Un transistor bipolaire en interrupteur
Un petit transistor NPN comme le 2N2222, le BC337 ou le 2N3904 permet à une broche de microcontrôleur (Arduino, ESP32, Raspberry Pi Pico) de commander une bobine de relais, un ruban LED ou un petit moteur. Pour bien jouer son rôle d’interrupteur, le transistor doit être saturé : complètement passant, avec seulement 0,1 à 0,3 V à ses bornes. Il faut pour cela assez de courant de base, fixé par la résistance de base.
Les formules
- Courant de base nécessaire : I_b = I_c ÷ h_FE(min) × facteur de surcommande
- Résistance de base : R_b = (U_entrée − U_be) ÷ I_b
On utilise le h_FE minimal de la fiche technique, au courant de collecteur réel, car le gain varie beaucoup d’un exemplaire à l’autre et avec la température. Un facteur de surcommande de 3 à 10 garantit la saturation ; beaucoup de concepteurs visent un gain forcé I_c ÷ I_b d’environ 10 à 20.
Exemple
Commuter une charge de 100 mA depuis une broche 5 V avec h_FE(min) = 100 et un facteur 5 demande 5 mA de courant de base : R_b = (5 − 0,7) ÷ 0,005 = 860 Ω. La valeur normalisée inférieure, 820 Ω, donne 5,24 mA, un gain forcé de 19 et 22,5 mW dans la résistance.
Vérifier la broche de commande
- La plupart des broches de microcontrôleur fournissent 10 à 20 mA au plus, et bien moins au total sur l’ensemble des broches.
- Une broche 3,3 V demande une résistance plus faible : (3,3 − 0,7) ÷ 0,005 = 520 Ω, donc 470 Ω.
- Au-delà de quelques centaines de milliampères, le courant de base devient important : un Darlington, un MOSFET logic level ou un circuit de commande comme l’ULN2003 conviennent mieux.
À ne pas oublier
- Placez une diode de roue libre aux bornes des bobines de relais et des moteurs pour absorber la surtension à l’ouverture.
- Ajoutez une résistance de 10 à 100 kΩ entre base et masse pour que le transistor reste bloqué pendant le démarrage du microcontrôleur.
- Le transistor dissipe environ U_ce(sat) × I_c : peu quand il est saturé, beaucoup s’il n’est qu’à moitié passant.
- Pour un PNP en commutation côté positif, le même calcul s’applique avec la base tirée vers le bas.
Les valeurs normalisées
Les résistances se vendent selon la série E12 (1,0 ; 1,2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,2 ; 2,7 ; 3,3 ; 3,9 ; 4,7 ; 5,6 ; 6,8 ; 8,2 et leurs multiples de 10). On prend la valeur juste en dessous du calcul pour garder un courant de base suffisant.