2026-10-31

Transistor bipolaire (BJT) ou MOSFET comme interrupteur : bien choisir sur l'établi

Une comparaison orientée atelier du comportement des transistors bipolaires et des MOSFET en tant qu'interrupteurs, avec un exemple détaillé pilotant une charge de 100 mA depuis une broche de microcontrôleur 3,3 V.

Pourquoi le choix compte vraiment sur un banc réel

La plupart des projets d'amateur finissent par nécessiter un microcontrôleur pour commuter quelque chose de plus puissant qu'une broche ne peut supporter, comme une bobine de relais, un moteur, un ruban de LED ou un élément chauffant. Un transistor bipolaire à jonction ou un MOSFET peut accomplir cette tâche, et les deux fonctionneront souvent du premier coup. La différence apparaît lorsque le circuit chauffe, lorsque la tension logique est faible ou lorsque la charge est plus importante que prévu.

Un mauvais choix de type provoque rarement une panne immédiate. Plus souvent, vous obtenez un interrupteur qui s'ouvre à peine, une broche qui chauffe, ou un transistor qui dissipe plus que prévu et nécessite un dissipateur dont il n'avait pas besoin. Comprendre la manière dont chaque composant est piloté vous fera gagner beaucoup de temps de dépannage.

Comment chaque composant est piloté

Un BJT conduit lorsqu'un courant circule dans sa base. Le courant de collecteur qu'il peut laisser passer est à peu près égal au courant de base multiplié par le gain en courant, souvent indiqué sous la forme hFE. Ce gain varie beaucoup d'un composant à l'autre et selon le courant et la température ; une conception judicieuse ne se fonde donc pas sur une valeur unique de gain. Vous surpilotez plutôt la base afin que le transistor sature, ce qui rend le gain relativement peu important.

Un MOSFET est commandé par la tension présente sur sa grille, isolée du canal par une fine couche d'oxyde. Une fois la grille chargée, très peu de courant circule, hormis de brefs pics de charge lors des commutations. C'est pourquoi une broche de microcontrôleur peut directement mettre un MOSFET en marche ou à l'arrêt. La difficulté est que la grille doit être pilotée bien au-dessus de la tension de seuil du composant, et que les modèles compatibles logique sont spécifiés pour les tensions qu'une sortie logique 3,3 V ou 5 V peut réellement produire.

Exemple pratique : charge de 100 mA depuis une broche 3,3 V

Supposons que vous vouliez commuter une charge de 12 V consommant 100 mA depuis une broche GPIO 3,3 V. Pour un BJT, supposez que le composant sature avec un gain forcé d'environ 10, ce qui constitue un choix de conception prudent. Le courant de base nécessaire est de 100 mA divisé par 10, soit 10 mA. La chute base-émetteur est typiquement d'environ 0,7 V à 0,8 V ; la résistance de base voit donc environ 3,3 V moins 0,75 V, soit 2,55 V. En divisant par 10 mA, on obtient environ 255 ohms ; une résistance de 220 ohms est donc un choix raisonnable, fournissant environ 11,6 mA de courant de base. Vérifiez que votre broche peut fournir ce courant, car de nombreuses broches de microcontrôleur ont des limites comprises entre 10 mA et 25 mA.

Avec un BJT à 100 mA, la tension de saturation est typiquement comprise entre 0,1 V et 0,3 V. La puissance dissipée dans le transistor est d'environ 0,2 V multipliés par 0,1 A, soit 20 mW. Le pilotage de la base dissipe lui-même à peu près 0,75 V multipliés par 11,6 mA, soit environ 9 mW, qui proviennent de la broche logique et non de l'alimentation de la charge.

Pour un MOSFET compatible logique, la grille ne consomme presque rien en régime permanent ; une résistance de grille en série d'environ 100 ohms et une résistance de tirage vers le bas d'environ 10 kohms vers la masse suffisent donc à assurer le bon fonctionnement de l'interrupteur. La résistance à l'état passant de nombreux composants compatibles logique se situe à quelques dizaines de milliohms pour ce courant. Même avec 0,05 ohm, la perte par conduction vaut 0,1 A au carré multiplié par 0,05 ohm, soit 0,5 mW. Vérifiez la résistance à l'état passant pour la tension de grille que vous appliquez réellement, car les fiches techniques l'indiquent souvent à 4,5 V ou 10 V.

Astuce d’atelier Vérifiez les courbes de tension de seuil de grille et de Rds(on) à 3,3 V avant de faire confiance à un MOSFET piloté par une broche de microcontrôleur, car certains composants ne se mettent complètement en conduction qu'à des tensions de grille plus élevées.

Quand choisir l'un ou l'autre

Choisissez un MOSFET lorsque la charge est modérée à importante, lorsque vous souhaitez peu de chaleur dans l'interrupteur, ou lorsque la broche de commande est limitée en courant. Les MOSFET à canal N compatibles logique, avec la source reliée à la masse et la charge côté drain, constituent le point de départ habituel pour une commutation côté bas. Les composants à canal P sont pratiques pour une commutation côté haut, la grille étant tirée vers le bas, bien qu'ils soient souvent plus coûteux par ampère de capacité.

Choisissez un BJT pour une commutation de faible enjeu où sa simplicité est un avantage, ou lorsque le circuit dispose déjà d'un courant de base disponible. Un BJT est également un bon choix lorsque vous avez besoin d'une tension de saturation prévisible plutôt que d'une valeur qui dépend de la commande de grille. Dans tous les cas, vérifiez l'interrupteur avec un multimètre : mesurez la tension à ses bornes lorsqu'il est passant et assurez-vous qu'elle est proche de la chute de saturation ou de la résistance à l'état passant attendue.

Astuce d’atelier Mesurez la tension drain-source ou collecteur-émetteur avec la charge en fonctionnement. Si elle dépasse quelques dixièmes de volt, l'interrupteur n'est pas complètement passant.