Expérience 10 : un interrupteur à transistor

Procurez-vous :

• 1 adaptateur secteur, 1 plaque de montage, 1 fil et 1 multimètre
• 1 LED
• Des résistances diverses
• 1 bouton-poussoir SPST
• 1 transistor 2N2222, ou équivalent
• 1 potentiomètre linéaire d’1 mégaohm

Un transistor peut interrompre le passage du courant électrique, tout comme un relais. Mais il est bien plus sensible et versatile, comme vous le verrez dans cette première expérience élémentaire.

Figure 2-83. Un transistor se présente sous la forme d’un demi-cylindre en plastique noir ou d’un cylindre en métal. Consultez la fiche technique du fabricant pour repérer les trois broches par rapport à la
partie plate d’un transistor en plastique ou à l’ergot d’un transistor métallique.

Figure 2-84. Le transistor 2N2222 peut se présenter sous différentes formes. À
gauche : un modèle Fairchild ; à droite : un
modèle STMicroelectronics (notez le petit ergot en bas à gauche). Si vous choisissez une autre marque, reportez-vous bien à la fiche technique du fabricant. Insérez le
transistor dans la plaque de montage avec le côté plat dirigé vers la droite, ou l’ergot pointé vers le bas et vers la gauche (voir
ci-dessus).

Nous allons commencer avec le transistor 2N2222, le semi-conducteur le plus largement utilisé (créé en 1962 par Motorola, il n’a jamais cessé d’être fabriqué).

La période de brevetabilité du 2N2222 ayant expiré, n’importe quelle société peut fabriquer son propre modèle. Les transistors se présentent sous la forme d’une pièce en plastique noir ou d’un petit cylindre métallique (fig. 2-83). Le transistor se compose d’un morceau de silicium divisé en trois parties : le collecteur, la base et l’émetteur. Le collecteur reçoit le courant, qui sera contrôlé par la base, puis transmis par l’émetteur.

Utilisez votre platine de montage pour assembler le circuit illustré à la fig. 2-85. Veillez à placer correctement le transistor (fig. 2-84). Si vous disposez d’un des transistors en plastique mentionnés dans la liste du matériel, veillez à orienter le côté plat vers la droite ; si vous avez opté pour un transistor en métal, placez l’ergot vers le bas et vers la gauche.

Figure 2-85. Le transistor bloque le courant qui lui arrive via R1. Quand vous appuyez sur le bouton-poussoir S1, le transistor autorise alors le passage du courant. Notez que les transistors sont toujours
identifiés par la lettre Q dans les schémas de câblage.
S1 : bouton-poussoir à action momentanée, OFF (ON)
R1 : 180 Ω
R2 : 10K
R3 : 680 Ω
Q1 : 2N222 ou équivalent
D1 : LED

Figure 2-86. Voici le même circuit que dans
le schéma de la plaque de montage de la
fig. 2-85.

Au départ, la LED doit être sombre, car elle est éteinte. Appuyez sur le boutonpoussoir : la LED doit alors émettre une lumière vive. L’électricité emprunte ici deux chemins. Reportez-vous au schéma de la fig. 2-86, qui montre le même circuit, mais de façon plus claire. J’ai placé la borne positive de l’alimentation en haut et la borne négative en bas, comme dans la plupart des schémas, parce que cela permet de clarifier le fonctionnement de ce circuit particulier. Si vous regardez le schéma de côté, la similitude avec le montage sur la plaque est plus aisée à établir.

Via R1, la tension atteint la broche supérieure (le collecteur) du transistor, qui autorise seulement le passage d’un courant extrêmement faible. De ce fait, la LED reste éteinte. Quand vous appuyez sur le bouton-poussoir, la tension s’applique différemment, via R2, jusqu’à la broche médiane (la base) du transistor. Le transistor reçoit l’ordre de fermer son interrupteur à semi-conducteur et autorise le courant à passer dans la troisième broche (l’émetteur), via R3, jusqu’à la LED.

Vous pouvez utiliser le multimètre en mode Volts CC pour vérifier la tension à différents points du circuit. Lorsque vous placez la sonde positive sur les broches supérieure, médiane et inférieure du transistor, évitez que la sonde négative du multimètre ne touche la source de tension négative. Quand vous appuyez sur le bouton, la tension doit changer.

Commutation du bout du doigt

Voici maintenant une expérience encore plus remarquable. Enlevez R2 et le bouton-poussoir, et insérez deux petits morceaux de fil (fig. 2-87). Le fil supérieur est connecté à la source de tension positive et le fil inférieur à la broche médiane du transistor (la base). À présent, touchez les deux fils du bout du doigt. Une fois encore, la diode doit s’allumer, bien que moins vivement que précédemment. Léchez ensuite le bout de votre doigt et réitérez l’expérience : la diode doit émettre une lueur plus brillante.

Le doigt achemine une tension positive jusqu’à la base du transistor. Même si votre peau offre une résistance élevée, le transistor continue de répondre. Il ne se contente pas d’allumer ou d’éteindre la diode : il amplifie le courant appliqué à sa base. C’est là un concept essentiel : un transistor amplifie toute modification du courant appliqué à sa base. Reportez-vous à la fig. 2-88 pour mieux comprendre ce qui se passe.

Si vous avez lu l’encadré « Charges positives et négatives » du chapitre 1 (voir page 35), vous avez appris qu’il n’existe pas de tension positive à proprement parler. En réalité, il y a soit une tension négative, créée par la pression des électrons libres, soit une absence de tension négative, là où se trouvent moins d’électrons libres. Mais la théorie du flux d’électricité allant du côté positif au côté négatif a été si universellement admise jusqu’à la découverte de l’électron que nous pouvons continuer à prétendre que l’électricité va du positif vers le négatif. D’autant que le fonctionnement interne d’un transistor implique des « trous » correspondant à une absence d’électrons et pouvant être considérés comme positifs (voir « Tout sur les transistors NPN et PNP »).

Figure-2-87

Figure 2-88. Ces deux schémas utilisent les
mêmes composants que précédemment, avec le bout du doigt en guise de résistance R2. Même si un simple filet d’électricité
atteint la base du transistor, il suffit à
provoquer la réponse du composant.