Quand ce dernier est fermé, le courant circule et la lampe est allumée.

Quand il est ouvert, la lampe s'éteint.

Dans la figure 18-b, la lampe et l'interrupteur sont branchée en parallèle.

Quand on ferme l'interrupteur, la lampe s'éteint.

Quand il est ouvert, la lampe est allumée.

Le résultat de fonctionnement est l'inverse de celui du montage précédent.

D'autre part, quand l'interrupteur est fermé, si on ne place pas en série une résistance R, la tension d'alimentation VCC se trouve court-circuitée.

En électricité, comme en électronique, le court-circuit est à éviter !

Il est nécessaire aussi de prévoir une tension VCC supérieure à la tension de la lampe, car pour que cette dernière soit allumée, la tension VCC doit être égale à la tension de fonctionnement de la lampe, plus la chute de tension dans R.

Par contre, ce montage présente une caractéristique intéressante : la ligne commune de potentiel.

Dans le cas d'association de fonctions logiques réalisées avec des transistors, ceci permet la conception de modules, représentant chacun une fonction élémentaire et de les disposer bout à bout, le signal de sortie de l'un et le signal d'entrée de l'autre ayant un même potentiel de référence électrique.

Le circuit de la figure 18-a sera utilisé de préférence en fin de montage, pour alimenter l'organe de sortie, qui concrétisera les opérations logiques effectuées en amont.

Sur la figure 18-c, ce circuit est la transposition, à transistor, de celui de la figure 18-a.

La figure 18-d représente la transposition à transistor du montage de la figure 18-b.

La figure 19 représente les cas plus généraux. Il ne s'agit plus de la lampe, mais d'une résistance de charge RL (L = load = charge).

La résistance de collecteur est repérée par RC.

Examinons ce qui se passe dans le circuit de la figure 19-a, où la résistance de charge est confondue avec celle du collecteur RC.

En règle générale, il faut bien partir de données connues et dans cet exemple, on suppose que nous connaissons la tension nécessaire au fonctionnement du récepteur RL et, soit son courant, soit sa résistance.

Cette tension détermine approximativement la valeur de la tension d'alimentation VCC :

VCC = VRL + VCE sat.

La tension VCC et le courant IRL qui devient courant collecteur, permettent le choix du transistor.

Quand le transistor est bloqué (interrupteur ouvert) la tension à ses bornes VCE est la suivante :

VCE = VCC - (RL x ICBO)

Il faut se souvenir que le transistor n'est pas un interrupteur parfait et qu'en l'absence de polarisation de la jonction émetteur-base, circule dans le collecteur, le courant inverse ICBO de la jonction collecteur-base.

Pour le tracé de la droite de charge, on suppose le transistor comme un interrupteur parfait et la tension devient : VCE = VCC

Quand le transistor est saturé (interrupteur fermé), le courant qui traverse le circuit est donné par la relation :

IC = (VCC - VCE SAT) / RL

Dans le cas de la droite de charge, on néglige la tension VCE de saturation (certains transistors de commutation ont une tension de déchet inférieure au 1 / 10ème de volt).

Par conséquent :

IC @ VCC / RL

Portons ces deux valeurs sur le réseau du quadrant 1, représentant la caractéristique de sortie d'un transistor dont nous savons désormais qu'il devra supporter une tension égale à VCC et un courant IRL = IC.

Sur la figure 20, la droite D qui relie ces deux valeurs, s'appelle la droite de charge.

Le courant IC qui circule dans RL quand le transistor est saturé correspond, d'après le réseau, à un courant base IB. Nous connaissons la relation :

IC = bIB    (b = h21E = gain en courant)

Dans le cas de la figure 20, cette relation n'est plus vérifiée car :

IC < bIB   ou   IB > IC / b

Cette relation vérifie bien que nous sommes en régime de saturation. Toute variation de IB n'entraîne plus une variation de IC dans le rapport b.

En commutation, sans signal à l'entrée, le point de fonctionnement se situe en A. Avec un signal à l'entrée, le point de fonctionnement passe en B.

Le passage transitoire de A à B doit s'effectuer le plus rapidement possible. Pour l'instant, nous considérerons qu'il s'effectue instantanément. 

L'inverse, c'est-à-dire le passage de B vers A, doit se faire dans les mêmes conditions.

Le courant IB, déterminé sur le réseau de sortie, nous apporte un élément important se rapportant au signal d'entrée, c'est-à-dire au signal de sortie du circuit précédent.

En partant du quadrant 4 qui représente la caractéristique de transfert inverse, on tirera, pour le VCE SAT en question, la valeur de VBE en fonction du courant IB précédemment trouvé.

Nous sommes en possession des caractéristiques du signal V1, qu'il faut appliquer à l'entrée pour obtenir le point de fonctionnement B (c'est-à-dire le courant IB sous la tension VBE)

Le point A est obtenu pour une tension d'entrée VBE nulle, donc un courant IB nul.

Venons en à la figure 21 dans laquelle apparaissent les résistances R1 et R2.

Elles sont montées en pont diviseur de tension, car on utilise la tension VCC pour obtenir VBE.

Dans R1, circule le courant IP, du pont diviseur, plus le courant base IB :

VR1 = R1 x (IP + IB)

Dans R2, circule le courant pont IP, la tension VR2 est connue puisqu'il s'agit de VBE :

VR2 = VBE = R2 x IP

Pour des raisons de stabilité du point de fonctionnement, on prend un courant pont IP égal à 10 fois le courant base IB (écart de IB dû à la dispersion du gain en courant ou à une variation de température).

IP = 10 IB

Par conséquent, dans R1 circule onze fois le courant base et la valeur ohmique de chacune de ces résistances est la suivante :

R1 = (VCC - VBE) / (11 x IB)

R2 = VBE / (10 x IB)

Quand l'interrupteur i est ouvert, la tension VBE apparaît aux bornes de R2, le courant IB est injecté dans la base du transistor. Le courant IC circule dans RL.

Nous nous trouvons sur la droite de charge au point B. Le transistor est saturé. Pratiquement, toute la tension VCC se trouve aux bornes de RL, alors que la tension VCE est presque nulle.

Quand l'interrupteur i est fermé, la tension VBE disparaît, le courant IB est nul entraînant l'annulation de IC (à ICBO près).

Nous nous trouvons sur la droite de charge, au point A. Le transistor est bloqué. Toute la tension VCC est transférée entre collecteur et émetteur du transistor, la tension aux bornes de RL est pratiquement nulle.

Revenons au montage de la figure 19-b et examinons son fonctionnement. Pour cela, il faut connaître :

      la droite de charge du montage qui est construite en considérant le transistor comme un interrupteur parfait.

     les limites, sur cette droite de charge, du point de fonctionnement en commutation (bloqué ou saturé), le transistor étant considéré comme un interrupteur non parfait.

Dans ce type de montage, nous savons que la tension VCC doit être supérieure à la tension nécessaire au récepteur constitué par RL.

Cette valeur minimale de VCC est déterminée par :

VCC = VL + (RC x IL)

Il est bien évident que nous connaissons VL et IL donc RL.

Le choix de RC nous permet avec IL de définir VCC et éventuellement de prendre une autre valeur pour RC afin de ne pas aboutir à une tension VCC trop élevée.

Le choix de RC conditionne la valeur de IC en considérant le transistor comme un interrupteur parfait.

IC = VCC / RC                     1

Toujours en partant des mêmes considérations, nous pouvons trouver VCE :

VCE = VCC - (RC x IL)        2

Il faut noter que :

VCC - (RC x IL) = VL

Le courant IC et la tension VCE permettent le choix du transistor.

Ce choix étant fait, on dispose de la caractéristique de sortie sur laquelle on reporte les valeurs 1 et 2 qu'il suffit de relier pour obtenir la droite de charge.

Maintenant, nous allons chercher les limites de fonctionnement en ne reconsidérant plus le transistor comme un interrupteur parfait.

A l'état saturé, le courant IC devient :

IC = (VCC - VCE SAT) / RC

En considérant, sous la tension VCE SAT, le courant dans RL comme négligeable.

A l'état bloqué, la tension VCE devient :

VCE = VCC - [ (RC x IL) + (RC x ICBO) ] = VCC - RC (IL + ICBO)

La figure 22-a, illustre la caractéristique de sortie d'un transistor sur laquelle nous avons porté ces valeurs.

Comme précédemment, nous déduisons, à partir de ce réseau, le courant IB, puis du quadrant 4 la tension VBE correspondante en fonction du VCE SAT.

La figure 22-b représente le montage avec son circuit de commande R1, R2 et i (identique à celui de la figure 21).

Nous savons calculer R1 et R2 car il s'agit du même raisonnement que pour le montage précédent.

La présence d'un courant base engendre un courant de collecteur.

Le courant base est la conséquence d'une tension VBE qui polarise la jonction base-émetteur dans le sens passant.

Dans ce type de montage, émetteur commun (figure 22-b), on récupère le signal de sortie entre collecteur et émetteur (tension VCE). 

Entre l'entrée et la sortie, il y a inversion du signal. On dit que le montage E-C (émetteur commun) est déphaseur.

Sur la figure 22-a, la droite en pointillé représente la droite de charge que l'on obtiendrait si RL était supprimée.

La figure 23 illustre les limites de fonctionnement du transistor.

La droite 1 détermine, dans la zone de saturation, la tension de déchet au-dessous de laquelle, pour un IC donné, on ne pourra pas descendre.

La droite 2 détermine, dans la zone de blocage, le courant résiduel ICBO au-dessous duquel, pour un VCE donné, on ne pourra pas descendre.

La courbe 3 informe sur la puissance maximum que le transistor peut dissiper.

Les droites a et b correspondent aux valeurs limites que peut prendre la droite de charge.

      a correspond à une RC infinie (valeur ohmique infinie : résistance coupée).

      b correspond à une RC nulle (valeur ohmique nulle : résistance en court-circuit). Cette droite ne peut être atteinte pratiquement sans destruction du transistor ou de l'alimentation VCC.

Nous venons de survoler le problème concernant le transistor en commutation (fonctionnement en interrupteur). Le but de cette leçon n'est pas l'étude des montages à transistors, mais de fournir une connaissance suffisante pour aborder la réalisation de processus logiques en partant d'un matériel qui a ses limites physiques et, par conséquent, de scinder les écueils dûs à une mauvaise interprétation logique et ceux dus à des aléas inhérents à la technologie.

La réalisation pratique d'un montage doit toujours comporter au moins deux phases :

• une phase logique pure et théorique

• une phase pratique impliquant la connaissance de la technologie employée.

Ces deux étapes sont aussi importantes l'une que l'autre.

La seconde est trop souvent escamotée et un grand nombre de déboires lui sont imputables.

Les constructeurs mettent à la disposition des techniciens des notices relatives aux paramètres des circuits qu'ils fabriquent, il faut en prendre connaissance.

Le transistor n'est pas seulement utilisé en commutation mais aussi pour les montages analogiques, dans la zone linéaire (amplification), c'est-à-dire en dehors des zones de saturation et de blocage.

A ce sujet, dans notre cas, le passage d'une zone à l'autre (du point A au point B sur la droite de charge) ne s'effectue pas instantanément, mais avec une vitesse finie, consécutive à certaines capacités parasites.

Ce trajet emprunte la zone linéaire d'amplification qui constitue un inconvénient en commutation, et plus le temps de transit est court, plus nous minimisons cet inconvénient (celui-ci se traduit par une dégradation des fronts montants et descendants du signal, ainsi qu'une sensibilité accrue, à ce moment là, aux parasites extérieurs).

Cette limitation de la vitesse est liée, entre autre, à deux capacités parasites : Cbe et Ccb.

Ces capacités sont celles des jonctions du transistor. Cbe est attribuée à la jonction base-émetteur, Ccb à la jonction collecteur-base.

La résistance interne rbb de la base (constituée par la zone de semi-conducteur de la base et le contact ohmique de celle-ci) et les capacités précitées constituent des constantes de temps qui retardent le départ d'un point vers l'autre et freinent la vitesse de déplacement sur la droite de charge.

Le transistor bipolaire est employé pour les opérateurs logiques dans les technologies dites :

      RTL : (logique à résistance - transistor)

      DTL : (logique à diode - transistor)

      TTL : (logique à transistor - transistor).

Cette dernière est utilisée pour sa rapidité mais sa consommation et sa dissipation ne permettent pas une intégration très poussée. Aussi a-t-on recours à un autre type de transistor, dont le fonctionnement est un peu différent et que l'on nomme : transistor à effet de champ.

C'est ce dernier que nous examinerons dans la prochaine leçon technologie 2.

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