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Topic: Tuto le transistor bipolaire ou MosFet simplifié (Read 30917 times) previous topic - next topic

_pepe_

#45
Aug 25, 2017, 12:20 pm Last Edit: Aug 25, 2017, 12:34 pm by _pepe_
- Au début j'ai publié en ODT et j'ai eu des demandes pour utiliser le format pdf.
ODT est à ma connaissance le seul format en service qui soit normalisé ISO
PFD est aussi une norme ISO depuis 2005.

Le format PDF/A (PDF for Archiving, ou ISO 19005) est basé sur l'ancien format PDF 1.4 qui, de fait, représentait déjà un standard.

Par ailleurs, l'ISO vient tout juste de sortir le format PDF 2.0 (ISO 32000-2).


Cela dit, le fait qu'un format soit normalisé ISO n'est pas forcément intéressant. Il est souvent préférable d'utiliser un format déjà répandu et pris en charge de façon pratique sur tous les systèmes.

C'est la raison pour laquelle je privilégie le format PDF (dans ses anciennes versions non encore normalisées) qu'on parvient à lire en ligne dans pratiquement n'importe quel navigateur web, contrairement au format ODT.

oui c'est plus ou moins vrai, la couverture 4G augmente bien mais il y a encore effectivement des zones blanches ou mal couvertes
Et il y a aussi les zones déjà en 4G mais qui cessent d'être couvertes durant des périodes plus ou moins longues pour des questions d'exploitation ou de problème de maintenance.

68tjs

Quote
PFD est aussi une norme ISO depuis 2005.
Oui je sais.
L'important pour moi est que le tuto soit modifiable simplement par n'importe qui.
Modifier un pdf est possible mais pas par tout le monde.
J'ajouterai  que le format odt, qui est compressé , occupe moins de place sur les serveurs arduino qu'un format pdf et que je prends soin des serveurs arduino (vous pouvez rigoler c'est de la mauvaise fois évidente).
La seule couillonnade c'est que le forum accepte moultes formats tordus mais pas odt, bon il suffit de zipper et zipper un fichier déjà zippé c'est vachement intelligent mais bon c'est comme cela.

De toute façon odt c'est mon choix et je ne changerai pas.





J-M-L

Pas de soucis - l'esprit du forum c'est la liberté de chacun - personne ne peut se plaindre du fait que vous prenez de votre temps pour partager votre savoir même si pour convenance personnelle çà ne nous convient pas dans ce format

Vraiment zéro soucis avec votre approche.
Please do not PM me for help,  others will benefit as well if you post your question publicly on the forums
Pas de messages privés SVP

bricofoy

moi aussi je préfère le ODT, pour les mêmes raisons que toi. D'ailleurs en parlant de formats libres, j'ai toujours trouvé étrange, voire choquant que les "sources" des cartes arduino (libres) soient faites avec eagle qui est propriétaire, et non avec kicad ou autres outils de CAD libre... (kicad étant à ce jour je pense le plus abouti, et de loin). Depuis le temps, je m'y suis habitué, mais bon...

bref, fin du HS. Juste un petit message pour dire que dans le tuto tu utilises des termes français partout sauf pour la "gate" du mosfet... pourquoi ne pas utiliser "grille" dans ce cas ?
-tu savais que si tu passe le CD de windows à l'envers, tu entends une chanson satanique ?
-non, mais il y a pire : à l'endroit, ça l'installe !

68tjs

Quote
sauf pour la "gate" du mosfet... pourquoi ne pas utiliser "grille" dans ce cas ?
Comme ils disent au Canard --> Pan sur le bec

Bon je n'ai jamais revendiqué d'être totalement cohérent, en tant qu'individu "normal" je revendique même le droit à une certaine dose d'incohérence.
Très bonne remarque néanmoins  je rectifierai à la prochaine modif

Merci

bricofoy

...en même temps je suis aussi en train de me dire que "source" et "drain" sont identiques en français et en anglais... donc "gate" ça fonctionne aussi, en fait ... :P
-tu savais que si tu passe le CD de windows à l'envers, tu entends une chanson satanique ?
-non, mais il y a pire : à l'endroit, ça l'installe !

_pepe_

#51
Oct 26, 2017, 09:52 am Last Edit: Oct 26, 2017, 09:54 am by _pepe_
Si l'on veut être cohérent, « une source » et « un drain » sont des termes bien français, dont on peut considérer que le sens correspond encore à ce qui se passe en électronique, contrairement au mot « gate » qui est absent de notre dictionnaire (on trouve en revanche « une gatte », qui est un terme de marine qui désigne une cloison particulière sur un navire).

Plutôt que faire (encore) un anglicisme en reprenant le mot « gate », il paraît préférable d'employer le mot « grille » qu'on utilise classiquement pour les transistors à effet de champ, par analogie avec la grille des tubes à vide.

Naphta

#52
Nov 23, 2017, 10:24 pm Last Edit: Nov 23, 2017, 10:29 pm by Naphta
Très bon guide, on en apprend beaucoup !

Je m'exerce donc à calculer les résistances à utiliser au niveau de B et au niveau de E pour un transistor.

Sur mon transistor il est inscrit "2N2222A H 331", je me fie donc à la datasheet :
http://www.next.gr/components-datasheets/2N2222.pdf

J'ai comme données :
Vcc = 4.5V
Vled = 2.8 MIN, 3.1 TYP, 3.6 MAX
Ic = 0.02 A = 20mA
Vcesat = 0.4V (et je pense que je me place à ce niveau, je n'arrive pas à correctement exploiter la courbe)

Ce qui me donne pour la résistance au niveau de l'émetteur :
Vre = 4.5 - (3.1 + 0.4)
Vre = 1V (tension au borne de la résistance côté émetteur)
Donc Re = 1 / 0.02 = 50 Ohm

Et pour la résistance au niveau de la base :
D'après la courbe, j'en déduis que hfe ~= 100
Donc si Ic = 0.02, Ib = 0.0002 A = 0.2 mA
On prend donc d'après le document Ib = 0.2 mA * 10 = 2mA
Pour la tension -> Varduino - Vbe = 3.3 - 1.3 = 2 V (pareil, je pense me planter, ce n'est pas très clair pour moi dans la datasheet)
Donc Rb = 2 / 0.0002 = 1k Ohm

Quelqu'un peut-il me dire comment lire la datasheet sur les 2 points où ce n'est pas très clair pour moi ?

Merci :)

_pepe_

#53
Nov 24, 2017, 01:58 am Last Edit: Nov 24, 2017, 09:43 am by _pepe_
La démarche n'est pas correcte (et il y a une erreur dans le dernier calcul).

Tout d'abord, il faut bien distinguer les deux principaux modes de fonctionnement du transistor, qui sont d'une part l'amplification linéaire et d'autre part la commutation.

Pour l'amplification linéaire, on polarise le transistor de sorte que son point de fonctionnement reste dans un zone dans laquelle l'évolution de IC en fonction de VCE est relativement linéaire et/ou le gain en courant hFE=IC/IB est élevé et/ou relativement constant (la caractéristique intéressante dépend du type de contre-réaction envisagée, mais aboutit toujours à choisir une valeur relativement élevée de VCE).

Pour le fonctionnement en commutation, le transistor est placé soit en état de blocage (comportement en interrupteur ouvert, IB=0 et IC=0) soit en état de saturation (comportement en interrupteur fermé, IB suffisamment élevé pour atteindre une tension VCE minimale). Une bonne « fermeture » du transistor correspond à un état de saturation avancé, dans lequel le gain en courant effectif IC/IB est faible (on utilise typiquement des valeurs de gain de 10 ou 20 sur des transistors dont le hFE vaut de une à plusieurs centaines en régime linéaire). Toutefois, dans certains cas de figure, il peut être avantageux de limiter la profondeur de saturation (à l'aide de diodes Schottky) afin d'augmenter la vitesse de commutation.


Pour allumer ou éteindre complètement une led, c'est le fonctionnement en commutation qui est mis en œuvre.

Il n'y a pas lieu de faire référence au gain en régime linéaire (hFE≈100) dans cette situation.

D'autre part, la résistance en série avec la led a pour but de limiter le courant direct IF=IC à une valeur qui respecte l'intégrité de cette dernière.

On doit par conséquent s'assurer que la limite de courant spécifiée par le constructeur de la led (ici 20mA) ne sera jamais dépassée même dans la situation la plus pessimiste, laquelle correspond à une valeur minimale de la résistance et à une tension maximale à ses bornes, c'est-à-dire à VCE du transistor et VF de la led minimales et à une tension d'alimentation Valim maximale.

On peut :
- soit calculer la résistance d'après les valeurs typiques puis s'assurer qu'elle convient encore dans la pire situation,
- soit calculer la valeur minimale de la résistance dans la pire situation, puis choisir une valeur supérieure en s'assurant que le courant restera suffisant dans les autres situations.

Si dans le pire des cas on a :
- VFmin=2,8V et IFmax=20mA pour la led,
- VCE(sat)min=0,03V à IC=20mA pour le 2N2222A (par extrapolation des courbes de la figure 2 de la datasheet que tu as indiquée)
- ValimMax=4,5V
alors la valeur de la résistance en série avec la led doit nécessairement être supérieure à :

  REmin = (ValimMax-VCE(sat)min-VFmin)/IFmax = (4,5-0,03-2,8)/0,02 = 83,5Ω

Ainsi, on pourra prendre à l'extrême limite une résistance RE normalisée de 84,5Ω±1%, de 86,6Ω±2,5%, de 91Ω±5% ou de 100Ω±10%.

Avec RE=91Ω et Valim=4,5V, typiquement avec VF=3,1V et VCE(sat)=0,05V on aura IF≈14,8mA dans la led, et dans le cas peu probable où l'on aurait VF=3,6V et VCE(sat)≈0,125V (*) on obtiendrait IF≈8,5mA.


Concernant le calcul de la résistance dans la base du transistor, on obtiendra une très bonne saturation en adoptant un gain proche de IC/IB=10, soit IB=2mA pour IC=20mA. Cette valeur de IB n'est pas critique et on peut se contenter d'une valeur proche (un peu plus grande) de la valeur calculée par :

  RB = (Varduino-VBE(sat))/IB

En pratique on doit s'attendre à une valeur de VBE(sat) comprise entre 0,55V et 1V environ (*). Le calcul donne RB=2,2kΩ pour VBE(sat)=0,55V et RB=2kΩ pour VBE(sat)=1V.

On pourra prendre RB=2,2kΩ±10%, car même dans le cas où VBE(sat)=1V on obtiendrait IB≥1,65mA, soit IC/IB≤12,1 , ce qui ne changerait pas foncièrement l'état de saturation attendu.

Puisque VBE(sat) est petite devant Varduino et que sa variation ne change pas grand chose au résultat, en principe on ne s'embête pas à regarder de près sa valeur, et on peut s'autoriser à faire un calcul « à la louche » en prenant par exemple VBE(sat)=0,8V.  Cette simplification ne s'applique pas lorsque IC est élevé et/ou la tension de commande trop proche de VBE(sat).

* : extrapolé d'après les données d'autres datasheets

NB : cette démarche n'est qu'un exemple donné à titre de démonstration. Une led 20mA est le plus souvent pilotée directement par la sortie de l'Arduino, et son alimentation par une source de tension externe de 4,5V à côté d'un Arduino alimenté en 5V ne s'avère pas forcément intéressante. De plus, dans l'éventualité peu probable mais néanmoins possible où le montage cumulerait tous les éléments menant à réduire IF (notamment si les 4,5V sont issus d'une pile alcaline dont la tension chute régulièrement durant la décharge), on pourrait vite arriver à une courant ridicule dans la led, du fait de sa tension directe VF incertaine et élevée par rapport à la tension disponible.


Comme je constate que ton post précédent concernait la réalisation d'une source de courant, je pense utile de préciser que dans ce type de montage, le transistor ne fonctionne pas en commutation et reste en principe non saturé.

Naphta

Merci de m'avoir expliqué ton raisonnement _pepe_ !

Effectivement je ne dois pas l'utiliser en commutation.

Du coup les calculs effectués sont seulement pour le cas de la commutation non ?

Si j'en reviens au calcul :  RB = (Varduino-VBE(sat))/IB
Et plus précisement mon cas réel : RB = (Vesp-VBE(sat))/IB
Vesp = 3.3 V
RB = ( 3.3 - 0.8 ) / 0.0002 = 1.25k Ohm

Je retombe à peu près sur la valeur précisée dans mon post précédent (1k Ohm).
La différence est la tension de seuil VBE(sat) que je n'ai pas réussi à lire (je n'y arrive toujours pas d'ailleurs, je ne comprends pas comment exploiter les 4 courbes correctement dans la datasheet).

La démarche n'est pas correcte (et il y a une erreur dans le dernier calcul).
Mais tu semblais dire qu'il y avait un problème dans ce calcul ?

La courbe est bien celle-ci ?



On doit par conséquent s'assurer que la limite de courant spécifiée par le constructeur de la led (ici 20mA) ne sera jamais dépassée même dans la situation la plus pessimiste...
Juste pour préciser : pour la LED, il est indiqué 20mA en fonctionnement mais 25mA max, donc dépasser les 20mA (21mA par exemple) ne doit pas être fatal

Pour répondre à ton "NB", pour l'instant je teste le tout avec une seule LED, c'est vrai que c'est ridicule de l'alimenter avec une source externe, mais c'est plus dans un but de comprendre les calculs des résistances en gardant le même montage, je réappliquerai ces calculs lors du montage final. La seule différence majeur qu'il y aura, sera la tension de la source externe.

Une dernière chose, on peut toujours se permettre de prendre VBE(sat)=0.8V même si Vesp=3.3V ?

Merci pour le coup de pouce :)

_pepe_

#55
Nov 24, 2017, 03:14 pm Last Edit: Nov 24, 2017, 03:33 pm by _pepe_
Du coup les calculs effectués sont seulement pour le cas de la commutation non ?
Oui

tu semblais dire qu'il y avait un problème dans ce calcul ?
Je parlais de cette erreur de calcul :

  RB = 2 / 0,0002 = 10 kΩ  et non pas 1 kΩ

D'ailleurs, ci-dessus :

  RB = ( 3,3 - 0,8 ) / 0,0002 = 12,5 kΩ et non pas 1,25 kΩ

mais avec une bonne saturation (IC/IB=10) on a bien :

  RB = ( 3,3 - 0,8 ) / 0,002 = 1,25 kΩ (prendre 1,2 kΩ)


La courbe est bien celle-ci ?
Oui.

En fait, il aurait fallu disposer de la courbe correspondant à la valeur de IC qu'on utilise, soit 20mA dans l'exemple. Comme cette courbe n'est pas proposée, il évaluer les points dont on a besoin d'après les courbes présentes, par interpolation et par un raisonnement sur les grandeurs traitées.

Ainsi, la courbe pour IC=20mA aura une allure assez proche de celle pour IC=10mA, et sera située à sa droite. Elle démarrera par un portion presque verticale à IB=1mA, suivi d'un arrondi et d'une pente jusqu'à un plateau vers IB=2mA avec un VCE(sat) un peu au-dessus du minimum atteint par la courbe IC=10mA. Ça pourrait donner quelque chose d'assez proche de ceci (en rouge) :



Pour des valeurs de IC plus importantes, la pente au démarrage deviendra plus marquée.
 
Juste pour préciser : pour la LED, il est indiqué 20mA en fonctionnement mais 25mA max
Dans ce cas, le calcul de résistance minimale doit être refait avec IC=25mA.

On pourrait se contenter du calcul avec IC=20mA, mais on voit qu'en fonction de la situation rencontrée cela pourrait mener à produire un courant IC plus faible (typiquement 14,8mA et au pire 8,5mA).

En se fixant IC=25mA comme limite, on peut espérer approcher les 20mA en situation typique.

Une dernière chose, on peut toujours se permettre de prendre VBE(sat)=0.8V même si Vesp=3.3V ?
Oui, même si VBE(sat) n'est plus vraiment négligeable par rapport à Vesp.

Mais dans le doute, on peut vérifier :
Le calcul avec IB=2mA et VBE(sat)=0,8V donne RB=1,25kΩ, et on prend la valeur normalisée RB=1,2kΩ.
• Pour VBE(sat)=1V et RB=1,2kΩ, on obtient IB=1,92mA.
• Pour VBE(sat)=0,55V et RB=1,2kΩ, on obtient IB=2,29mA.
On constate sur la courbe ci-dessus que dans ces deux cas on ne s'écarte pas beaucoup de la valeur de VCE(sat) prévue à IB=2mA.

Naphta

Je parlais de cette erreur de calcul :

  RB = 2 / 0,0002 = 10 kΩ  et non pas 1 kΩ
Effectivement, je me suis complétement planté en ne gardant pas le x10 :)

Sinon c'est un peu brutal ce que je vais dire mais, si tout ceci est applicable en commutation, et que je ne suis pas en mode commutation, ça me sert à "rien" non ? :)

Que faut-il changer dans les calculs pour faire la différence ?

Merci pour la courbe, je comprends comment faire maintenant.

On pourrait se contenter du calcul avec IC=20mA, mais on voit qu'en fonction de la situation rencontrée cela pourrait mener à produire un courant IC plus faible (typiquement 14,8mA et au pire 8,5mA).
Quel est le risque à tricher sur les résistances, si jamais on obtient 15mA avec les calculs au lieu de 20mA, et donc réduire la résistance afin d'avoisiner les 20mA ?

Encore merci pour tes réponses :)

68tjs

#57
Nov 24, 2017, 04:27 pm Last Edit: Nov 24, 2017, 04:30 pm by 68tjs
Bien compliqué pour juste allumer une DEL.

Il ne faut pas se prendre la tête avec des courbes de datasheet alors que comme on le verra toutes les données sont approximatives.
Comme je l'ai écrit dans mon tuto les explications que je donne ne sont valables que pour le mode "interrupteur"
C'est à dire transistor non commandé et transistor saturé.

Le fonctionnement linéaire est bien plus compliqué. Je l'avais abordé dans les premières éditions du tuto puis je me suis rendu compte que cela n'apportait rien pour le forum sinon des incompréhensions. Donc je l'ai supprimé.

Fonctionnement interrupteur :
Si on veut pinailler on peut se contenter de prendre le HFE du transistor, il n'y a pas besoin de prendre un HFE plus faible du moment que le transistor à ce qu'il lui faut.
On mesure le HFE du transistor et on calcule la résistance de base.
Toujours si on veut pinailler on mesure la valeur exacte du Vbe et on recalcule la résistance de base.

Une première mesure de confort serait de prendre la valeur min de HFE indiquée dans la datasheet.

Pourquoi prend-t-on un beta forcé ?
Si on le fait c'est  pour ne pas se prendre la tête.
Ce n'est ni une loi ni un théorème, on prend volontairement un HFE plus faible que la valeur min indiqué dans la datasheet et comme cela on est tranquille  -- > aucune vérification à faire.
Si je peux me le permettre c'est un principe de feignasse :smiley-mr-green: .

Note importante : Le coefficient pour le HFE forcé est très subjectif : on peut prendre de 1 au courant Ib max que peut supporter le transistor.
Si on peut je suggère de prendre un coefficient 10 mais ce n'est nullement une obligation.
Il faut s'adapter au circuit que l'on développe et aux sorties du microcontrôleur.
Ne pas oublier qu'un micro alimenté sous 5 V ne pourra pas donner en sortie plus de 4,5V si on lui demande de fournir 20 mA. La résistance interne des transistors de sorties fait en virons 25 ohms.


Il y a quand même une limite au beta forcé : saturer un transistor n'est pas sans inconvénient. Plus il sera saturé plus il lui faudra du temps pour se désaturer. Avec une del qui clignote cela ne se verra pas mais autant le savoir.
Donc comme toujours : faire fonctionner ses neurones et pieds sur terre et compromis.

Ne pas oublier qu'un Vbe n'a jamais fait exactement 0,7V, plutôt entre 0,65 V et 0,9V (et plus de 1V pour les transistors de puissance).
La valeur du Vbe dépend en priorité :
- du modèle de transistor
- du courant Ib
- de la température de la puce

Donc on prend 0,7V ou 0,8V mais c'est approximatif, comme le beta forcé, comme la tension aux bornes des DELS (qui sont des diodes et qui bougent en température comme le Vbe des transistors).

Et dernier point : pourquoi toujours 20 mA dans une DEL ?
C'est à croire qu'un illustre inconnu a écrit une fois 20 mA et que depuis tout le monde copie sans réfléchir.
A 10 mA une DEL classique est déjà bien lumineuse.
Il  existe des Del qui à 5mA sont aussi lumineuses que des classiques à 20 mA, dommage de ne pas les utiliser.


Attention ici c'est pour les nouveaux tutos ou pour compléter ou signaler des erreurs dans les tutos existants.

Pour les projets personnels merci de retourner dans le forum principal.

Naphta

Donc on prend 0,7V ou 0,8V mais c'est approximatif, comme le beta forcé, comme la tension aux bornes des DELS (qui sont des diodes et qui bougent en température comme le Vbe des transistors).
En fait pour l'instant je ne fais que dans l'approximatif, j'ai mis une résistance à la base et une résistance au collecteur, et j'adapte leur valeur pour obtenir du 20mA. Je souhaitais donc avoir quelque chose de plus concret c'est pourquoi je me suis intéressé à ces calculs mais si ça n'est pas vraiment nécessaire, je vais continuer à jour avec l'approximation.

Et dernier point : pourquoi toujours 20 mA dans une DEL ?
C'est à croire qu'un illustre inconnu a écrit une fois 20 mA et que depuis tout le monde copie sans réfléchir.
A 10 mA une DEL classique est déjà bien lumineuse.
Il  existe des Del qui à 5mA sont aussi lumineuses que des classiques à 20 mA, dommage de ne pas les utiliser.
Parce que c'est marqué dans la datasheet, j'y peux rien, faut voir ça avec les fabricants.
Puis en testant, il se trouve que la luminosité à 10mA et à 20mA n'est pas la même.

68tjs


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