BJT en tant que commutateur

Définition du BJT en tant que commutateur

Un BJT (transistor à jonction bipolaire) est défini comme un dispositif qui agit en tant que commutateur en contrôlant le courant base-émetteur pour modifier la résistance émetteur-collecteur.

Un commutateur crée un circuit ouvert (résistance infinie) lorsqu'il est en position 'OFF' et un court-circuit (résistance nulle) lorsqu'il est en position 'ON'. De manière similaire, dans un transistor à jonction bipolaire, le contrôle du courant base-émetteur peut rendre la résistance émetteur-collecteur presque infinie ou presque nulle.

Dans les caractéristiques d'un transistor, il y a trois régions. Elles sont

• Région de coupure

• Région active

• Région de saturation

Dans la région active, le courant collecteur (IC) reste constant sur une large plage de tension collecteur-émetteur (VCE). Ce courant constant cause une perte de puissance significative si le transistor fonctionne dans cette région. Un commutateur idéal n'a pas de perte de puissance lorsque l'appareil est éteint, car le courant est nul.

De même, lorsque le commutateur est allumé, la tension à travers le commutateur est nulle, donc, il n'y a pas de perte de puissance non plus. Lorsque nous voulons qu'un BJT fonctionne en tant que commutateur, il doit être opéré de telle manière que la perte de puissance pendant les conditions ON et OFF soit presque nulle, ou très faible.

Cela n'est possible que lorsque le transistor est opéré uniquement dans la région marginale des caractéristiques. Les régions de coupure et de saturation sont les deux régions marginales dans les caractéristiques du transistor. Notez que cela s'applique aux transistors npn et pnp.

Dans la figure, lorsque le courant de base est nul, le courant collecteur (IC) a une valeur constante très faible pour une large plage de tension collecteur-émetteur (VCE). Ainsi, lorsque le transistor est opéré avec un courant de base ≤ 0, le courant collecteur (IC ≈ 0) est très faible, donc le transistor est dit être en condition OFF, mais en même temps, la perte de puissance à travers le commutateur transistor i.e. IC × VCE est négligeable en raison d'un IC très faible.

Le transistor est connecté en série avec une résistance de sortie RC. Par conséquent, le courant à travers la résistance de sortie est

Si le transistor est opéré avec un courant de base IB3 pour lequel le courant collecteur est IC1. IC est inférieur à IC1, alors le transistor est opéré dans la région de saturation. Ici, pour tout courant collecteur inférieur à IC1, il y aura une tension collecteur-émetteur (VCE < VCE1) très faible. Dans cette situation, le courant à travers le transistor est aussi élevé que le courant de charge, mais la tension à travers le transistor (VCE < VCE1) est assez faible, donc la perte de puissance dans le transistor est négligeable.

Le transistor se comporte comme un commutateur ON. Donc, pour utiliser le transistor en tant que commutateur, nous devons nous assurer que le courant de base appliqué est suffisamment élevé pour maintenir le transistor dans la région de saturation, pour un courant collecteur. Ainsi, à partir de l'explication ci-dessus, nous pouvons conclure que le transistor à jonction bipolaire se comporte comme un commutateur uniquement lorsqu'il est opéré dans les régions de coupure et de saturation de ses caractéristiques. Dans les applications de commutation, la région active ou la région active des caractéristiques est évitée. Comme nous l'avons déjà dit, la perte de puissance dans le commutateur transistor est très faible mais pas nulle. Donc, ce n'est pas un commutateur idéal mais accepté comme un commutateur pour des applications spécifiques.

Lors du choix d'un transistor en tant que commutateur, considérez sa cote. Pendant l'état ON, le transistor doit gérer l'ensemble du courant de charge. Si ce courant dépasse la capacité de courant collecteur-émetteur sûre, le transistor peut surchauffer et être détruit. Pendant l'état OFF, le transistor doit supporter la tension de circuit ouvert de la charge pour éviter une rupture. Un dissipateur de chaleur approprié est essentiel pour gérer la chaleur. Chaque transistor prend un temps fini pour basculer entre les états OFF et ON.

Bien que le temps de commutation soit très bref, souvent moins de quelques microsecondes, il n'est pas nul. Pendant la période de commutation ON, le courant (IC) augmente tandis que la tension collecteur-émetteur (VCE) diminue vers zéro. Il y a un moment où le courant et la tension sont à leur maximum, causant une perte de puissance maximale. Cela se produit également lors de la commutation de ON à OFF. La perte de puissance maximale se produit pendant ces transitions, mais l'énergie dissipée est modérée en raison de la courte période de transition. À des fréquences basses, la génération de chaleur est gérable, mais à des fréquences élevées, une perte de puissance et de chaleur significative se produit.

Il est à noter que la génération de chaleur ne se produit pas seulement pendant les conditions transitoires, mais également pendant les conditions stables ON ou OFF du transistor, mais la quantité de chaleur pendant les conditions stables est assez petite et négligeable.