Chapitre 4 transistors bipolaire suite.PPT

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  • TRANSISTOR EN RGIME DYNAMIQUE Fonctionnement damplificateur faibles signauxLa polarisation dun transistor est une opration nutilisant que des alimentations continues. Le but de la polarisation est dtablir un point de fonctionnement autour duquel les variations en courant et en tensions peuvent survenir en rponse un signal dentre courant alternatif. Dans les applications o des tensions de faibles signaux doivent tre amplifies, comme celles dune antenne ou dun microphone, les variations autour du point de fonctionnement sont relativement faibles. Les amplificateurs conus pour traiter ces petits signaux courant alternatifs sont appels des amplificateurs faibles signaux.Les systmes amplificateurs sont constitus de circuits base de composants actifs (fig.1)non linaire tel que le transistor. S(t)e(t)b(t)S(t) = A e(t) + b(t) +..A : Gain damplificatione(t) : signal dentreS(t) : signal de sortieb(t) : bruit extrieur Fig.1

  • Fig.2veb-ieComportement dynamique au 1er ordre en montage base commune du transistor bipolaireEvcbBCicLe circuit de la figure.2 reprsente un transistor bipolaire mont en base commune.Entre: ie, vebSortie: ic, vcbBase commune : Cela veut dire, que la base est relie la masse en rgime dynamiqueSi la T est constante, on peut toujours crire: ic = ie o reprsente le gain en courant en base commune.

  • ie = IES(Exp( veb/neUT ) -1 )Vue de lentre le transistor se comporte comme une rsistance . Elle est dfinit par : re= dveb/die = neUT/ (ie+IES)re: reprsente la rsistance dynamique de la jonction E-B comme le montre le modle de la figure.3.revebieFig.3B

  • Vue de la sortie le transistor se comporte comme une source de courant lie . Elle est dfinit par : ic = ie : reprsente le gain en courant en base commune. Le modle du circuit de sortie est reprsent par la figure.4.vcbicFig.4B ie gm veb gm: reprsente la pente du transistor bipolaire.gm = /reiC = ieveb = iereiC = veb/re

  • Le modle complet du premier ordre du transistor vue de lentre et de la sortie est reprsent par la figure.5.vcbicFig.5B ie vebreie

  • Fig.6vbeibComportement dynamique au 1er ordre en montage metteur commun du transistor bipolaireBvceECicLe circuit de la figure.6 reprsente un transistor bipolaire mont en metteur commun.Entre: ib, vbeSortie: ic, vcemetteur commun : Cela veut dire, que lmetteur est reli la masse en rgime dynamiqueSi la T est constante, on peut toujours crire: ic = ib o reprsente le gain en courant en metteur commun.

  • Ib = ic/ = IES(Exp( vbe/nbUT ) -1 )Vue de lentre le transistor se comporte comme une rsistance . Elle est dfinit par : rb= dvbe/dib = nbUT/ (ib+IES)rb: reprsente la rsistance dynamique de la jonction B-E comme le montre le modle de la figure.7.rbvbeibFig.7E

  • Vue de la sortie le transistor se comporte comme une source de courant lie . Elle est dfinit par : ic = ib : reprsente le gain en courant en metteur commun. Le modle du circuit de sortie est reprsent par la figure.8.vceicFig.8B ib gm vbe gm: reprsente la pente du transistor bipolaire.gm = /rbiC = ibvbe = ibrbiC = vbe/rb

  • Le modle complet du premier ordre du transistor vue de lentre et de la sortie est reprsent par la figure.9.vceicFig.9E ib vberbibRelation entre rb et re.rb = nbUT/ib et re= neUT/ie ie = ib + icrb = re( 1+ )

  • Fig.10v1Comportement dynamique au 2me ordre du transistor bipolairei2Le transistor peut tre considr comme un quadriple non linaire dont les caractristiques sont rsumes dans un rseau quatre cadrans ( fig.10).EntreSortiev2i1i2v2v1i1Transfert directTransfert inverseQSi les grandeurs dynamiques sont de faibles amplitudes, on peut linariser les relations du transistor , ce dernier se comporte comme un quadriple linaire dont les grandeurs dentre et de sortie sont relies par des quations de types matricielles ( M2x2)

  • La courbe de la figure.11 reprsente les variations en courant au collecteur et en tension vce pour des signaux de faibles amplitudes.VCE(V)IC(mA)IB= CsteFig.11VBE(V)IB(A)QABQ1Q2VCE0IC0vce(t)ic(t)Signaux de faibles amplitudesDroite de charge

  • Parmi les matrices les plus utilises, nous citerons:Matrice chaneV1I1=AV2I2Matrice impdanceV1V2=ZI1I2Matrice admittanceI1I2=YV1V2Trs utilise pour la mise en cascade dtage amplificateurTrs peut utiliseTrs utilise dans le calcul de montage amplificateur dans le domaine radiofrquences ( 3 Mhz 0.3 Ghz) (H.F V.H.F).

  • Matrice hybrideV1I2=HI1V2Trs utilise dans le calcul de montage amplificateur dans le domaine audiofrquences et moyennes frquences ( 300 hz 30 Mhz) .En gnral on utilise surtout la matrice hybride et la matrice admittance.V1=h11I1 +h12V2I2=h21I1 +h22V2I1=y11v1 +y12V2I2=y21v1 +y22V2V1V2h11h12V2h21I1h22I1I2+V2y11y12V2y21I1y22I1V1I2

  • Fig.12vbeibComportement dynamique au 2me ordre en montage metteur commun du transistor bipolaireBvceECicLe circuit de la figure.12 reprsente le modle dun transistor bipolaire mont en metteur commun.Entre: ib, vbeSortie: ic, vcevbe=h11eib +h12evceic=h21eib +h22evceVbeVceh11eh12eVceh21eibh22eibic+

  • Fig.13vbcibComportement dynamique au 2me ordre en montage collecteur commun du transistor bipolaireBvecCEieLe circuit de la figure.13 reprsente le modle dun transistor bipolaire mont en collecteur commun.Entre: ib, vbcSortie: ie, vecvbc=h11cib +h12cvecie=h21cib +h22cvecVbcVech11ch12cVceh21cibh22cibie+

  • Fig.14vebieComportement dynamique au 2me ordre en montage base commune du transistor bipolaireEvcbBCicLe circuit de la figure.14 reprsente le modle dun transistor bipolaire mont en base commune.Entre: ie, vebSortie: ic, vcbveb=h11bie +h12bvcbic=h21bie +h22bvcbVcbVcbh11bh12bVcbh21bieh22bieic+

  • Dfinitions des paramtres hybridesChaque paramtre h correspond une mesure en courant alternatif prise partir des courbes caractristiques du transistor. hi est la rsistance vue partir de la borne de lentre du transistor avec la sortie cour-cuite.Pour la configuration metteur commun. hie est le rapport entre la tension dentre Vbe et le courant lentre ib. h11e = hie= Vbe/ib hr est la mesure de la quantit de la tension de sortie qui est rachimine ( par rtroaction) vers lentre, avec lentre ouverte. hre est le rapport entre la tension dentre Vbe et la tension de sortie Vce. h12e = hre=Vbe/Vce hf est le gain en courant direct mesur avec la sortie en court-circuit. hfe est le rapport entre le courant ic et le courant ib. = h21e = hfe= ic/ib

  • h0 est la conductance vue partie de la borne de sortie, lorsque lentre est ouverte. h0e est le rapport entre le courant de sortie ic et la tension de sortie Vce. -1 = h22e = h0e= ic/VceRq: Les fiches techniques ne fournissent souvent que les paramtres h pour la configuration metteur commun. Il existe des relations liant les paramtres des trois configurations.h21b = ( h21e(1-h12e) +h11eh22e )/ Dh22b = h22e / Dh11b = h11e / Dh12b = ( h12e(1+h21e) - h11eh22e )/ DRq: Si h22e=0 et h12e= 0 ces paramtres deviennent :D = 1- h12e+h21e +he he = h11eh22e - h21eh12eh11b = h11e/ ( 1+h21e)D = 1+h21eh21b = h21e/(1+h21e) h12b = 0 h22b = 0

  • Les paramtres hybrides de la configurations collecteur commun en fonction de ceux de lmetteur commun sont : Modle frquentiel du 2me ordre.VbeVcerbgmvbeibCbrcCcrceLe modle frquentiel du 2me ordre du transistor pour la configuration metteur commun est reprsent par la figure.15. On utilise les paramtres admittances pour lanalyse des circuits. Fig.15ich21c = h21e - 1h22c = -h22e h11c = h11e h12c = 1 - h12eRq: Si h22e=0 et h12e= 0 ces paramtres deviennent :h21c = h21e - 1h22c = 0 h11c = h11e h12c = 1

  • Modle dEbers-Moll.Cest un modle dcrit par Ebers-Moll comme le montre la figure.16. Il est non linaire et valable en forts signaux. Il ne prend pas en considration les effets des charges stockes. Il est valable uniquement en continu dans les quatre tats de fonctionnement suivant, bloqu, normal, inverse et satur. Fig.16Premier modleBCEIS(Exp( vbe/neUT -1 )/f IS(Exp( vbc/neUT -1 )/r IS(Exp( vbe/neUT - Exp( vbc/neUT )

  • Ce modle a pour modle le modle prcdent auquel on ajoute sept composants comme le montre la figure.17. Ce modle permet lanalyse en transitoire et en frquentiel, il fournit galement des caractristiques statiques plus prcises. Fig.17Deuxime modleBCEIf - IR IR/rRC, RB et RE reprsentent les rsistances daccs, elles affectent les caractristiques en attnuant les pentes des courbes de rponses statiques et dynamiques.CEBRBRERCC1C2C1=Cdc+CjcC2=Cde+Cje If/f

  • Ce modle se ressemble a celui dEbers-Moll. La valeur des diffrentes paramtres de ce modle a t calcule sur des bases plus proches de la physique des semi-conducteurs. Les quations utilises pour ce modle sont plus prcises que celles dEbers-Moll. Elles ont t formules par Gummel-Poon en 1970 en prenant en compte de la modulation de la largeur de base et de leffet de la forte injection ( fig.18).Fig.16Modle de Gummel-PoonBCE(If IR)/Kqb IR/rCEBRBRERCC1C2C1=Cdc+CjcC2=Cde+Cje If/fIbcIbeIbIeIc

  • Ibe=ISe(Exp( vbe/neUT -1 ) If = IS(Exp( vbe/neUT - 1 ) IR=IS(Exp( vbc/nrUT -1 ) Ibc=ISc(Exp( vbc/nrUT -1 ) Ib= If/f + Ibe + Ibc + Ir/r IC = If/kqb + Ir/kqb - Ibc + Ir/r kkb= kq1[1 + ( 1 + 4 kq2 ) ]/2 kk1= 1/[1 Vbc/VAF Vbe/VAR] kk2= f Ibe/IKF + r Ibc/IKRVAF et VAR reprsentent respectivement les tensions dEarly en fonctionnement direct et inverse.IKF et IKR reprsentent respectivement le dbut de la rgion de forte injection en fonctionnement direct et inverse.nF et nR reprsentent respectivement les coefficient de courant dmission direct et inverse. Ic # ISExp( Vbe/neUT (1 + VCE/VAR ) )1>>VCE/VAR

  • Cbe=f IS(Exp( vbe/neUT )/ neUT + Cje0/[1 - Vbe/e ) me] Vbe < Fc eExpressions des capacits de jonctions base collecteur et base metteur Fc est appel facteur correctif, il est de lordre de 0.5.Cbe=f IS(Exp(vbe