Contrôler les choses avec l'électricité

Mes premiers pas en Électronique

Les composants électroniques permettent de construire des objets intelligents, comme une lampe qui s'allume dans l'obscurité ou une porte qui s'ouvre automatiquement lorsqu'on s'en approche.

Dans cette section, vous découvrirez un nouveau composant qui vous aidera à construire de tels objets intelligents :

le transistor

Note si vous voulez souder de façon permanente les circuits de cette section vous pouvez utilisez

des Prises pour transistor (Transistor Sockets)

On soude les Prises pour transistor à l'emplacements des transistors. Ensuite on peut insérer et enlever facilement les transistors dans ces prises.

Les sections précédent vous a montré comment souder, et les projets de cette sections – un capteur tactile et une alarme qui vous réveille au lever du soleil – vous donneront l'occasion de vous entraîner davantage. Pour chaque projet, vous n'avez besoin que du transistor et de quelques composants supplémentaires.

Découvrez le transistor Voir aussi Transistor

Le transistor est le composant électronique le plus important, et si vous avez déjà entendu des passionnés de matériel informatique en parler, vous avez probablement remarqué qu'ils ont tendance à utiliser un vocabulaire complexe.

Pourtant, le transistor n'est pas vraiment difficile à comprendre ; en fait, vous avez déjà utilisé quelque chose qui en ressemble beaucoup !

Vous souvenez-vous du relais que vous avez découvert à la section Faire clignoter une lumière pour la première fois ?

Le transistor lui ressemble à bien des égards : c'est comme un interrupteur que l'on peut ouvrir et fermer à l'électricité.

Le transistor bipolaire est l’opérateur technique de base de fonctions de l’électronique telles que L’amplification ou la commutation. Il est obtenu en insérant un barreau semi-conducteur entre deux du type opposé. On obtient ainsi 2 possibilités :

Le transistor PNP (Positif, Négatif, Positif)
 

Le transistor NPN (Négatif, Positif, Négatif)

Les noms des 3 bornes ainsi constituées sont : la base (B), l’émetteur (E) et le collecteur (C). Les représentations symboliques des transistors nous informent sur leur type (PNP ou NPN) ainsi que sur le sens des courants.

Un transistor possède trois pattes.

Dans un transistor NPN standard, ces trois pattes sont appelées émetteur, base et collecteur.

On les retrouve souvent étiquetées e, b et c dans les schémas de circuit.

On active et désactive le transistor (c'est-à-dire qu'on ouvre et ferme l'interrupteur) grâce aux pattes de base et d'émetteur, et on connecte le circuit à contrôler entre les pattes de collecteur et d'émetteur.

Si vous regardez notre transistor d'exemple, face plate face à vous, la patte la plus à gauche est l'émetteur, la patte du milieu est la base et la patte la plus à droite est le collecteur.

Cependant, ce n'est pas le cas pour tous les transistors ; consultez donc toujours la fiche technique de votre transistor pour savoir quelle patte correspond à quelle autre.

Pourquoi utiliser un transistor ?

Si un transistor agit comme un interrupteur, vous vous demandez peut-être quand utiliser un transistor plutôt qu'un interrupteur.

Prenons l'exemple d'un ventilateur : s'il fait chaud dans votre pièce et que vous souhaitez l'allumer, vous devez actionner manuellement un interrupteur.

Mais si ce ventilateur faisait partie d'un circuit approprié, avec un transistor et quelques autres composants, vous pourriez le faire démarrer automatiquement lorsque la température de votre pièce dépasse 24 °C.

Pour ce faire, il faudrait un circuit capable de détecter la température et un autre capable d'allumer un ventilateur.

Imaginez maintenant un circuit de détection de température fournissant une tension lorsque la température est supérieure à 24 °C et aucune tension lorsque la température est inférieure.

Si vous connectiez un fil du ventilateur au collecteur d'un transistor NPN, l'autre fil du ventilateur à la borne positive de la batterie et l'émetteur du transistor à la borne négative de la batterie, le transistor commanderait la mise en marche du ventilateur.

Ensuite, vous pourriez connecter la sortie du circuit de détection de température à la partie de commande du transistor, c'est-à-dire la base et l'émetteur.

Dans un tel circuit, le ventilateur se mettrait en marche lorsque la température dépasserait 24 °C et s'arrêterait lorsqu'elle serait inférieure.

Voyons d'abord comment l'interrupteur du transistor se ferme.

Fonctionnement du transistor

Lorsqu'un faible courant circule de la base d'un transistor vers l'émetteur, le transistor ferme l'interrupteur, permettant ainsi au courant de circuler également du collecteur vers l'émetteur.

À la section Qu'est-ce que l'électricité ?, j'ai expliqué que la tension pousse le courant dans un circuit. Pour que le courant circule de la base à l'émetteur, une tension est nécessaire.

Lorsque le courant circule de la base à l'émetteur, un chemin de courant s'ouvre entre le collecteur et l'émetteur. Vous pouvez également contrôler la quantité de courant circulant entre le collecteur et l'émetteur en modifiant le courant circulant de la base vers l'émetteur.

Le type de transistor dont nous parlons est un transistor à jonction bipolaire de type NPN. Ce nom long décrit les matériaux qui le composent.

Son fonctionnement repose sur des notions de chimie et de physique avancées, mais il n'est pas nécessaire de tout connaître pour construire des circuits performants avec un transistor ; il suffit de connaître son rôle.

Ce qu'il est important de retenir pour l'instant, c'est qu'il existe différents types de transistors.

Pour chaque projet de transistor de Mes premiers pas en Électronique, utilisez simplement le type décrit dans la section « Liste de courses » et vos circuits fonctionneront parfaitement.

Et bien sûr, lorsque vous construisez des circuits en dehors de cette section, assurez-vous d'utiliser le type de transistor spécifié dans le schéma du circuit.

Contrôler une LED avec un transistor

D'autres projets de Mes premiers pas en Électronique ont utilisé ce circuit LED simple, équipé d'une résistance et d'une pile :

D’après ce que vous avez appris jusqu’à présent, que pensez-vous qu’il se passerait si vous placiez un transistor entre la résistance et la borne négative de la batterie ?

En l'absence de tension sur la base du transistor, ou sur la broche de commande, aucun courant ne circule de la base vers l'émetteur.

Cela signifie qu'aucun courant ne peut circuler entre le collecteur et l'émetteur, et la LED serait éteinte.

Mais si vous appliquiez une faible tension à la base, par exemple en y connectant une petite pile, le transistor laisserait passer le courant du collecteur vers l'émetteur, et la LED s'allumerait.

Un transistor qui laisse passer le courant est considéré comme passant ; un transistor qui ne le laisse pas passer est considéré comme bloqué.

La tension nécessaire pour rendre passant un transistor NPN est d'environ 0,7 V

(Ne pas dépasser cette tension pour la base sinon le transistor va sauter) ;

 un circuit comme celui-ci permettrait donc au courant de passer correctement pour allumer la LED :

Normalement, on ne connecte pas de pile à la base.

À la place, on connecte un autre circuit destiné à contrôler le transistor, comme un circuit photosensible qui fournit une faible tension lorsqu'il détecte de la lumière.

Un tel circuit active et désactive le transistor en fonction de la lumière.

Vous pouvez construire un circuit similaire pour contrôler des LED et d'autres composants.

Dans le prochain projet, je vous montrerai comment utiliser un transistor pour allumer une LED d'un simple effleurement du doigt.

Projet n° 14 : Construire un circuit tactile

Saviez-vous que votre doigt peut servir de résistance ?

Votre doigt a une résistance de quelques mégohms (MΩ), et c'est beaucoup !

Cette résistance varie cependant. Si votre doigt transpire, par exemple, elle diminue.

Dans ce projet, vous utiliserez votre doigt comme résistance pour compléter un circuit qui allume une LED, créant ainsi un capteur tactile.

Un capteur est un composant capable de mesurer des paramètres du monde qui vous entoure, comme la lumière ou la température.

Souvent, un capteur est une résistance dont la valeur varie en fonction de la luminosité, de la température ou d'autres grandeurs physiques que vous pourriez vouloir connaître.

Si vous connectez une résistance de quelques mégohms entre le pôle positif de votre batterie et la base du transistor de ce circuit, un faible courant devrait circuler de la base du transistor vers l'émetteur.

Ce courant devrait être suffisamment important pour activer le transistor et laisser passer un léger courant du collecteur vers l'émetteur.

Ce circuit comprend un transistor, une résistance, une LED et une pile, comme celui de la section précédente.

Cette fois, au lieu d'une pile séparée, vous connecterez la pile 9 V à la base du transistor avec votre doigt via une sorte de pavé tactile.

Ce pavé tactile se compose simplement de deux fils dénudés placés suffisamment près l'un de l'autre pour pouvoir les toucher simultanément avec votre doigt.

Attention : ne mettez pas en contact les deux fils dénuder, sinon le transistor va sauter

Notez qu'au lieu d'une résistance de 330 Ω avec la LED utilisée précédemment, ce circuit utilise une résistance de 100 Ω.

Souvent, la résistance de votre doigt est si élevée que le transistor ne s'allume pas complètement. Avec une résistance plus petite, vous devriez obtenir une LED lumineuse, même si la résistance de votre doigt est un peu élevée.

Liste de courses

Une pile standard de 9 V pour alimenter le circuit.

Une pince pour pile de 9 V pour connecter la pile au circuit.

Un Breadbord.

Une LED standard.

Deux morceaux de fil dénudé d'environ 2,5 cm de long chacun.

Vous pouvez également utiliser deux pattes découpées dans des composants d'autres projets.

Une résistance de 100 Ω pour limiter le courant de la LED.

Un transistor 2N3904.

Étape 1 : Placer les composants sur la carte de prototypage

Placez la LED, la résistance, le transistor et les fils dénudés sur la carte de prototypage, comme illustré.

Étape 2 : Branchez la batterie !

Maintenant, il vous faut de l'énergie !

Pour terminer, placer les fils de la clip de la batterie.

Étape 3 : Test du capteur

Touchez les deux fils dénudés simultanément avec votre doigt.

Votre LED devrait s’allumer.

Si vous ne voyez pas la LED briller, essayez d’éteindre la lumière de votre pièce ; la LED est peut-être simplement faible.

Si vous ne voyez toujours pas la LED briller, trempez votre doigt dans l’eau et réessayez, car le mouillage réduit sa résistance.

AVERTISSEMENT : Utilisez uniquement un doigt pour toucher les fils dénudés.

L’utilisation d’un objet à très faible résistance, comme un fil métallique, peut détruire le transistor.

Étape 7 : Que faire si le capteur tactile ne fonctionne pas ?

Si rien ne se passe lorsque vous touchez les fils, commencez par vérifier le sens de votre LED et de votre transistor.

Il est très fréquent d’inverser les broches de ces composants.

Reprenez donc l’étape 1 et assurez-vous qu’ils sont bien placés sur la carte de prototypage, conformément aux images.

Si la LED et le transistor sont correctement connectés, vous pouvez utiliser votre multimètre pour mesurer la tension entre la base et l'émetteur du transistor côté contrôleur, sans toucher le pavé tactile.

Réglez votre multimètre sur une plage de tension continue (20 V CC par exemple), puis connectez un câble multimètre à la borne de base et un autre à la borne d'émetteur, comme illustré.

Le multimètre devrait afficher une valeur autour de 0 V.

Placez ensuite votre doigt sur le pavé tactile et mesurez à nouveau la tension. Le multimètre devrait afficher environ 0,7 V.

Si le côté contrôleur du transistor est correct, vérifiez le côté interrupteur.

Mesurez la tension d'une borne à l'autre de la LED, sans toucher le pavé tactile.

Vous devriez voir 0 V sur le multimètre.

Placez votre doigt sur le pavé tactile et mesurez à nouveau ; la tension devrait alors être d'environ 1,7 à 2 V.

Si l'une des mesures du multimètre donne des valeurs incorrectes, vérifiez une nouvelle fois vos connexions par rapport au schéma électrique, en insistant sur les deux fils dénudés. Enfin, vérifiez vos soudures, recherchez les morceaux de fil ou de soudure qui pourraient s'échapper entre les bandes de cuivre et corrigez les connexions défectueuses.

Faites un essai : le capteur tactile peut-il détecter différents contacts ?

Essayez de toucher légèrement les deux fils dénudés et observez la luminosité de la LED.

Maintenant, essayez d'appuyer très fort.

Voyez-vous une différence ?

Demandez à un ami de répéter l'expérience.

La luminosité de la LED était-elle différente lorsque votre ami a touché les fils et lorsque vous les avez touchés ?

Si oui, cela signifie que la résistance du doigt de votre ami est différente !

En appuyant plus fort, la connexion entre les fils et votre doigt s'améliore, réduisant la résistance et facilitant ainsi la circulation du courant.

Voici une autre expérience amusante à essayer avec un ami : touchez vous-même l'un des fils et demandez à votre ami de toucher l'autre.

Ensuite, tenez la main libre de votre ami avec la vôtre.

Voyez-vous la LED s'allumer ?

Le courant passe alors de la batterie à travers vos deux corps avant d'atteindre le transistor.

Mais rassurez-vous : le courant est si faible qu'il n'est pas dangereux et vous ne ressentirez rien.

Si vous décidez de souder votre projet, il devrait ressemblé à l'image ci-dessous:

Résistances à valeur variable