science.com/transistor.htm
http://www.tanker.se/lidstrom/trans.htm
http://etronics.free.fr/dossiers/init/init09.htm
http://etronics.free.fr/dossiers/init/init10.htm
