LE TRANSISTOR : UN AMPLIFICATEUR DE COURANT. LA CHAÎNE ÉLECTRONIQUE

Le cours

1. Historique et importance\n\n1947 : Invention du transistor à Bardeen, Brattain et Shockley (Bell Labs).\n1956 : Prix Nobel de Physique.\n\nRévolution : Remplacement des tubes électroniques (encombrants, fragiles, gourmands).\n\nImpact : Développement de l'informatique, télécommunications, électronique grand public.\n\n## 2. Transistor bipolaire à jonction (BJT)\n\nStructure : Trois couches de semi-conducteur dopées différemment.\n\nTypes :\n- NPN : Couche P entre deux couches N\n- PNP : Couche N entre deux couches P\n\nÉlectrodes :\n- Émetteur (E) : Émet les porteurs majoritaires\n- Base (B) : Fine et faiblement dopée\n- Collecteur (C) : Collecte les porteurs\n\nSymboles :\n- NPN : flèche sur l'émetteur sortante\n- PNP : flèche sur l'émetteur entrante\n\nDescription du schéma 1: Structure et symboles. (A) Structure NPN : couches N-P-N, électrodes E, B, C. (B) Symbole NPN : flèche sur E sortante. (C) Symbole PNP : flèche sur E entrante. Légende : 'Transistor bipolaire à jonction et ses symboles'.\n\n## 3. Montage émetteur commun\n\nConfiguration la plus utilisée : L'émetteur est commun à l'entrée et à la sortie.\n\nBranchements :\n- Entrée : entre base et émetteur\n- Sortie : entre collecteur et émetteur\n- Alimentation : Vcc entre collecteur et émetteur\n\nPolarisation : Pour un NPN :\n- Base-Émetteur : polarisée en direct (VBE ≈ 0,6-0,7V)\n- Collecteur-Émetteur : polarisée en inverse (VCE > 0)\n\n## 4. Caractéristique de transfert Ic = f(Ib)\n\nRelation fondamentale : $$I_C = \\beta I_B + I_{CEO}$$\n(où $I_{CEO}$ courant de fuite, souvent négligeable)\n\nTracé expérimental :\n1. Fixer VCE constante (ex: 5V)\n2. Faire varier IB\n3. Mesurer IC pour chaque IB\n4. Tracer IC en fonction de IB\n\nForme : Droite passant par l'origine (si ICEO négligeable).\n\n## 5. Gain en courant β\n\nDéfinition : $$\\beta = \\frac{I_C}{I_B}$$ (à VCE constant)\n\nNoms : Coefficient d'amplification, hFE.\n\nValeurs typiques : 20 à 800 selon les transistors.\n\nMesure : Pente de la droite Ic = f(Ib).\n\n## 6. Domaines de fonctionnement\n\nA. Zone de blocage (cut-off) :\n- IB ≈ 0\n- IC ≈ 0\n- VCE ≈ VCC\n- Transistor équivalent à un interrupteur ouvert\n\nB. Zone active (amplification) :\n- IB > 0\n- IC = βIB\n- VCE variable\n- Transistor amplifie le signal\n\nC. Zone de saturation :\n- IB suffisamment grand\n- IC maximal (ICsat ≈ VCC/RC)\n- VCE ≈ 0,2-0,3V (tension de saturation)\n- Transistor équivalent à un interrupteur fermé\n\nDescription du schéma 2: Caractéristique de sortie IC(VCE) pour différentes IB. Famille de courbes. Trois zones indiquées : blocage (IB=0), active (pente faible), saturation (VCE faible). Légende : 'Domaines de fonctionnement du transistor'.\n\n## 7. Transistor comme interrupteur\n\nApplication numérique : Commande de relais, LED, petits moteurs.\n\nPrincipe : Faire basculer le transistor entre blocage et saturation.\n\nExemple : Commande d'une LED avec un microcontrôleur (sortie 5V/20mA max).\n\nCalcul de la résistance de base : $$R_B = \\frac{V_{in} - V_{BE}}{I_B}$$ avec $I_B = \\frac{I_C}{\\beta}$\n\n## 8. Transistor comme amplificateur\n\nPoint de repos : Point de fonctionnement en absence de signal, en zone active.\n\nAmplification en tension : Gain $A_V = \\frac{\\Delta V_{CE}}{\\Delta V_{BE}}$\n\nCircuit typique : Diviseur de tension pour polariser la base, résistance de collecteur RC.\n\n## 9. Chaîne électronique\n\nDéfinition : Ensemble structuré de blocs fonctionnels transformant une grandeur physique en une autre.\n\nÉléments principaux :\n1. Capteur : Convertit une grandeur physique en signal électrique\n2. Conditionneur : Amplifie, filtre, adapte le signal\n3. Traitement : Traite l'information (comparaison, décision)\n4. Interface de puissance : Adapte le niveau de puissance\n5. Actionneur : Convertit le signal électrique en action physique\n6. Alimentation : Fournit l'énergie à tous les blocs\n\nDescription du schéma 3: Schéma-bloc d'une chaîne électronique complète. Flèches montrant le flux de signal. Exemple concret : thermomètre électronique. Légende : 'Chaîne électronique : du capteur à l'actionneur'.\n\n## 10. Exemples concrets en Côte d'Ivoire\n\nA. Système d'irrigation automatique :\n- Capteur : sonde d'humidité du sol\n- Conditionneur : amplificateur à transistor\n- Traitement : comparateur (seuil)\n- Interface : relais commandé par transistor\n- Actionneur : électrovanne d'eau\n- Alimentation : panneau solaire + batterie\n\nB. Détecteur de niveau d'eau :\n- Capteur : flotteur avec interrupteur\n- Amplification : transistor\n- Action : alarme lumineuse/sonore\n\nC. Chargeur de téléphone solaire :\n- Capteur : cellule photovoltaïque\n- Régulation : circuit à transistors\n- Sortie : port USB\n\n## 11. Alimentations électroniques\n\nFonctions :\n- Transformation (abaissement tension)\n- Redressement (AC → DC)\n- Filtrage (lissage)\n- Régulation (stabilisation)\n\nComposants clés : Transformateur, diodes, transistors, condensateurs.\n\n## 12. Sécurité et précautions\n\nProtections :\n- Résistances de limitation\n- Diodes de roue libre pour charges inductives\n- Dissipateurs thermiques\n- Respect des tensions et courants maximaux\n\nTest : Multimètre en mode test diode pour vérifier les jonctions BE et BC.