Electronique Analogique

Amplificateurs à FET à faibles signaux

Présenté par: Boubkar BAHANI

Année : 2019/2020

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PLAN

• Fonctionnement d‘un amplificateur à JFET en faibles signaux

• Amplification par JFET

Circuit équivalent

Gain en tension

Effet de r’ds et de la résistance externe à la source sur le gain

• Amplificateurs à JFET à Source Commune

Analyse en c.c.

Circuit équivalent c.a.

Effet d'une charge c.a. sur le gain en tension

Résistance d'entrée

• Amplificateurs à JFET à Drain Commun

Gain en tension

Résistance d'entrée

• Amplificateurs à JFET à Grille Commune

Gain en tension

Résistance d'entrée

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Amplificateur à JFET à Source Commune

FANCTIONNEMENT D‘UN AMPLIFICATEUR A JFET EN FAIBLES SIGNAUX

+

-

ID

IS

IGSS

JFET à canal N sous Polarisation Automatique : Source c.a. couplée par C1 à Grille.

RG ( Plusieurs MW) :

- Garde Grille à 0 V c.c. (car IGSS 0)

- Empêche Chargement de Source

C2 Source à la masse en c.a.

Signal d'entrée Oscillation de Vgrille-source au-dessus et au-dessous du point Q

Oscillation de ID

ID en Phase avec Vgrille-source et VDS Déphasée de 180° par rapport à Vgrille-source

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Illustration graphique pour JFET à canal N

FANCTIONNEMENT D‘UN AMPLIFICATEUR A JFET EN FAIBLES SIGNAUX

+

-

+

Caractéristique de transfert et sur de drain

Courbes caractéristiques d’un JFET à canal N

Variation sinusoïdale de Vgs Variation de Id

Vgs oscille de VGSQ vers valeur plus négative Id

Vgs oscille de VGSQ vers valeur moins négative Id

Signal de Grille actionne Id au-dessus et au-dessous de IDQ sur droite de charge.

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AMPLIFICATION PAR JFET

Transconductance gm définit :

en c.c. par : gm = DID / DVGS

en c.a. : gm = Id / Vgs Soit : Id = gm . Vgs

Circuit équivalent

Modèle Idéal Complet :

• r’gs : Résistance Interne Grille-Source,

• ( gm . Vgs ) : Source de Courant Drain-Source.

• r’ds : Résistance Interne Drain-Source.

Circuits équivalents internes du JFET

a) Complet

b) Simplifié

Modèle Idéal Simplifié :

• r’gs >> Circuit Ouvert entre Grille et Source.

• r’ds >> Négligée.

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Gain en tension

Soit un circuit équivalent idéal du FET avec une RD externe :

Gain en tension c.a. de ce circuit

Av = Vsor / Ven où Ven = Vgs et Vsor = Vds

Circuit équivalent Vds = Id . Rd

Définition de Transconductance

Après substitution Soit : Av = gm . Rd

Exemple 9-2 :

Un certain JFET possède une valeur de gm = 4 mS. Avec une résistance c.a. au drain externe de 1,5 kW, quel

est le gain en tension idéal ?

Circuit équivalent simplifié du JFET avec

résistance au drain externe

AMPLIFICATION PAR JFET

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Effet de r’ds sur le gain

AMPLIFICATION PAR JFET

Si r’ds (Résistance interne Drain - Source) est prise en considération

apparaît en parallèle avec Rd

Si r’ds > 10 x Rd

Gain réduit par rapport au Gain Idéal :

Circuit équivalent du FET incluant la résistance interne entre le drain et la source r’ds

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Effet de la résistance externe à la source sur le gain

AMPLIFICATION PAR JFET

Id

Soit le circuit équivalent avec RS entre Source et Masse :

Ven totale entre Grille et Masse est : Ven = Vgs + Id . Rs

Vsor de sortie aux bornes de Rd est : Vsor = Id . Rd

Gain en tension est :

Après simplification :

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Amplificateurs à JFET à Source Commune

AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE

Entrée

Sortie

GD

S

Amplificateur à JFET à canal N monté en Source Commune sous polarisation automatique :

Source à la Masse virtuelle.

Entrée par Grille.

Sortie par Drain.

C1 et C3 : Condensateur de couplage à l'Entrée et à la Sortie.

C2 : Condensateur de dérivation autour de Source.

Amplificateur à JFET à Source Commune

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Analyse c.c.

ID

Q

D'abord déterminer les valeurs de polarisation c.c.

Développer un circuit équivalent c.c. :

Remplacer C1, C2 et C3 par des circuits ouverts.

Circuit équivalent c.c. d’un amplificateur à JFETà Source Commune

Détermination de ID :

SI circuit polarisé avec un point Q Centré sur la droite de charge :

SINON résoudre l'équation :

ID déterminée Procéder à l'analyse c.c. du circuit par :

VS = -VGS = -ID . RS VD = VDD - ID . RD VDS = VD - VS

AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE

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Circuit équivalent c.a.

GD

S

Analyser un amplificateur en c.a. :

Développer un circuit équivalent c.a. :

• Remplacer C1, C2 et C3 par des courts-circuits.

• Remplacer Source c.c. par une mise à la masse (Borne de VDD mise à la masse en c.a.)

Tension du signal à la grille

Générateur de tension c.a. Ven connectée à l'entrée.

Or RentréeFET >> Presque toute la tension d'entrée du générateur apparaît à la Grille.

Soit Vgs = Ven

Amplificateur Source Commune et son schéma équivalent c.a.

AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE

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Tension du signal à la sortie

Gain en tension pour l'amplificateur à FET à source commune s’exprime par :

Av = gm . Rd

Tension de sortie Vds au drain :

Vsor = Vds = Av . Vgs OU Vsor = gm . Rd . Ven

Avec : Rd = RD || Rcharge ET Ven = Vgs

Exemple 9-5 :

Quelle est la tension de sortie pour l'amplificateur sans charge à la figure ci-dessous ? Pour ce JFET

particulier, IDSS est de 12 mA et VGS(off) est de -3 V.

AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE

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Effet de charge sur le gain en tension

AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE

Si une charge est connectée à la sortie de l'amplificateur à travers C de couplage

Résistance c.a. au drain est en réalité RD en parallèle avec Rcharge

Amplificateur à JFET et son équivalent c.a.

Résistance c.a. au drain totale est :

Rcharge Réduit le gain en tension sans charge.

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Résistance d'entrée

Entrée d'un amplificateur à Source Commune étant la Grille

Résistance d'entrée RENFET est extrêmement élevée.

Idéalement RENFET

Ren Réelle vue par le générateur du signal

RGrille-Masse RG || [VGS / IGSS] avec VGS / IGSS = REN(Grille)

AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE

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AMPLIFICATEURS A DRAIN COMMUN

Entrée

Sortie

GD

S

Soit l’amplificateur à JFET à canal N monté en Drain Commun sous polarisation automatique:

Drain à la Masse virtuelle.

Entrée par Grille : couplage par C1.

Sortie par Source : couplage à la Charge par C2.

Pas de résistance de Drain.

Amplificateur à JFET à Drain Commun Source Suiveuse

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Gain en tension

AMPLIFICATEURS A DRAIN COMMUN

Gain en tension définie par : Av = Vsor / Ven.

Or Vsor = Id . Rs

Ven = Vgs + Id . Rs

Gain en tension entre grille et source : Av = Id . Rs / (Vgs + Id . Rs)

Après substitution de Id = gm . Vgs, on obtient :

Après simplification : Si gm . Rs >> 1 Av 1

Vsor (Source) en Phase avec Ven (Grille)

Tensions internes d'un amplificateur à Drain

Commun avec Rcharge combinée à RS

Résistance d'entrée

Entrée d'amplificateur à Drain Commun : Grille RENFET est extrêmement élevée.

Ren totale vue par le générateur RG || [VGS / IGSS] avec VGS / IGSS = REN(Grille)

Ren = RG || REN(grille) Avec REN(grille) = VGS / IGSS

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AMPLIFICATEURS A GRILLE COMMUNE

Entrée

GD

S

Sortie

Soit l’amplificateur à JFET à canal N monté en Grille Commun sous polarisation automatique:

Grille reliée à la Masse.

Entrée par Source.

Sortie par Drain.

Gain en tension

Gain en tension entre Source et Drain :

Soit encore : Av = gm . Rd Avec Rd = RD || Rcharge.

Expression à celle de l'amplificateur à JFET à Source Commune.

Amplificateur à JFET à Grille Commune

Entrée couplée à la Source par C1.

Sortie Drain couplée vers la Charge par C2.

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Résistance d'entrée

AMPLIFICATEURS A GRILLE COMMUNE

Source est l'entrée ayant une faible résistance d'entrée :

• 1° Courant d'entrée = Courant de drain Ien = Is = Id = gm . Vgs

• 2° Tension d'entrée = Vgs Ven = Vgs

Résistance d'entrée à la source est :

Soit :

Par exemple, si gm vaut 4000 µS, alors :

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Fin

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Solution 9-2 :

Av = gm . Rd = 4m . 1,5k = 6

Solution 9-5 :

VGS = ID . RS

ID = IDSS . [1 - (ID . RS / VGSoff)]² ID = 1,96 mA

VD = VDD - ID . RD = 12 - (1,96m . 3,3k) = 5,53 V

VGS = -ID . RS = -1,96m . 910 = -1,78 V

gm0 = 2IDSS / |VGSoff| = 2 . 12m / 3 = 8 mA

gm = gm0 . [1 - (VGS / VGSoff)] = 8m . [1 - (-1,78 / -3)] = 3,25 mS

Vsor = Av . Ven = gm . RD . Ven = 3,25m . 3,3k . 100m = 1,07 V