Résistance de base et transistor interrupteur

[Kuantum]

Bonjour,

Dans un projet je souhaiterais intégrer un relais pour commander un circuit de puissance à partir d'un Arduino en 5V.

Je rencontre des soucis et une incompréhension dans le choix de la résistance de base du transistor qui va alimenter la bobine du relais.

Pourriez-vous s'il vous plait apporter un regard critique à ma démarche ?

J'ai choisi cette référence de relais : Omron Electronics G5LE-14 5VDC
(et en parallèle une diode roue-libre 1N4007)

Dans sa datasheet, il est indiqué qu'il est alimenté en 5V et consomme environ 80 mA.

Pièce jointe 455690

Or, un Arduino ne peut fournir que quelques ampères en sortie. On est donc un cas typique d’utilisation d'un transistor bipolaire qu'on va amener à saturation pour l'utiliser comme interrupteur.

J'ai réalisé un schéma pour représenter cette situation classique :

2.png

Comme transistor, j'ai pris un NPN que j'avais sous la main un classique PN2222. Il est indiqué pour un courant Ic continu jusqu'à 600 mA.

Je dois donc calculer une résistance de base de façon à fournir un courant Ib suffisant qui va saturer le transistor qui à son tour va faire passer un courant hFE*Ib à la charge, le relais placé côté collecteur.

Dans un premier temps, je cherche le gain hFE dans la datasheet pour un courant Ic 80mA et une température de fonctionnement d'environ 25°C.

4.png

Je devrais donc m'attendre à un gain hFE minimum d'environ 180 pour 80 mA.

Je calcule ensuite le courant Ib nécessaire pour obtenir Ic=80 mA.

Ib = Ic/hFE = 0.44 mA

Je devrais donc fournir Ib=0.44 mA à la base du transistor NPN pour obtenir Ic=80 mA.

Ensuite je cherche la tension à la saturation du transistor VBE(SAT).

5.png

J'observe à 25°C environ 0.8 V.

A l'aide de la loi d'Ohm, je calcule la valeur de la résistance de base : RB = (Vin - VBE(SAT) ) / IB = 9545 ohm.

J'en déduis que je devrais placer une résistance de base d'au plus 10k pour arriver à saturation et avoir environ Ic=80 mA.

Par sécurité, je pense qu'il faut choisir un valeur de RB plus faible pour assurer le bon fonctionnement du circuit à des températures inférieures et pour tenir compte d'une certaine tolérance sur hFE en fonction de la série constructeur.

En cherchant, j'ai plutôt vu sur des montages similaires, des résistances de base de 1K.

Or, si je mettais une résistance RB=1K, cela voudrait dire, en reprenant la loi d'Ohm, que je fournirai un courant IB de 4.2 mA. Cela reste tolérable pour le microcontrôleur. Mais en tenant compte du gain hFE 180, j'aurais un courant Ic=180*4.2 = 756 mA.

Or le transistor peut supporter 600 mA et le relais 80mA.

Je serais certes, sûr de saturer le transistor, mais est-ce que je ne risquerais pas de griller quelque chose ?

Merci à tous de votre aide.
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[gienas]

Bonjour Kuantum et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

… Dans un projet je souhaiterais intégrer un relais pour commander un circuit de puissance à partir d'un Arduino en 5V …



Je rencontre des soucis et une incompréhension dans le choix de la résistance de base du transistor qui va alimenter la bobine du relais.

Pourriez-vous s'il vous plait apporter un regard critique à ma démarche ? …

Il arrive qu’il faille dérouler ton scénario (j’hésite à dire "cinéma") pour calculer des valeurs, mais dans ton cas, c’est déplacé.

Le gain est variable en fonction du courant collecteur et compris dans une fourchette qui n’est donnée que pour une valeur du courant Ic, rarement celui qui sera utilisé. Il faut donc prendre la valeur la plus faible.

Ce gain est vrai pour une température de 25°C et peut baisser avec température plus basse.

La saturation dépend aussi du courant base

Tout ça mis bout à bout amène une règle simple à ne jamais déroger: prendre un Ib=Ic/10.

Fin du scénario.

[penthode]

règle dite du transistor saturé

[titijoy3]

Bonjour,

Dans un projet je souhaiterais intégrer un relais pour commander un circuit de puissance à partir d'un Arduino en 5V.

Je rencontre des soucis et une incompréhension dans le choix de la résistance de base du transistor qui va alimenter la bobine du relais.

Pourriez-vous s'il vous plait apporter un regard critique à ma démarche ?

J'ai choisi cette référence de relais : Omron Electronics G5LE-14 5VDC
(et en parallèle une diode roue-libre 1N4007)

Dans sa datasheet, il est indiqué qu'il est alimenté en 5V et consomme environ 80 mA.

Pièce jointe 455690

Or, un Arduino ne peut fournir que quelques ampères en sortie. On est donc un cas typique d’utilisation d'un transistor bipolaire qu'on va amener à saturation pour l'utiliser comme interrupteur.

J'ai réalisé un schéma pour représenter cette situation classique :

Pièce jointe 455691

Comme transistor, j'ai pris un NPN que j'avais sous la main un classique PN2222. Il est indiqué pour un courant Ic continu jusqu'à 600 mA.

Je dois donc calculer une résistance de base de façon à fournir un courant Ib suffisant qui va saturer le transistor qui à son tour va faire passer un courant hFE*Ib à la charge, le relais placé côté collecteur.

Dans un premier temps, je cherche le gain hFE dans la datasheet pour un courant Ic 80mA et une température de fonctionnement d'environ 25°C.

Pièce jointe 455692

Je devrais donc m'attendre à un gain hFE minimum d'environ 180 pour 80 mA.

Je calcule ensuite le courant Ib nécessaire pour obtenir Ic=80 mA.

Ib = Ic/hFE = 0.44 mA

Je devrais donc fournir Ib=0.44 mA à la base du transistor NPN pour obtenir Ic=80 mA.

Ensuite je cherche la tension à la saturation du transistor VBE(SAT).

Pièce jointe 455695

J'observe à 25°C environ 0.8 V.

A l'aide de la loi d'Ohm, je calcule la valeur de la résistance de base : RB = (Vin - VBE(SAT) ) / IB = 9545 ohm.

J'en déduis que je devrais placer une résistance de base d'au plus 10k pour arriver à saturation et avoir environ Ic=80 mA.

Par sécurité, je pense qu'il faut choisir un valeur de RB plus faible pour assurer le bon fonctionnement du circuit à des températures inférieures et pour tenir compte d'une certaine tolérance sur hFE en fonction de la série constructeur.

En cherchant, j'ai plutôt vu sur des montages similaires, des résistances de base de 1K.

Or, si je mettais une résistance RB=1K, cela voudrait dire, en reprenant la loi d'Ohm, que je fournirai un courant IB de 4.2 mA. Cela reste tolérable pour le microcontrôleur. Mais en tenant compte du gain hFE 180, j'aurais un courant Ic=180*4.2 = 756 mA.

Or le transistor peut supporter 600 mA et le relais 80mA.

Je serais certes, sûr de saturer le transistor, mais est-ce que je ne risquerais pas de griller quelque chose ?

Merci à tous de votre aide.

même si le transistor peut fournir 600 mA le relais ne prendra que ce dont il a besoin c'est à dire 80 mA, attention à ne pas dépasser 7 volts max sur la base (données datasheet vbe)

[A voir en vidéo sur Futura]

[penthode]

Lis donc le cours de bases de maître REMY

https://www.sonelec-musique.com/index.htm

[Qristoff]

Bonsoir,
la question cherche une réponse à une solution un peu "universelle" pour une sortie Arduino (ou autre µC) ou pour apprendre à utiliser un transistor bipolaire ?
Dans la plupart des cas, un petit Mosfet convient très bien, style 2N7000 ou autre BSS123 (pas de courant délivré par l'arduino, faible chute de tension VDS)

[nornand]

bjs , la je doute fortement de ta source

tu as écrit " Or, un Arduino ne peut fournir que quelques ampères en sortie. On est donc un cas typique d’utilisation d'un transistor bipolaire qu'on va amener à saturation pour l'utiliser comme interrupteur. "

[Kuantum]

on parle de milli-ampères évidemment... ma source c'est moi je ne faisais que résumer ce que je semblais avoir compris.

Merci pour vos réponses, le courant délivré au collecteur peut donc être supérieur au courant de la bobine...
Et il vaut donc mieux que je réduise ma résistance de base pour être sûr de saturer le transistor ?

[paulfjujo]

Merci pour vos réponses, le courant délivré au collecteur peut donc être supérieur au courant de la bobine...
NON, c'est la resistance de la bobine qui determine le courant si le transistor est saturé
I= (Vcc- VceSat) / R bobine
avec Vce Sat 0,5 à 0,8V max

Et il vaut donc mieux que je réduise ma résistance de base pour être sûr de saturer le transistor ?

reste sur 1K ...

[DAT44]

Bonjour,
1K c'est bien, (Béta=20) il ne faut pas plus en régime saturé ...

[Antoane]

Bonjour,

la question cherche une réponse à une solution un peu "universelle" pour une sortie Arduino (ou autre µC) ou pour apprendre à utiliser un transistor bipolaire ?
Dans la plupart des cas, un petit Mosfet convient très bien, style 2N7000 ou autre BSS123 (pas de courant délivré par l'arduino, faible chute de tension VDS)

Absolument, c'est la bonne solution !



Sinon, pour revenir à la question de départ : comme expliqué, le gain en petits signaux (de l'ordre de 80 à 500) n'est pas applicable pour un fonctionnement en saturation, il faut alors prendre la valeur du ratio Ic/Ib utilisé pour spécifier V_{ce, sat}. Ce n'est que comme ca qu'on peut aboutir à une tension V_{ce, sat} minimale.
Cependant, il se trouve qu'il est bien souvent pas nécessaire de minimiser le Vce et que perdre 200 mV, voire 1 V, plutôt que les ~100 ou 200 mV de V_{ce, sat} n'est pas un problème. C'est par exemple le cas lorsqu'il s'agit d'alimenter une led, ou même un relais (très peu seusible sur sa tension d'alimentation : un relais 5V commutera très bien sous 4,2 V).
De plus, si on trace l'évolution du ratio Ic/Ib en fonction de Vce, on observe que celui-ci demeure relativement constant au-delà de Vce ~ Vbe ~ 0,8V, mais qu'il chute fortement pour Vce<Vbe. C'est ce que montre la simulation ci-dessous, qui donne le Ic en fonction de Vce pour un BC547c, avec Ib=1mA -- en haut avec une échelle log, au milieu avec un échelle linéaire :

Autrement dit :
- Le gain du BC547c est proche de 200 (Ib=1 mA, Ic~200 mA) lorsque Vce > 500 mV
- Le gain du BC547c est proche de 40 (Ib=1 mA, Ic~40 mA) lorsque Vce = 100 mV
Ceci montre que si il est acceptable d'avoir une tension perdue dans le NPN de l'ordre de Vbe, alors il est possible de faire le calcul en utilisant une valeur de gain proche (disons la moitier) de celle donnée comme valeur minimale dans la datasheet pour un fonctionnenement petits signaux.
Cela permet de diviser par 5 ou 10 le courant de base, en augmentant de quelques centaines de mV le Vce.