Tension Seuil

La tension seuil est la tension minimale à partir de laquelle un composant semiconducteur commence à conduire de façon significative ou à commuter. Elle conditionne le point de fonctionnement de chaque étage de puissance ou de commande, et son ignorance est source d’erreurs de calcul dans les alimentations, les drivers et les interfaces logiques.

Tensions seuil des composants semiconducteurs courants

Calcul de la résistance de base (transistor NPN en commutation)

Pour saturer un BC547 commandant un relais de 50 mA (le BC547 est limité à 100 mA) :

• rapport I_C / I_B = 20, celui que la fiche onsemi retient pour ses mesures en saturation (le gain en régime linéaire, plus élevé, ne sert pas à ce calcul)
• I_B nécessaire = 50 mA / 20 = 2,5 mA
• V_in = 5 V (sortie d’un microcontrôleur)
• R_B = (V_in − V_BE) / I_B = (5 − 0,7) / 2,5 mA = 1,72 kΩ → choisir la valeur normalisée juste en dessous

Vérifier aussi que la sortie de commande peut fournir ce courant de base : sa notice l’indique.

Application dans une installation réelle

Dans les tableaux de commande conformes à la NF C 15-100, les interfaces entre les sorties d’automate (5-24 V logique) et les bobines de contacteurs (230V AC) utilisent souvent des relais d’interface, des transistors ou des optocoupleurs dont la tension seuil conditionne le dimensionnement du circuit de commande. Un MOSFET dont le seuil maximal dépasse la tension de commande ne s’allumera pas de façon fiable : vérifier toujours que V_GS de commande est supérieur à V_{GS_th} max (valeur la plus défavorable de la fiche technique, pas la valeur typique).

Questions fréquentes

La tension seuil d’un MOSFET est-elle la même que la tension de grille de commande ?

Non. La tension seuil V_{GS_th} est la tension à partir de laquelle le canal commence à s’ouvrir — le transistor n’est pas encore pleinement conducteur. Pour avoir R_DS(on) minimal (conduction maximale), il faut appliquer la tension de grille pour laquelle la fiche technique garantit R_DS(on), bien supérieure au seuil. Avant de piloter un MOSFET directement depuis une sortie logique 3,3 V ou 5 V, vérifier que la fiche donne R_DS(on) pour cette tension de commande.

Comment la chute de tension seuil d’une diode affecte-t-elle le rendement d’une alimentation ?

Dans une alimentation 5 V / 10 A avec pont de diodes silicium (V_F = 0,7 V), la perte dans les deux diodes en série est 2 × 0,7 × 10 = 14 W — soit 14/50 = 28 % de la puissance fournie, rien que dans le pont (et davantage en réalité, la chute d’une diode dépassant 0,7 V à fort courant). Le passage aux Schottky (V_F = 0,3 V) réduit ces pertes à 6 W. Dans les alimentations à découpage modernes, des MOSFET en redressement synchrone, à chute encore plus faible, remplacent les diodes.

La tension seuil V_BE d’un transistor BJT est-elle vraiment constante à 0,6 V ?

Non. V_BE dépend du courant (0,55 à 0,7 V à 2 mA pour un BC547, d’après la fiche onsemi) et diminue quand la température monte : la fiche du composant donne la courbe. Inversement, V_BE augmente à basse température. Dans les montages précis (miroirs de courant, régulateurs linéaires), cette variation thermique doit être compensée ou au moins prise en compte dans le budget d’erreur. Dans les étages de commutation simples (relais, LED), l’impact est négligeable.