Le transistor en amplificateur
Le transistor est un élément fondamental en électronique. Un circuit intégré n’est qu’un assemblage de transistors et de résistances dans le même boîtier.
les fonctions du transistor sont multiples. Nous allons voir une fonction très importante : l’amplification.
Par quel miracle un signal électrique se trouve amplifié ? En réalité, c’est simple et s’explique par la loi d’ohm.
(une petite blagounette en passant : monsieur ohm est invité dans une soirée, et un convive lui dit : ‘ vous allez bien nous shunter quelque chose’ !)
Nous allons prendre pour exemple un transistor NPN, très courant.
Le transistor NPN a son collecteur vers le + alimentation, pour le PNP, les polarités sont inversées, mais le fonctionnement est identique.
Nous allons examiner le schéma classique d’un amplificateur avec un transistor, et nous allons calculer les différentes tensions et le gain d’amplification.
Valeur des éléments :
R1 = 1 K R2 = 100 ohms R3 = 9 K R4 = 1 K
Les valeurs ont été choisies pour faciliter les calculs.
Nous allons alimenter le montage en 12 volts, le + sur la ligne du haut, le moins sur la ligne du bas.
Il va s’établir un courant entre la base et l’émetteur, le courant de base, et un autre du collecteur vers le moins, appelé le courant collecteur.
Le courant de base est très faible, tellement faible que nous allons le négliger dans nos calculs.
Le courant collecteur va traverser R1, le transistor du collecteur vers l’émetteur, puis R2.
Calculons maintenant les tensions sur les broches du transistor. Je rappelle que nous ne tenons pas compte du courant de base.
Commençons par la tension de base :
R3 et R4 forment un diviseur de tension. nous avons donc 12 v divisé par (9+1) et multiplié par 1 = 1,2 Volt
Dans un transistor fonctionnant normalement, la tension base/émetteur est de 0,6 V.
La tension sur l’émetteur sera donc 1,2 moins 0,6, soit 0,6 V
Il y a donc 0,6 V aux bornes de R2
L’intensité est identique dans tous les éléments d’un circuit en série.
Le courant circulant dans R2 est donc le courant collecteur.(plus celui de base, négligeable)
Le calcul est simple : I= U/R, donc 0,6/100 = 0,006A (6 milliampères)
Calculons maintenant la tension aux bornes de R1
Le courant qui la traverse est le courant collecteur, soit 0,006 A
La tension à ses bornes est donc U= R x I = 1000x 0,006 = 6 V.
La tension sur le collecteur sera 12 V (la tension d’alim) moins 6 V (aux bornes de R1) = La tension collecteur est de 6 V.
Nous allons maintenant appliquer une impulsion positive de 0,1 V sur la base.
La tension base devient 1,2 V + 0,1 = 1,3 V
La tension émetteur devient 1,3 V – 0,6 = 0,7 V
I collecteur devient 0,7 V / 100 ohms = 0,007 A
La tension aux bornes de R 1 devient 1000 x 0,007 = 7 V
Et donc, la tension sur le collecteur devient 12 -7 = 5 V (au lieu de 6 V précédemment).
On constate ainsi qu’une impulsion positive de 0,1 V se traduit par une impulsion négative de 1 V sur le collecteur.
Il y a donc un gain de x 10 et une inversion du signal.
Pour conclure, je vous dirai que j’ai détaillé toutes les mesures pour faciliter la compréhension. Mais en pratique, dans ce genre de montage, il suffit de diviser la valeur de la résistance de collecteur par celle d’émetteur pour connaître le gain en tension. Dans notre cas, 1000/100 = gain de 10.