Tester le type et les électrodes

Lorsqu’on a un transistor bipolaire dans les mains et qu’on ne connaît ni son type ni l’emplacement des électrodes, le 1er réflexe sera peut-être de chercher cette information sur internet. À condition de connaître son nom, bien entendu. Cependant, il est également possible d’identifier tout cela par ses propres moyens, à l’aide d’un simple multimètre. Et cette méthode peut s’avérer utile si on fait de la récup’ de composants et que leur nom est à moitié effacé.

Dans cet article, nous voyons donc comment identifier le type (NPN ou PNP) d’un transistor bipolaire inconnu, et comment reconnaître ses pattes. Cette méthode permet aussi de savoir si le transistor est ou non en bon état.

Notez que cette méthode s’applique aux transistors de type bipolaire (BJT), mais pas aux transistors à effet de champ (FET, JFET, MOSFET, etc…) en raison de leur structure interne différente.

Sommaire
1 Identification du type du transistor bipolaire
2 Identification des électrodes du transistor bipolaire

1 Identification du type du transistor bipolaire

1.1 Rappel sur la diode

Rappels théoriques sur la jonction PN

Penchons nous un peu sur la structure interne d’un transistor bipolaire. Celui-ci est composé de deux jonctions PN. Mais avant d’aller plus loin, rappelons brièvement ce qu’est une jonction PN.

Prenons par exemple une diode au Si (Si est le symbole de l’atome de silicium). Deux types de courants électrique coexistent dans un matériau comme le Si, le courant d’électrons et le courant de trous.

Il est possible d’augmenter artificiellement la conductivité du Si en ajoutant plus d’électrons ou plus de trous. En joignant deux couches de Si, l’une dopée N et l’autre dopée P, on forme ce que l’on appelle une jonction PN :

En mettant côte à côte les régions P et N on obtient un structure PN avec création d'une zone de déplétion a l'interface
Structure interne d’une diode à semi-conducteurs. Elle consiste en l’union d’une zone de type N et d’une autre de type P.

Cette jonction a la propriété de ne laisser passer le courant électrique que dans un seul sens. En résumé, une diode au Si est formée par une jonction PN.

Ceci est également vrai pour les diodes au Ge (germanium) où l’on joint du Ge de type P et du Ge de type N. Si vous voulez en savoir plus sur la jonction PN, j’ai écrit un article détaillé que vous pouvez lire en cliquant sur le lien.

Fonction “test de diode” du multimètre

En pratique, afin de savoir dans quel sens la diode conduit, il suffit de prendre le multimètre en position ohmmètre et de mesurer la résistance de la diode dans un sens et dans l’autre. Le bon sens, c’est-à-dire le sens conducteur est celui de moindre résistance. L’électrode où vous avez mis la sonde rouge de l’ohmmètre est l’anode (+), celle où vous avez mis la sonde noire est la cathode (-) :

Symbole d’une diode et nom de ses deux électrodes : anode et cathode.

Notez cependant que les multimètres digitaux modernes ont très souvent une fonction “test de diode”. On peut la repérer sur le cadran par un symbole de diode.

Fonction de test de diode d’un multimètre.

Il permet de mesurer plus ou moins la tension seuil d’une diode. Celle-ci est de 0,5-0,8 V pour une diode au Si et 0,2-0,3 V pour une diode au Ge. Si vous mettez la diode à l’envers, le multimètre affiche un message d’erreur (mais n’explosera pas pour autant, rassurez vous !).

Un exemple pratique

Faisons le test avec une diode 1N914 au Si. Sur la diode il y a une bague noire qui va nous permettre de nous repérer. Orientons la bague vers la droite et appliquons les sondes du multimètre de la manière suivante :

Celui-ci retourne la valeur affichée à droite : 0,523 V. C’est une estimation de la tension seuil de la diode. Inversons maintenant les deux sondes :

Le multimètre affiche une valeur infinie, pour nous indiquer que la diode est connectée en inverse.

Nous allons utiliser cette fonction de test pour diodes afin de déterminer le type des transistors bipolaires.

1.2 Structure interne du transistor bipolaire

Avant de commencer le test, il peut être utile de savoir de quoi est fait un transistor bipolaire. En gros, c’est comme une diode à jonction PN, mais avec une couche en plus. On trouvera donc 2 types de transistors bipolaires, le type NPN et le type PNP. Cette trouvaille a révolutionné le monde de l’électronique, mais ceci est une autre histoire !

Type NPN

Sur le dessin suivant, j’ai représenté le symbole d’un transistor NPN et sa structure interne :

Symbole d'un transistor bipolaire de type NPN. Ses électrodes sont l'émetteur (E), la base (B) et le collecteur (C). La structure interne est représentée à droite.
Symbole d’un transistor bipolaire de type NPN. Ses électrodes sont l’émetteur (E), la base (B) et le collecteur (C). La structure interne est représentée à droite.

Sur le symbole de gauche on voit les 3 électrodes E (émetteur), B (base) et C (collecteur). À droite on voit la structure NPN. L’émetteur est reliée à une couche de type N, la base à une couche de type P au milieu et le collecteur à une autre couche de type N. Ce dessin nous montre que l’on a deux jonctions PN, c’est-à-dire deux interfaces de part-et-d’autre de la zone P. On peut donc schématiser le transistor NPN comme deux diodes PN qui se tournent le dos, comme sur le dessin suivant :

Représentation schématique du transistor NPN.
Représentation schématique du transistor NPN.

Attention, je ne dis pas qu’en reliant 2 diodes on obtient un transistor bipolaire ! Cela ne fonctionnerai pas. Je me sers juste de ce schéma pour expliquer la suite, à savoir comment identifier le type de transistor bipolaire que l’on a dans les mains.

Type PNP

Voyons maintenant le cas d’un transistor PNP. Voici son symbole et sa structure interne :

Symbole d'un transistor bipolaire de type PNP. La structure interne et les électrodes sont représentées à droite.
Symbole d’un transistor bipolaire de type PNP. La structure interne et les électrodes sont représentées à droite.

Si vous avez suivi ce qui a été dit plus haut, ici on n’a pas de gros mystère. Dans le symbole, la flèche au niveau de l’émetteur est inversée. En effet, comme dans une diode PN, la flèche pointe du P vers le N. Comme on peut le voir sur la figure de droite, les jonctions PN ont changé d’orientation. C’est pour cela que l’on inverse la flèche dans le symbole.

En résumé, la base, au centre, est toujours de type contraire à l’émetteur et au collecteur, qui eux sont de type égal.

Voici comment on peut représenter schématiquement un transistor PNP à l’aide de diodes :

Représentation schématique du transistor PNP.
Représentation schématique du transistor PNP.

1.3 NPN ou PNP ?

Il est très simple de déterminer le type d’un transistor à l’aide d’un multimètre. L’idée est simplement d’identifier les jonctions PN du transistor.

Prenons par exemple un transistor 2N3904. Le boîtier est très courant, c’est un TO-92. Il comporte un méplat, que nous allons tourner vers nous afin de nous repérer. Appelons 1, 2 et 3 les broches en commençant à compter depuis la gauche.

Commençons par exemple par appliquer la sonde rouge sur la broche 1 et la noire sur la sonde 2 :

Le multimètre nous indique que nous avons polarisé une diode en inverse. Ou alors il est possible que l’on soit tombé sur les électrodes d’émetteur et de collecteur. Inversons les sondes et voyons ce qu’il se passe. Appliquons la sonde noire sur l’électrode 1 et la rouge sur l’électrode 2 :

Cette fois-ci nous mesurons une tension seuil, de 0,512 V, valeur qui correspond à une diode au Si. Cela signifie donc que l’on a polarisé une jonction PN dans le sens direct. Par conséquent, la broche 1 est de type N et la 2 de type P. Bien souvent, la broche du milieu est la base (mais ce n’est pas toujours le cas). Laissons donc la sonde rouge en 2 et appliquons la broche noire en 3 :

On constate de nouveau que l’on a une valeur de tension seuil qui vaut 0.509 V. Elle est légèrement inférieure à la précédente, nous allons y revenir. Mais puisque nous avons la sonde noire sur la broche 3, nous déduisons que la 3ème broche est de type N et donc que le transistor est de type NPN. La broche 2 étant de type P, c’est la base.

D’autre part, dans notre cas, 3 contrôles ont suffit à déterminer le type et la base du transistor. Mais parfois il faudra faire une 4ème mesure. Ceci aurait été le cas par exemple si la base était la broche 1. On serait alors tombé sur le cas d’une diode polarisée en inverse au moment de la 3ème mesure. Le transistor aurait alors été de type PNP. Je ne sais pas si vous m’avez suivi ici, ce n’est pas grave et passons à la suite.

2 Identification des électrodes du transistor bipolaire

Nous sommes maintenant capables de déterminer le type du transistor bipolaire et la base.

Pour déterminer l’émetteur et le collecteur, il faut savoir que bien que de même type, ces électrodes n’ont pas la même fonction. En pratique, on ne peut donc pas intervertir ces 2 électrodes. En effet, l’effet transistor implique une quantité de puissance qui peut être importante en sortie.

Par conséquent, le collecteur qui est la sortie du transistor doit pouvoir dissiper facilement la chaleur.

Pour cela, la jonction collecteur-base est réalisée avec une section plus grande que celle de la jonction émetteur base. Ceci conduit à une résistance en sens direct plus petite et une tension seuil légèrement plus petite pour la jonction collecteur-base.

En regardant de nouveau les valeurs de tension seuil vues en haut, on voit que la tension seuil entre les broches 2 et 3 est légèrement plus petite (0,509 V) que la tension seuil des broches 1 et 2 (0,512 V, toutes les 2 mesurées dans le sens passant rappelons le).

En tenant compte de ce que l’on vient de dire, on en déduit donc que la broche 3 est le collecteur. La broche 1 est donc l’émetteur.

Par conséquent, le transistor 2N3904 est un transistor de type NPN, au silicium. Le brochage est EBC lorsque le méplat est face à nous (c’est un transistor fréquemment utilisé en audio).

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Références
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/TO-92

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