Transistor 2N2222 NPN

Le transistor 2N2222 est un transistor bipolaire NPN au silicium, l’un des plus répandus au monde. Il rend deux services très différents : amplifier un signal trop faible pour être exploité, et commuter une charge qu’une sortie de microcontrôleur ne peut pas alimenter directement.

Sur le composant livré, le marquage est imprimé sur la face plate : 2N, 2222, puis un code de lot. Le boîtier est un TO-92 plastique — la version moulée du 2N2222 d’origine, qui se pique sur une plaque d’essai et se soude sans difficulté. Ses limites suffisent largement pour une LED de puissance, un buzzer, un petit moteur, une bobine de relais ou un module logique.

Ce que le transistor fait vraiment

Un transistor NPN se comporte comme un robinet dont on tourne la poignée avec un courant minuscule :

• En interrupteur — un courant de base de quelques milliampères laisse passer un courant de collecteur cent fois plus grand. La sortie d’un Arduino, elle, ne fournit de façon sûre qu’une vingtaine de milliampères : le transistor est ce qui permet de commander plus gros. C’est le montage du mini-projet plus bas.
• En amplificateur — un petit signal appliqué sur la base ressort agrandi dans le circuit de collecteur. C’est le rôle historique du 2N2222 dans les étages audio et les circuits de mesure.

Dans les deux cas, le courant commandé passe du collecteur vers l’émetteur. Le courant de commande, lui, entre par la base et ressort par l’émetteur.

Caractéristiques techniques

Ces valeurs sont celles publiées pour la version plastique. Comme pour tout transistor de série, elles varient légèrement d’un fabricant à l’autre : la fiche technique du fabricant du lot reste la référence, et les marges de sécurité se prennent toujours en dessous.

Brochage : trois broches, et un piège à connaître

L’ordre des broches n’est pas universel en boîtier TO-92. La convention la plus courante pour un 2N2222 en plastique — boîtier tenu face plate vers vous, broches vers le bas — est émetteur, base, collecteur de gauche à droite (convention des séries 2N américaines). Mais certains clones adoptent l’ordre inverse, et une inversion n’est pas anodine : elle met les deux jonctions en polarisation inverse, le montage ne commute rien, et la limite émetteur-base de 5 V peut être franchie et détruire le composant.

Identifier les broches au multimètre, en une minute

• Trouver la base. Placez le multimètre en position diode. La base est la seule broche qui conduit (environ 0,6 à 0,7 V) vers les deux autres, avec la pointe rouge dessus — c’est la signature d’un NPN. Aucune autre broche ne donne deux jonctions conductrices.
• Lever le doute émetteur / collecteur. Si la sérigraphie ou la fiche du fabricant ne le dit pas, mesurez le gain : la plupart des multimètres ont un support h_FE à trois trous. La position qui affiche le gain le plus élevé est la bonne. C’est le test qui tranche sans risque, et il vaut mieux que le simple relevé des chutes de tension, souvent trop proches pour être exploitables.

La résistance de base, et pourquoi elle n’est pas facultative

La jonction base-émetteur conduit dès 0,7 V : sans résistance en série, la sortie d’un microcontrôleur se retrouve pratiquement en court-circuit sur la masse et l’étage de sortie souffre. La valeur se calcule en trois lignes :

• la sortie délivre 5 V, la jonction consomme 0,7 V, il reste 4,3 V sur la résistance ;
• on veut environ 4 à 5 mA de courant de base, largement suffisant pour saturer un transistor dont le gain dépasse 100 ;
• 4,3 V divisés par 5 mA donnent environ 860 Ω : la résistance de 1 kΩ est la valeur pratique toute faite, celle du mini-projet ci-dessous.

Avec un gain minimal de 100 et 4,3 mA de base, le transistor peut conduire plus de 400 mA côté collecteur tout en restant commandé par une broche d’Arduino. Pour une charge bien plus faible, une résistance de 4,7 kΩ ou 10 kΩ fait aussi l’affaire et réduit la consommation.

Mini-projet : graduer une charge depuis une sortie Arduino

Un montage complet en une quinzaine de minutes : la charge se met en route en douceur, monte en puissance, redescend, puis s’arrête. C’est le même squelette que pour commander un buzzer, une bande de LED ou un petit moteur.

Ce qu’il faut

Le câblage

Trois points de vigilance, dans cet ordre :

• La masse doit être commune. L’émetteur va au GND de l’Arduino, sinon le transistor n’a aucune référence et rien ne se passe.
• Le transistor se place côté masse, un montage dit « à collecteur ouvert » : il ne pose jamais 5 V lui-même, il relie la charge à la masse. La charge reste donc alimentée par le 5 V de la carte.
• Vérifiez l’ordre des broches avant de mettre sous tension. Le test du multimètre décrit plus haut prend une minute et évite de perdre un composant — et parfois la carte.

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser :

/*
 * Graduation d'une charge par une sortie Arduino - transistor 2N2222
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : D9 - resistance de 1 k - base (B)
 *           charge entre 5V et le collecteur (C), emetteur (E) sur GND
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_BASE = 9;      // sortie de commande, vers la resistance de 1 k
void setup() {
  pinMode(PIN_BASE, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_BASE, LOW);   // transistor bloque tant qu'on ne demande rien
}
void loop() {
  // Montee progressive : le transistor laisse passer de plus en plus de courant.
  for (int niveau = 0; niveau != 256; niveau++) {
    analogWrite(PIN_BASE, niveau);
    delay(8);
  }
  // Descente progressive, puis arret complet avant de recommencer.
  for (int niveau = 255; niveau != -1; niveau--) {
    analogWrite(PIN_BASE, niveau);
    delay(8);
  }
  delay(1000);
}

Comment ça marche

• analogWrite() ne sort pas une tension variable : elle découpe la sortie en impulsions rapides, dont on règle la proportion. C’est cette proportion qui fixe le courant de base, donc le courant de collecteur, donc la vitesse du moteur ou l’éclat de la charge.
• Le transistor est ainsi utilisé dans sa zone linéaire, entre le blocage complet et la saturation. Pour un usage en tout ou rien — allumer, éteindre — remplacez analogWrite() par digitalWrite(PIN_BASE, HIGH) et LOW.
• La boucle de montée s’arrête à 256 par comparaison d’inégalité : aucune écriture hors des bornes admises par analogWrite() (0 à 255) n’est possible.
• Les pauses de 8 ms laissent le temps de voir la variation. À 1 ms, la gradation serait trop rapide pour être observée ; au-delà de 20 ms, elle deviendrait saccadée.

Variante : quand la charge demande davantage

Le 2N2222 tient 600 mA en continu. Au-delà, il chauffe puis se détruit — et deux montages prennent le relais :

• Un transistor Darlington comme le TIP120 : le gain est multiplié par plusieurs milliers, quelques milliampères de base suffisent pour plusieurs ampères, et il accepte de commander un moteur plus gros sans étage intermédiaire.
• Un module relais : la commande reste une simple sortie numérique, mais le module contient déjà son transistor, sa résistance et sa diode de protection. Au-delà de quelques centaines de milliampères, c’est le montage le plus simple à réussir.

Pour une charge inductive — moteur, bobine, électroaimant — ajoutez toujours une diode de roue libre en travers de la charge, cathode vers le +5 V. Sans elle, la surtension produite à la coupure remonte vers le transistor et finit par le percer, même si le courant est modeste.

Questions fréquentes

Mon montage ne commute rien, par où commencer ?

Dans l’ordre : les broches du transistor (le test du multimètre), la masse commune entre la carte et l’émetteur, la présence de la résistance de base, puis le sens de la charge — sa borne positive doit aller au 5 V, pas à une sortie numérique. Dans neuf cas sur dix, c’est l’une de ces quatre causes.

Faut-il une résistance entre la base et la masse ?

Ce n’est pas nécessaire pour un montage poussé par une sortie d’Arduino, qui impose son niveau. En revanche, dès que l’Arduino est éteint ou sa broche en haute impédance, la base flotte et le transistor conduit un peu : une résistance de 10 kΩ entre base et masse met le montage au repos proprement. C’est utile sur un montage alimenté en permanence.

Quelle différence avec le BC548B ?

Les deux sont des NPN généralistes en boîtier TO-92, mais le BC548B se contente de 100 mA et de 30 V, quand le 2N2222 monte à 600 mA avec un gain plus robuste. Surtout : le BC548 utilise l’ordre inverse en plastique, et remplacer l’un par l’autre sans reprendre le brochage donne un montage qui ne fonctionne pas.

Peut-il remplacer un 2N2222 métallique ?

Oui électriquement, dans les limites de la version plastique, plus serrées que celles du boîtier métallique TO-18 : le métal dissipe mieux la chaleur et se monte parfois avec un dissipateur. Si votre montage chauffait avec la version métallique, la version plastique chauffera davantage — surveillez la température au doigt sur les premières minutes.

Peut-il piloter une LED de puissance ou une bande de LED ?

Oui pour quelques centaines de milliampères. Au-delà d’un mètre de bande, on change d’échelle : la solution habituelle est un transistor à effet de champ de puissance, ou le même montage en couches avec un Darlington. Le principe reste identique, seule la tenue en courant change.

À combiner avec

Pour ce mini-projet, un kit Arduino Uno Starter contient déjà la carte, la plaque d’essai, les fils et des résistances : en y ajoutant ce transistor et une charge, vous avez tout le montage décrit ici. Une série de résistances 220 Ω couvre les LED, et le multimètre reste l’outil qui évite l’erreur de brochage.