Commutation simple d'un 2N2222

[Yoruk]

Bonjour à tous,

Je me permet de solliciter votre aide pour un petit problème qui je pense doit être facile à résoudre.

voilà, je cherche à fabriquer une carte comportant 2 transistors en commutation pour alimenter de petits moteur CC.

Cette carte est destinée à être utilisée avec une carte Arduino (sorties logiques en 0..5v). L'idée est de remplacer les (couteux) petits relais que j'utilise à présent et aussi pourquoi pas envisager des vitesses de commutation plus importantes.

Je me suis inspiré des infos données ici : http://www.sonelec-musique.com/elect...ransistor.html

J'ai donc sélectionné un transistor 2N2222 (datasheet : http://pdf1.alldatasheet.com/datashe...PS/2N2222.html)

Et j'ai envisagé le montage suivant : comme vous pouvez le voir, j'aimerai aussi qu'une led s'illumine lors de la commutation. Et j'ai réalisé un montage en masse commune.



Mes questions sont :

-déjà, ce montage est il réalisable (je pense surtout au courant traversant la led, voir point suivant)

-comment dimensionner la résistance R1 ? J'ai très bien compris qu'elle sert à limiter le courant qui va commuter le transistor, mais en faisant attention qu'il ne suit pas trop faible non plus. J'ai recherché sur la datasheet, je n'ai rien trouvé sur le courant de base... Et sachant que ma led consomme 20 mA, ce courant est-il compatible avec la commutation du transistor ?

-le choix du transistor peut-il être amélioré (j'ai vu qu'il pouvait circuler jusqu'à 800 mA) en termes de performances (courant plus important.. ?) ou de prix ?

-aucun problème pour relier la masse de l'arduino à la masse de l'alim 12v (qui est fournie par un transformateur "universel") ?


Merci d'avance pour votre aide et vos conseils.

Yoruk
-----

[jiherve]

Bonjour,
Avec 20ma dans la base c'est sur il va commuter mais c'est un montage shadock.
Si tu dois commuter 800ma le 2222 ne va pas aimer bien longtemps il faut un transistor beaucoup plus puissant , un MOS cela serait le mieux.
Place ta LED avec une résistance en série en // sur le moteur et surtout n'oublie pas une diode de roue libre en inverse sinon le transistor et la led fumeront.
JR

[Yoruk]

Merci te des précisions.

La diode de roue libre, je la met en // du moteur ?

Et que me conseilles tu comme transistor NPN MOS ?

Du coup, enlever la led au niveau de la base du transistor me simplifie la vie pour dimensionner la résistance qui lui est liée. Je pourrais trouver un courant optimal de base dans la datasheet du transistor ?

Merci.

[nornand]

bsr:
tu pars a l'envers !

de combien de courant a besoin ton moteur ?
de la tu dimentionne le transistor (qui pourra encaisser le courant moteur + 50% =
de la tu dimentionne la résistance de base
et la led avec sa résistance viennent en // du moteur

quand tu achetes du grillage , tu achetes d'abord le grilllage et en suite tu mesure la longeur du mur ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Yoruk]

Très bien.

Mon alim cc ne peut débiter que 650 mA. Le moteur CC est minuscule et est équipé d'un réducteur. Il ne devrait à priori pas tirer 10A.

donc pour être sur, je choisis un transistor NPN avec un courant max de 1A. (Euhhh... comment faire pour trouver ? Un MOS il y en a des tas sur elec diff. )

Sur la page indiqué plus haut, le détail du calcul de la résistance est donné. Il me suffit d'avoir le gain du transistor.

La résistance de led, pas de pb.

Mais la diode de roue libre alors, je la met où ?

Cf nouveau schéma :





Dès que j'ai le transistor, je pourrais effectuer les calculs des résistances....

quand tu achetes du grillage , tu achetes d'abord le grilllage et en suite tu mesure la longeur du mur ?

Si tu savais.

[PA5CAL]

Bonjour

Mon alim cc ne peut débiter que 650 mA. Le moteur CC est minuscule et est équipé d'un réducteur. Il ne devrait à priori pas tirer 10A.

Attention de ne pas tirer de conclusions trop hâtives.

Un moteur CC à l'arrêt a une résistance interne excessivement faible, et il peut tirer un courant important tant qu'il n'a pas atteint une vitesse acceptable. Par ailleurs, une alimentation de 12V/650mA peut contenir en sortie un condensateur de filtrage d'une valeur élevée, et peut donc parfaitement délivrer, si les conditions s'y prêtent, un courant de plusieurs ampères durant un court instant.

Bref, ton 2N2222 n'est pas forcément à l'abri d'une surcharge qui l'endommagerait ou le détruirait.

donc pour être sur, je choisis un transistor NPN avec un courant max de 1A. (Euhhh... comment faire pour trouver ? Un MOS il y en a des tas sur elec diff. )

Un transistor NPN est un transistor de type bipolaire, il est commandé par une courant. Un transistor MOS est un transistor à effet de champ, et il est commandé par une tension. Ces deux types de transistors sont très différents, et il ne faut pas les confondre.

Sur la page indiqué plus haut, le détail du calcul de la résistance est donné. Il me suffit d'avoir le gain du transistor.

Le gain en courant n'intervient pas dans ce type de montage où le transistor fonctionne en saturation (i.e. comme un interrupteur). Le calcul le faisant intervenir ne s'applique que lors d'un fonctionnement en mode linéaire (dans un amplificateur audio ou un récepteur radio, par exemple).

Pour saturer correctement un transistor bipolaire, on part du principe que le courant de base doit représenter environ le dixième du courant collecteur, soit I_B≈I_C/10 . On s'autorise quelquefois un courant de base plus faible (I_B≈I_C/15 ou I_B≈I_C/20) si la dissipation de puissance et la tension de saturation V_CEsat restent acceptables pour l'application visée.

Bref, si tu te limites à un courant de base de 20 mA, attends-toi à pouvoir commander correctement un courant collecteur de 200 mA environ.

Mais la diode de roue libre alors, je la met où ?

La diode de roue libre est une diode rapide à placer entre le +12V et le collecteur du transistor, cathode orientée vers le +12V, de sorte qu'en situation normale elle ne conduise pas. Lorsque le transistor cesse de conduire, le courant dans le moteur ne s'interrompt pas du fait de la nature inductive de ce dernier (il contient des bobines), et mais peut s'écouler au travers de cette diode. En l'absence de diode, la surtension qui apparaîtrait aux bornes du moteur détruirait le transistor.

[Yoruk]

Merci de cette réponse détaillée. Noté pour la diode de roue libre. Je prends quoi ? Je ne connais guère que la 1N4148 (silicium...). Question puissance je doute qu'elle se laisse faire.

Je viens de me documenter sur la commutation des MOS. Effectivement, la commutation semble très simple:
-tension Vgs nulle = "interrupteur" ouvert
-tension Vgs <> 0 = interrupteur fermé

ça me parait trop simple...

Dans mon application, j'aurais donc plutôt tendance à choisir cette solution, plutôt qu'un transistor bipolaire ? (Gains en puissance, facilité de commande ?)

Quand on parle de 'fonctionnement symétrique', ça signifie que le drain et la source sont interchangeables ?

voici donc ce que ça pourrait donner : (j'enlève R1 ?)

commut 3.png

Merci pour votre aide, j'apprends plein de trucs !

[PA5CAL]

Une 1N4148 est effectivement une diode rapide. Elle est capable de protéger une charge consommant 200 mA, voire plus (jusqu'à 300 à 400 mA à température ambiante, selon la durée de l'impulsion).

Pour un courant plus important, il faudrait choisir un autre modèle.


Pour commander un transistor MOSFET, il faut atteindre une tension V_GS minimale pour qu'il commence à conduire, et une tension V_GS encore plus importante pour qu'il sature (i.e. pour qu'il présente un résistance interne suffisamment faible pour pouvoir le considérer comme un interrupteur fermé).

Il faut par conséquent disposer d'une tension de commande suffisante pour pouvoir l'utiliser en commutation. Or, de très nombreux transistors MOSFET ne saturent correctement qu'à des tensions V_GS supérieures à 5V (on doit souvent compter sur une dizaine de volts). Certains MOSFET sont mieux adaptés à des circuits de commande alimentés en 5V ou moins, mais ils sont plus rares.

Par ailleurs, ce type de transistor présente des capacités parasites non négligeables qui génèrent les courants et tensions transitoires au niveau de la commande à l'instant de la commutation.

[PA5CAL]

Tes pièces jointes viennent d'être validées.

Le MOSFET représenté sur ton schéma est de type P, alors qu'il en faudrait un de type N (avec la flèche dirigée vers l'intérieur).

Par ailleurs, à cause de ce que je viens d'expliquer, on doit encore prévoir une résistance R1 afin de limiter le courant de commande au moment de la commutation.


Quoi qu'il en soit, il faudrait connaître l'intensité maximale du courant auquel on doit s'attendre dans le moteur. C'est ce qui permet de dimensionner et choisir les composants.

[Yoruk]

Merci à toi.

Si je résume, en attendant de connaitre exactement le courant max du moteur, on ne peut donc à priori pas utiliser de MOSFET à cause de la tension de commande max de ma carte de commande (5v).

Dès que cette valeur sera connue, il me suffit alors de sélectionner un transistor avec un courant de collecteur au moins supérieur. De là, je prends 1/10 de cette valeur comme courant de commande (tout en sachant que ma carte de commande a elle aussi un courant limité) et je dimensionne les diverses résistances. Plus qu'à vérifier ensuite si la diode accepte le courant.

C'est bien ça ?

Et question subsidiaire, comment fait-on pour trouver un transistor, au sens des caractéristiques ? Existe-il des bases de données permettant de faire des sélections par courant, puissance et autres caractéristiques ?

EDIT : bizarre, sur mon dernier message, ce n'est pas le bon dessin qui s'affiche ?

[PA5CAL]

Si je résume, en attendant de connaitre exactement le courant max du moteur, on ne peut donc à priori pas utiliser de MOSFET à cause de la tension de commande max de ma carte de commande (5v).

Non. Je dis seulement que la plupart des MOSFET fonctionnent couramment avec des tensions V_GS plus élevées que 5 V. A priori, avec seulement 5 V on risque de devoir choisir parmi des MOSFET peu habituels si l'intensité du courant à commuter est élevée.

Mais par exemple si le courant du moteur ne dépasse pas 400 mA, on pourrait très bien choisir un simple BS170 qui, avec une tension de commande V_GS=4,5 V présenterait une résistance interne de l'ordre de 2 Ω et devrait dissiper moins de 350 mW, ce qui se situe largement au-dessous de la limite de puissance à respecter. Ce transistor MOSFET assez courant conviendrait donc parfaitement dans ces conditions.

Dès que cette valeur sera connue, il me suffit alors de sélectionner un transistor avec un courant de collecteur au moins supérieur. De là, je prends 1/10 de cette valeur comme courant de commande (tout en sachant que ma carte de commande a elle aussi un courant limité) et je dimensionne les diverses résistances. Plus qu'à vérifier ensuite si la diode accepte le courant.

C'est bien ça ?

Oui

Et question subsidiaire, comment fait-on pour trouver un transistor, au sens des caractéristiques ? Existe-il des bases de données permettant de faire des sélections par courant, puissance et autres caractéristiques ?

Aujourd'hui, les vendeurs et les fabricants de composants ont des catalogues en ligne avec les outils permettant d'effectuer des recherches d'après les caractéristiques principales.

Du temps où Internet n'existait pas, on faisaient les recherches à la main dans des databooks et des répertoires papier.

Mais avec un peu d'expérience, on sait rapidement quel composant choisir. Comme ce sont souvent les mêmes besoins qui reviennent, on finit par ne plus faire son choix que dans une liste assez réduite de composants courants (généralement les moins chers et les plus facilement disponibles) qu'on connaît vite par cœur.

[Yoruk]

Très bien.

Question annexe dans le cas d'un transistor bipolaire. Imaginons que mon courant max admissible par le transistor est de 1 A. Je le commute donc à 10%, soit 100 mA. Mais 1A c'est le cas le plus défavorable. Si en pratique ce courant est de 500 mA, le fait de commuter à 100 mA peut il être dangereux pour le transistor ?

[PA5CAL]

Si en pratique ce courant est de 500 mA, le fait de commuter à 100 mA peut il être dangereux pour le transistor ?

Non, pas du tout. Dans ce cas, qui peut le plus peut le moins. Le transistor ne s'en trouvera que mieux saturé.

[Yoruk]

Autre (dernière ?) question : tu m'as indiqué que pour un MOSFET le courant de commutation est limité. J'ai regardé la datasheet (pour le BS170 par exemple). J'ai bien trouvé le courant de drain max (500 mA) mais rien pour la commutation... ? Merci

[PA5CAL]

On limite le courant de gate du MOSFET dans le but de ne pas surcharger le circuit de commande.

Ce courant a pour origine les différentes capacités parasites du transistor, ainsi que les éventuelles capacités extérieures, et correspond à la charge ou la décharge de ces dernières lorsque la tension à leurs bornes évolue.

Il se déduit donc indirectement des informations de la datasheet et du comportement dynamique du circuit.



Voici, en haut, les deux courbes caractéristiques issues de la datasheet du BS170, et, en bas, un exemple d'évolution des courants et tensions au cours d'une commutation (ici à I_G constant).

[Yoruk]

Je suis en train de finaliser mon choix de transistor (bipolaire ou MOS).

Ma carte Arduino semble être capable de débiter seulement 40 mA sur ses sorties. Ca limite donc (à cause du problème des 10%) le courant max de collecteur à 400 mA.... Donc à priori pour de la puissance modérée c'est mort. Je n'ai donc plus le choix, il va me falloir forcément du MOS alors ?