Dispositifs Commandés en Courant : Types, Principes et Applications

Un dispositif commandé en courant est celui où le **courant de sortie (ou conductance) est principalement déterminé par un courant d'entrée**, plutôt qu'une tension d'entrée. Bien que les MOSFET dominent l'électronique moderne comme dispositifs commandés en tension, les dispositifs commandés en courant restent essentiels pour commutation haute puissance, amplification signal, et actionnement électromécanique.

1. Transistor Bipolaire (BJT) – L'Archétype

• Physique : Injection porteurs minoritaires à travers jonction Base-Émetteur polarisée direct. Courant collecteur (I_C) ∝ Courant base (I_B).
• Relation commande : I_C = β × I_B (β = h_FE, typiquement 50–500).
• Modèles : NPN / PNP. Discrets (TO-92, TO-220, TO-247, SOT-23) & Intégrés.
• Applications : Amplificateurs linéaires (audio, RF), Sources/miroirs courant, Commutateurs low-side/high-side, Circuits log/antilog, Capteurs température (V_BE), Logique ECL/TTL (historique).
• Limitation clé : Courant pilotage base requis en continu (puissance statique). Extinction lente (temps stockage). Rupture secondaire (SOA).

2. Famille Thyristor – Commande Courant Verrouillante

Une fois déclenchés par une *impulsion* de courant grille, ils se verrouillent ON jusqu'à ce que courant anode descende sous Courant maintien (I_H).

SCR (Silicon Controlled Rectifier)

• 3 bornes (Anode, Cathode, Grille). Unidirectionnel.
• Courant grille (I_GT) déclenche verrouillage régénératif structure PNPN interne.
• Applications : Commande angle phase (variateurs, chauffages), Démarrage progressif moteurs, Protection crowbar, Valves HVDC, Allumage.

TRIAC (Triode for AC)

• Équivalent bidirectionnel SCR (deux SCR anti-parallèles + grille commune).
• Déclenchement 4 quadrants (I+/III+, I-/III-). Sensibilité grille asymétrique.
• Applications : Commutation CA (éclairage, chauffage, vitesse moteur universel), Relais statiques.

GTO (Gate Turn-Off Thyristor) / IGCT

• Peuvent être éteints **PAR** impulsion courant grille négative (forte magnitude).
• Haute puissance (MW gamme) : Traction, HVDC, Grands variateurs. Remplacés par IGBT/IGBT-HT dans nouveaux designs.

3. Actionneurs Électromécaniques – Courant → Force/Mouvement

Relais (Électromagnétiques)

• Courant bobine (I_bobine) → Flux magnétique (Φ) → Force mécanique → Fermeture contact.
• Commandé courant : Courant enclenchement (I_pi), Courant déclenchement (I_do). Tension appliquée seulement pour générer courant bobine.
• Applications : Isolation, Commutation haute tension/courant, Circuits sécurité, Automobile, Télécom.

Électroaimants (Linéaires / Rotatifs)

• Courant bobine → Champ magnétique → Mouvement noyau/armature.
• Force ∝ (N·I)². Compromis course vs force.
• Applications : Vannes (pneumatique/hydraulique), Serrures, Flipper, Injecteurs carburant (courant pic-maintien), Relais (essentiellement électroaimants).

Moteurs à Bobine Mobile (VCM) / Actionneurs Bobine Mobile

• Force = B × L × I (Lorentz). Linéaire, proportionnel, pas d'hystérésis.
• Applications : Positionnement tête DD, Mise au point objectif (téléphone/appareil photo), Haut-parleurs, Étages précision.

4. Circuits Analogiques Spécialisés

Miroirs de Courant / Conveyors de Courant

• Circuits BJT ou MOS (diode-connected) forçant I_SORTIE = I_ENTREE (échelonné). Bloc fondamental CI analogiques (polarisation, charges actives, références).

Circuits Translinéaires (Cellule Gilbert, Amplis Log, Multiplicateurs)

• Exploitent relation exponentielle I_C-V_BE des BJT en boucles. Effectuent multiplication, division, RMS, log/antilog en signalisation *mode courant*. Haute vitesse, basse tension.

5. Mesure & Capteurs

• Transformateurs de Courant (TC) : Courant primaire induit courant secondaire (I_s = I_p / N). Isolation, mesure, protection.
• Bobine Rogowski : di/dt → Tension → Intégrateur → Courant. Flexible, pas saturation.
• Capteurs Effet Hall (Boucle Ouverte/Fermée) : Champ magnétique (du courant) → Tension. Boucle fermée réinjecte courant bobine annuler flux → Courant sortie ∝ Courant primaire. Large bande passante, CC+CA.
• Shunt + Amplificateur : Chute tension (V = I×R) mesurée. Pas « dispositif commandé courant » per se, mais transduction courant-tension.

Comparatif : Commande Courant vs Commande Tension

Aspect	Commandé Courant (BJT, Thyristor, Relais)	Commandé Tension (MOSFET, JFET, IGBT, Tube Vide)
Signal entrée	Courant (Iin)	Tension (VGS, VG)
Impédance entrée	Faible (kΩ–Ω)	Très élevée (GΩ–∞)
Puissance entrée statique	Oui (P = Iin×VBE)	Quasi nul (Fuite seulement)
Produit Gain-Bande	Élevé (fT 100 MHz–10 GHz)	Élevé (mais Cgs limite)
Bruit (BF)	Bruit grenaille (2qIB)	Bruit 1/f (MOS)
Durcissement radiations	Bon (BJT)	Mauvais (pièges oxyde MOS)
Usage typique	Haute puissance, RF, Analogique précision, Verrouillage	Logique, Commutation, Entrée haute Z, Gestion puissance

Les dispositifs commandés en courant sont loin d'être obsolètes. Ils sont le **choix natif physique** chaque fois que la source signal est un courant (photodiode, TC, capteur), où la linéarité transconductance (gm) importe (BJT), ou où action verrouillante simplifie commande puissance (Thyristors). Designs modernes hybridant souvent : Driver commandé tension (MOSFET/IGBT) pilotant grille dispositif puissance commandé courant (GTO, IGCT) ou utilisant BJT en étages analogiques précision.