Un traceur de courbe pour transistors, FET, thyristors, etc. 6ème partie et fin : Tester les FET et les MOSFET.

Dans cette dernière partie, nous allons vous apprendre à visualiser les courbes caractéristiques d’un FET et d’un MOSFET de petite puissance et à en déterminer le gain.


Nous terminons donc la description de l’utilisation du traceur de courbe avec, d’abord, le FET (“Field Effect Transistor”, transistor à effet de champ) puis avec le MOSFET.

Le FET et ses trois pattes D - S - G
Avant d’entrer dans les détails, précisons que le FET est représenté dans les schémas électriques par les symboles donnés figures 1 et 2. De même que les transistors se distinguent en NPN et PNP, les FET sont des “canal N” ou “canal P”. Le FET canal N (figure 1) a sa gate (flèche) tournée vers l’intérieur et le canal P (figure 2) vers l’extérieur.
Le drain du canal N est toujours alimenté par une tension positive, celui du canal P par une tension négative. À la différence du transistor, les pattes du FET sont indiquées D-G-S, soit Drain, Gate (porte), Source (voir figures 3 et 4).
Les canal N sont les plus répandus. À retenir :
- Drain : patte reliée à la tension positive d’alimentation pour les canal N et négative pour les canal P.
- Gate : patte recevant le signal à amplifier, reliée à la masse à travers une résistance de 47 kilohms à 1 mégohm.
- Source : patte reliée à la masse.

Figure 1 : Voici le symbole graphique d’un FET canal N (la flèche de gate est orientée vers l’intérieur).

Figure 2 : Voici le symbole graphique d’un FET canal P (la flèche de gate est orientée vers l’extérieur).

Les FET amplifient en tension
Si les transistors amplifient le signal appliqué sur leur base en courant, les FET amplifient le signal appliqué sur leur gate en tension. Donc, pour contrôler un transistor avec un traceur de courbe il fallait appliquer sur sa base une rampe de courant positif croissant (voir figure 5), pour contrôler un FET il faut appliquer sur sa gate une rampe de tension négative décroissante (voir figure 6).

Note : si nous appliquons aux transistors une rampe à huit marches, comme le premier tracé marqué 0 est en bas (voir figure 8), nous ne le prenons pas en considération et nous ne comptons que sept tracés. Pour les FET nous appliquons aussi une rampe à huit marches, mais comme elle est négative et que le premier tracé 0 est en haut (voir figure 9), nous devons le considérer et compter les huit tracés de haut en bas.

Figure 3 : Les pattes G-D-S, vues de dessous, d’un FET en boîtier plastique.
Étant donné que chaque FET a ses pattes disposées de manière différente, sur chaque schéma électrique vous devriez voir indiquée la disposition des pattes du FET utilisé.


Figure 4 : Les pattes G-D-S, vues de dessous, d’un FET en boîtier métallique.
Notez l’ergot métallique servant de repère-détrompeur. Pour ce type de FET aussi la disposition des pattes est variable.


Pour obtenir cette rampe négative, il faut seulement positionner l’inverseur TR-FET sur FET et l’inverseur PNP-NPN sur NPN (voir figure 11). Cette commutation transforme une rampe de courant de polarité positive en une rampe de tension de polarité négative.

Figure 5 : Pour tester les transistors, le traceur de courbe applique sur leur base une rampe de courant de polarité positive composée de huit marches d’escalier (0 compris).

Figure 6 : Pour tester les FET, le traceur de courbe applique sur la gate une rampe de tension de polarité négative composée de huit marches d’escalier (0 compris).

Courant de base et tension de gate
Sur la face avant du traceur de courbe se trouve S1 (voir figure 10 Courant base) servant à choisir le courant à appliquer sur la base d’un transistor, mais aucun commutateur ne permet de choisir la tension négative à appliquer sur la gate d’un FET.
Nous utiliserons donc S1 de Courant de base pour obtenir la tension à appliquer sur la gate du FET et le Tableau 1 donne la conversion de μA à V (voir figure 7).



Note : ce Tableau ne va pas au-delà de 200 μA (correspondant à une tension de gate de 2 V par tracé) car nous n’utiliserons jamais des tensions aussi élevées.

Figure 7 : Quand on teste les FET, le bouton de courant de base fournit en sortie les tensions indiquées dans la Tableau 1.

Figure 8 : Dans les transistors, le premier tracé Ib0 du courant de base est en bas et le dernier Ib7 en haut.

Figure 9 : Dans les FET, le premier tracé Vgs0 de la tension négative de gate est en haut et le dernier tracé Vgs7 en bas.

Figure 10 : Si l’on commute l’inverseur S3-A en position FET, le commutateur S1, en haut, fournit pour chaque position les V par carreau indiqués en jaune. En bas, vous voyez comment sont connectées les pattes G-D-S d’un FET aux douilles C-B-E du traceur de courbe.

Figure 11 : Pour tester les FET, les leviers des inverseurs sont à placer sur FET et NPN et les boutons de Courants de base et de collecteur comme on le voit sur le dessin de droite.

Commençons à tester un FET
Après avoir relié les sorties des BNC du traceur de courbe à l’oscilloscope, vous devez, comme auparavant, régler les commandes du traceur de courbe comme suit (voir figure 11) :

Inverseur TR-FET       sur FET
Inverseur NPN-PNP sur NPN
Courant de base sur 20 μA = 0,2 V
Courant de collecteur sur 1 mA/div

et les boutons de l’oscilloscope comme le montre la figure 12 :
CH1 canal X (horizontal) 1,0 V/div
CH2 canal Y (vertical) 0,2 V/div

Le sélecteur de Courant de collecteur étant réglé sur 1 mA/div et le sélecteur CH2 du canal Y sur 0,2 V/div, le courant drain-source indiqué Ids et reporté à l’écran de l’oscilloscope sur les carreaux verticaux, prend les valeurs suivantes :
2-4-6-8-10-12-14-16 mA

Quand traceur de courbe et oscilloscope sont réglés, c’est le moment de relier le FET à tester. Si vous voulez tester le 2N5247, voyez figure 14 le brochage de ses pattes D-S-G vues de dessous, à relier aux douilles C-B-E du traceur de courbes :
- la patte D est reliée à la douille C
- la patte S est reliée à la douille E
- la patte G est reliée à la douille B

Si vous voulez tester d’autres types de FET, rappelez-vous que la disposition D-S-G des pattes change d’un type à l’autre, comme le montrent les figures 3 et 4. Quand les pattes du FET sont reliées aux douilles, dès la mise sous tension du traceur de courbe les huit tracés apparaissent à l’écran (voir figure 13) : elles sont tout à fait différentes de celles d’un transistor.

Figure 12 : Le bouton CH1 de l’entrée X est sur 1 V/div et celui de CH2 (Y) sur 0,2 V/div.

Figure 13 : Sur l’axe vertical Ids est reporté le courant de drain et sur l’axe horizontal la tension Vds drain-source. En face des huit tracés est indiquée la tension négative présente sur la gate.

Figure 14 : Les trois pattes D-G-S du FET 2N5247 vues de dessous.

Le premier tracé des FET part du haut
Souvenez-vous qu’en examinant un transistor nous obtenions huit tracés correspondant aux courants de base et que le premier du bas 0, qui correspondait à un courant de base de 0 μA, était éliminé des dessins.
Avec un FET tout change car le premier tracé, correspondant à une tension de gate de 0 V, se trouve en haut (voir figure 13).
Donc le premier tracé du haut est pour nous le Vgs0, puis suivent vers le bas les autres tracés Vgs1, Vgs2, Vgs3, Vgs4, Vgs5, Vgs6 et Vgs7 le dernier en bas.
Les FET ayant des spécifications moins connues que celles des transistors, nous les expliquons ci-dessous :
Vgs = signifie Volt, gate, source et indique la tension de polarisation appliquée sur la gate pour qu’elle conduise.
Vds = signifie Volt, drain, source et indique la tension appliquée entre drain et source.
Ids = signifie courant entre drain et source en mA.
Vcc = indique la tension utilisée pour alimenter le circuit.
Sur l’axe vertical du graphe de la figure 13 est reporté le Courant de drain, noté Ids et sur l’axe horizontal la Tension drain-source Vds.
Si nous mettons le bouton du Courant de base sur 20 μA, chaque tracé, de haut en bas, aura les tensions négatives suivantes (voir figure 13) :
1er tracé    0,0 volt
2e tracé – 0,2 volt
3° tracé – 0,4 volt
4° tracé – 0,6 volt
5° tracé – 0,8 volt
6° tracé – 1,0 volt
7° tracé – 1,2 volt
8° tracé – 1,4 volt

Si nous mettons le bouton CH2 canal Y de l’oscilloscope sur 0,2 V/div, le quadrillage de l’axe vertical correspond aux Courants de drain suivants :
2-4-6-8-10-12-14-16 mA

Si en testant un FET nous obtenons des courbes trop serrées, comme le montre la figure 15 et donc difficilement lisibles, nous pouvons les espacer en mettant le bouton CH2 canal Y sur 0,1 V/div, comme indiqué figure 16.
Dans ce cas les Courants de drain lus sur l’axe vertical seront :
1-2-3-4-5-6-7-8 mA

Si les tracés ne sont pas encore assez espacés, mettez le bouton CH2 canal Y sur 50 mV/div, voir figure 17. Dans ce cas les Courants de drain seront :
0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5-4,0 mA

On comprend que, pour espacer ou rapprocher les huit courbes il suffit d’agir sur le bouton CH2 canal Y.

Figure 15 : Bouton de courant de base sur 20 μA (ce qui correspond à une tension de gate de 0,2 V, voir figure 7) et le bouton CH2 de l’oscilloscope sur 0,2 V/div, les tracés à l’écran pourraient être très rapprochés. Pour les espacer, tournez le bouton CH2 sur une portée inférieure (voir figures 16 et 17).

Figure 16 : Bouton CH2 de l’oscilloscope sur 0,1 V/div, vous voyez les courbes s’espacer. Si elles sont encore trop rapprochées, passez sur une portée encore inférieure. Quand on change la portée du bouton CH2, on change aussi le courant Ids sur l’axe vertical. Comparez le courant de la figure 15 avec celui de la figure 16.

Figure 17 : Si l’on commute le bouton CH2 sur 50 mV/div, les tracés sont plus espacés. Si vous choisissez cette portée, le courant de drain sur l’axe vertical de gauche a une valeur de 0,5 mA par carreau et donc nous avons à la suite 0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5-4,0 mA.

Figure 18 : Sans tourner le bouton CH2 de l’oscilloscope, vous pouvez facilement voir comment varient les tracés en testant plusieurs FET différents. Si vous testez deux FET identiques, celui qui affiche le tracé le plus étendu vers le haut a un meilleur gain.

Figure 19 : Pour calculer le gain d’un FET on se sert de la formule gain = [(R2 – R3) x Yfs] : 1 000.

Figure 20 : La valeur de la tension négative de gate correspond à la valeur de la tension positive présente sur R3.

Figure 21 : Les MOSFET ont une double gate G1 et G2. Si l’on utilise le traceur de courbe on peut facilement contrôler si un MOSFET fonctionne et quel est son gain.

Figure 22 : Pour contrôler un MOSFET relier ensemble les deux gates G1 et G2 et les appliquer sur la douille B du traceur de courbe.

Figure 23 : Les inverseurs de la figure 11 étant réglés sur FET et NPN, tournez le bouton de Courant de base vers 5 μA, ce qui correspond à une tension de 0,05 V par carreau (voir figure 7).

Figure 24 : Pour tester un MOSFET, le bouton CH1 de l’oscilloscope est sur 1 V/div et le bouton CH2 sur 50 mV/div.

Figure 25 : Comme pour les FET, vous voyez apparaître à l’écran les huit tracés. S’ils sont trop rapprochés, déplacez CH2 vers 20 mV/div.

La différence entre deux FET
Vous allez maintenant pouvoir comparer les tracés de différents FET. Laissez dans la même position le bouton de l’oscilloscope et celui du traceur de courbe et insérez successivement dans les douilles différents types de FET : celui dont les courbes s’étendent le plus vers le haut aura le gain le plus grand, comme le montre la figure18.

Note : Il est impropre pour un FET de parler de gain car, à la différence d’un transistor, nous n’avons pas un rapport numérique entre le courant de collecteur et le courant de base, toutefois nous utilisons ce terme par analogie.

En effet, le gain d’un FET se calcule avec la formule :
gain = [(R2 – R3) x Yfs] : 1 000


La valeur de Yfs, soit la valeur de la transconductance en millisiemens, ne peut être trouvée que si l’on dispose d’un “databook” comportant les caractéristiques du FET.
Cette Yfs varie de 3 à 6 millisiemens et donc si nous considérons le circuit amplificateur de la figure 19 avec :
R2 = 5,6 k
R3 = 1,8 k

nous pouvons affirmer que cet étage amplifie de :
[(5 600 – 1 800) x 3] : 1 000 = 11 fois

et non de :
[(5 600 – 1 800) x 6] : 1 000 = 22,8 fois

Pour calculer la valeur des résistances R1-R2-R3 d’un FET, voir la Leçon du Cours consacrée aux FET.

Si nous inversons drain et source
Si vous testez des FET différents, vous en trouverez pour lesquels, en inversant les pattes drain et source, les deux traces seront identiques et donc vous ne pourrez pas déterminer quelle patte est la source et laquelle est le drain.
Si vous montez ces FET bidirectionnels dans un circuit, il est possible d’intervertir drain et source : le fonctionnement sera, dans les deux cas, identique.
Donc un traceur de courbe permet de distinguer un FET normal d’un FET bidirectionnel.

La tension négative de gate
Si nous mesurons la tension négative de gate avec un multimètre, nous ne trouverons aucune tension, car l’impédance d’entrée est très élevée : la solution la plus simple pour déterminer cette tension de gate est de mesurer la tension aux extrémités de R3, reliée entre source et masse, comme le montre la figure 20.

Pour tester les MOSFET
Nous pouvons également tester les petits amplificateurs nommés MOSFET, avec le traceur de courbe.
Ils sont similaires à des FET, à la différence près qu’ils ont une double gate (voir figure 21 qui montre aussi leurs brochages) :
Gate 1 (en bas)
Gate 2 (en haut)

Le traceur de courbe permet de vérifier si le MOSFET fonctionne et, si nous en testons deux différents, d’établir, par l’extension des tracés, lequel a le plus grand gain.
Pour tester ces MOSFET, il faut nécessairement relier ensemble les deux gates G1 et G2, comme le montre la figure 22 et régler les commandes du traceur de courbe, comme le montre la figure 23 :
Inverseur TR-FET       sur FET
Inverseur NPN/PNP sur NPN
Courant de base sur 5 μA
Courant de collecteur sur 1 mA/div

et les commandes de l’oscilloscope, comme le montre la figure 24 :
CH1 canal X (horizontal) 1 V/div
CH2 canal Y (vertical) 50 mV/div

Le bouton du Courant de collecteur étant sur 1 mA/div et celui de CH2 sur 50 mV/div, le courant drain-source Ids donné par le quadrillage vertical prend les valeurs suivantes :
0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5-4,0 mA

Une fois le traceur de courbe réglé, nous devons relier aux douilles C-B-E le MOSFET comme suit (voir figure 22) :
- la patte D        à la douille C
- la patte S à la douille E
- les pattes G1-G2 à la douille B

En mettant le traceur de courbe sous tension, nous voyons apparaître huit tracés analogues à ceux visibles figure 25.

Conclusion
Avec cette sixième partie nous terminons ce bref mais, nous l’espérons, utile et exhaustif traité d’utilisation du traceur de courbe.

1ère partie : L’analyse théorique.
2ème partie : La réalisation pratique.
3ème partie : Le mode d’utilisation (1er volet : Transistors NPN et PNP).
3ème partie : Le mode d’utilisation (2ème volet : Gain et polarisation des transistors).
4ème partie : La droite de charge dans les transistors.
5ème partie : Tester les triacs et les thyristors.

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