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Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*COURS

Chapitre 3TRANSISTORS BIPOLAIRESFONCTIONNEMENT ET POLARISATION

Parcours EEA : Introduction l'lectronique

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Chapitre 3: TRANSISTOR BIPOLAIREConstruction : Jonctions P-N-P, N-P-NFonctionnement : IE = IB + ICFacteur damplification et polarisationGain de courant DC et polarisationModles DCMontage en metteur communCourbes caractristiquesEntre, SortieDroite de charge statiquePoint de fonctionnementFonctionnement en ampli ou commutateurPolarisation


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*III. Transistor bipolaireIII.1 Introduction le Transistor = llment clef de llectronique il peut : amplifier un signal amplificateur de tension, de courant, de puissance,... tre utilis comme une source de courant

agir comme un interrupteur command ( = mmoire binaire) essentiel pour llectronique numrique ...etc il existe : soit comme composant discret soit sous forme de circuit intgr, i.e. faisant partie dun circuit plus complexe, allant de quelques units (ex: AO) quelques millions de trans tors par circuit (microprocesseurs)


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Un TR bipolaire = lment SC dans lequel sont formes 2 jonctions trs voisines. Donc deux rgions de mme types de conductivit (N ou P) sont spares par une mince rgion de conductivit oppose appele base.

Il peut y avoir 2 types de transistors suivant que la rgion centrale (base) est de type N en P.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*I. Structure et fonctionnement dun transistor bipolaire Structure simplifieUn transistor bipolaire est constitu de 3 zones semiconductrices diffrentes, lmetteur, la base et le collecteur, qui se distinguent par la nature du dopage.Les deux jonctions PN se partagent la rgion centrale : la base. Le couplage entre les jonctions est lorigine de l effet transistor: le courant dans lune des diodes (gnralement dans la jonction base/metteur) dtermine le courant dans la seconde. Symtrie NPN/PNP: Les TR: PNP et NPN ont un comportement analogue condition dinverser les polarits des tensions.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Reprsentation symboliqueLe TR prsente 2 jonctions P-N dont les sens passant sont opposs: La zone comprise entre les 2 jonctions est trs mince, cest la BASE. Une des zones extrmes est fortement dope, cest lEMETTEUR du transistor. Lautre zone extrme, faiblement dope, est le COLLECTEUR du transistor.Sur le symbole du composant, lmetteur est distingu du collecteur par une flche indiquant le sens passant de la jonction base-metteur.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Fonctionnement physique simplifiVBE0VBE = 0,6VIB+IC+IE = 0IB > 0 , IC > 0IE < 0VBE = -0,6VIB+IC+IE = 0IB < 0 , IC < 0IE > 0Polarisation directPolarisation inversePolarisation directPolarisation inversePar convention, les courants entrants sont positifs


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*En fonctionnement normal, la jonction basemetteur (BE) est polarise en direct tandis que celle collecteurbase (CB) est en inverse.

Pour le transistor NPN, linjection dun courant dans la base contrle un courant proportionnel circulant du collecteur vers lmetteur (pour le PNP, cest lextraction).

Il en rsulte des courants: IE, IC, IB

polarisation TRB.swf


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*FonctionnementRelation entre les courants IE, IC, IBVBE

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Jonction B-C (en inverse): la grande partie Idp1 du courant Idp traverse la jonction BC car la polarisation inverse attire les trous vers le collecteur. la jonction BC il existe aussi un courant inverse de saturation IS (ICBO) qui sajoute Idp1 Billan des courants:C:\Documents and Settings\babboud.FST\Bureau\Nouveau dossier\transistors-animation.php.htm


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Rq: 95 99% trous provenant de E arrivent au collecteur (=IE ) on aura donc:En gnral: ICBO

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*On considre le TR comme un quadriple dont une lectrode est commune lentr et la sortie. Trois montages sont donc envisager:


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Diffrents montages du TRCRq: Montage Emetteur Commun le plus utilis pour lamplificationBip_ass.qt

MontageMontageMontageEmetteur CommunBase CommuneCollecteur Commun


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Ic=f(VCE)IB=f(VBE)IC=f(IB)VBE=f(VCE)Rseau de caractristiques


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Circuits de polarisation du transistor (fonctionnement statique) Le circuit de polarisation fixe le point de repos (ou point de fonctionnement statique) du TR.

Le choix du point de repos dpend de lapplication du circuit.

Il doit tre lintrieur du domaine de fonctionnement du TR (IC(B) < Imax,, VCE (BE)

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*VCE0IC0IB0VBE0QLe point de repos C:\Documents and Settings\babboud.FST\Bureau\Nouveau dossier\trans_npn.htm


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Diffrents montage de polarisation du TR &Influence de TPolarisation 2 sources


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Transformation du circuit laide du Thorme de Thevenin


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Influence de la temprature Risque demballement thermique :


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Variation des caractristiques dun TR avec la tempratureSiGe


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*ICEOIBIC


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Q est tant fix : le circuit doit le maintenir dans une zone dtermine du plan (IC ,VCE ) lorsque les paramtres du TR varient. Droite de charge tant choisie: suffit IC cst ( IC= IE ) donc IE


Rgions de fonctionnementTR (vulgarisation).pps

RGIONS DE FONCTIONNEMENT DUN TRANSISTOR BIPOLAIREJONCTIONBASE-COLLECTEURJONCTIONBASE-METTEURDIRECTVBC > 0INVERSEVBC < 0DIRECTVBE > 0SATURATION( Interrupteur ferm )Rgion active directeAMPLIFICATIONGain normalINVERSEVBE < 0Rgion active inverse( Mode damplificationpresque jamais utilis sauf en circuits TTL)BLOCAGE( Interrupteur ouvert )

BJT AUDIOTD TR en commut.ppt

BJT PUISSANCE

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Point doprationComme pour la diode, il faut pouvoir calculer le point dopration.Dans le cas du transistor, il sagit de trouver le point dopration sur les deux courbes en mme temps : la courbe dentre et la courbe de sortie.En pratique on nutilise pas la droite de charge sur la courbe dentre.

Montage en metteur communTransistor NPNMode directNous assumerons donc VBE = 0.7 lorsque la jonction B-E est en mode direct peu importe VCECette approximation rendra les calculs plus faciles sans trop perdre de prcision

Montage en metteur communB-E directC-B inverseTransistor NPN en rgion active ou linaire Se comporte comme un AMPLIFICATEUR

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Montage en metteur communNous avons aussi les relations suivantes quil est intressant de connatre

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*VALEURS LIMITESICmax : Courant collecteur maximumPCmax : Puissance maximaleVCEmax : Tension C-E maximaleIC maxPC maxPC maxNous sommes maintenant prts polariser le transistor pour lutiliser comme amplificateur

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION FIXEBoucle 1Boucle 2

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*cest la forme de polarisation la moins bonneIC dpend directement de CC qui peut varier avec la temprature.Si IC augmente avec la temprature, le point Q se dplace vers la zone de saturation.Polarisation fixe

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION FIXEExemple 4.7

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*MODE SATURATIONEn saturation, VCEsat 0On peut donc faire lapproximation :Pour tre en mode SATURATION il faut avoir ICsat tel que :

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*DROITE DE CHARGEOn peut varier la position du point Q en variant : RB(IB), RC(IC) et VCC Diminution de RB

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*DROITE DE CHARGEAugmentation de RC

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION RACTION DMETTEUROn augmente la stabilit puisque RE tend limiter les variations de IC dues aux variations de et de VBE.En effet, si IC augmente, alors IE et VE augmentent, ce qui contribue diminuer IB. Figure 4.17 Polarisation dun transistor bipolaire avec raction dmetteur

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION RACTION DMETTEURFigure 4.17 Polarisation dun transistor bipolaire avec raction dmetteurBoucle 1 B-ERE dans lmetteur est reflte comme une rsistance Ri dans la base. La valeur de Ri est :

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION RACTION DMETTEURRE dans lmetteur est reflte comme une rsistance Ri dans la base. La valeur de Ri est :

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION RACTION DMETTEURSi on assume que IE IC, alors on aura VCE tel que :Montrez que si on utilise lquation IE = IB + IC, alors on aura la valeur exacte de VCE soit :

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.4

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.5Regardons la variation de VCE lorsque le gain varie de 100 % ( 50 100) lorsquon a une polarisation fixe ( Ex. 4.1 ) vs une polarisation raction dmetteur ( Ex. 4.4 ). Lequel des 2 circuits de polarisation est meilleur ou plus stable ?

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*DROITE DE CHARGEPour lexemple 4.4, IB = 40 uA et IC = 2,01 mA. Dans quelle rgion de fonctionnement se trouve le point Q ?VC = 15,98 V, VB = 2.71 V et VE = 2,01 VAlors VBC = -13,27 V et VBE = 0,7VQ dans la rgion linaire ou amplification

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*DROITE DE CHARGEModifiez RB pour que le transistor soit dans la rgion de saturation. Les autres paramtres sont constants.RE = 1K, RC = 2 K et = 50Lorsque le transistor est satur, on a Rp: RB = 93.7 K

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION DIVISEUR RSISTIFOn veut liminer linfluence des variations de en fixant IE ( ou IC) plutt que IB.

Le diviseur fixe la tension VE et IB sajustera en fonction des variations de et de VBE pour maintenir IC constant. Le circuit de polarisation fonctionne comme une source de courant.Figure 4.17 Polarisation dun transistor bipolaire avec diviseur rsistif

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATION DIVISEUR RSISTIF (exact)La mthode exacte ncessite de produire le circuit quivalent Thvenin vu de la base et de le rsoudre pour trouver IB.Polarisation avec diviseur rsistif (mthode exacte)

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATIONDIVISEUR RSISTIF (exacte)

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.7 ( exacte )

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATIONDIVISEUR RSISTIFLa mthode approximative nglige la valeur du courant IB par rapport au courant qui circule dans R2.

Pour utiliser la mthode approximative, il faut que la relation suivante soit satisfaite :Figure 4.17 Polarisation avec diviseur rsistif ( mthode approximative )

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*POLARISATIONDIVISEUR RSISTIF ( approx. )Figure 4.17 Polarisation avec diviseur rsistif (mthode approximative)

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.8 ( approx. )Le reste de la solution se fait comme pour lexemple 4.7. Avec cette mthode, on note que lon ne tient pas compte de IB et de . Le point Q est donc indpendant de la valeur de

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.9 ( approx. )Lorsque la mthode approximative sapplique, la dpendance de VCEQ ou de ICQ par rapport aux variations de est ngligeable. Refaire lexemple 4.7 en assumant = 70 au lieu de 140

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.10 (exacte )

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple 4.10 (approx. )Comparaison des 2 mthodesMme lorsque Ri/R2 3 au lieu de 10, le rsultat est acceptableRiR1R2

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Modlisation des TRLa modlisation du TR=trouver un schma lectrique quivalent qui peut servir aux calculs thoriques.Thorie des quadriples:


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Modlisation du TR en dynamique & en rgime de petits signauxRq: Notons quil existe dautre modles plus complexes


Diode: Polarisation directe : a- Basse frquence :si on se trouve sur la partie conduction de la diode, ceci est dfinie par le point de fonctionnement en mode statique, le point de fonctionnement dynamique dcrit un segment de droite, c'est le parcours dynamique. La diode est donc de ce point de vue un lment linaire quivalent une rsistance. Le calcul de la valeur de rd peut donc ce faire de manire identique au modle source de tension relle, on obtient la valeurRappel sur les diodes

Courant de saturation de la diode

Jonction=condensateur plan d'paisseur wT, d'aire A et de constante dilectrique o wT, A et reprsentent.

La capacit de transition est alors : avecCapacit de transitionConsidrons une jonction polarise en inverse par une tension V < 0. La tension applique la zone de transition est alors T = - V .Capacit de transition de la jonction polarise en inverseon en tire finalement:

avec et

CT0=20pFVariations de capacit de diodes varicap CT0=2pFCT0=10pF

Capacit de diffusion ou de stockageEn polarisation direct des charges (lectrons ou trous) sont injectes dans les rgions quasi-neutres de la diode. Ces charges diffusent jusqu'aux contacts ohmiques constituant ainsi une charge stocke dans la zone neutre. Reprenons la rpartition des trous minoritaires dans la zone N pour une jonction P+N et modifions lgrement la tension de polarisation V d'une quantit dV. Il en rsulte une augmentation dpN(0) de la densit de trous injects au niveau de la jonction. La charge stocke dans la rgion N subit alors une augmentation de dQs. (zone hachure de la figure).

En rsum la jonction PN prsente deux types de capacits suivant qu'elle est polarise en inverse ou en direct: une capacit de transition en inverse. une capacit de diffusion en direct.Elle prsentera donc un comportement fortement non linaire et l'tude analytique ne pourra se faire qu'au moyen d'approximations linaires par morceaux.

b- Haute frquence :

En HF, il est possible de mettre en uvre un modle sous la forme d'une rd et d'un Cd. La rsistance rd est dtermine de la mme manire que prcdemment.

La Cd est lie au temps de transit moyen des porteurs minoritaires dans la zone de charge d'espace. Pour dterminer son expression il faut connatre la valeur de la charge Q engendre par les porteurs minoritaire dans les 2 zones c--d des 2 cots de la jonction.Une expression simple de la capacit de transite est:

Si on fait abstraction des capacits parasites, il est intressant de comparer les 2 schmas.Pratiquement cela signifie qu'il existe un temps de commutation entre le passage ON et OFF de la diode et par voie de consquence un dphasage entre le courant et la tension l'intrieur de celle-ci.Ce temps de commutation est de l'ordre de 10ns 10s.Si on superpose au rgime statique un rgime sinusodal, la tension aux bornes de la diode est

Polarisation inverse en rgime de petits signaux :

Dans ce modle on considrera la diode simplement comme un condensateur Ct(capacit de transition). Physiquement en polarisation inverse il existe une zone de charge d'espace, celle-ci se comporte comme un isolant puisque il est impossible de faire passer le moindre lectron entre les zones N et P. La valeur de Ct est dfinie comme la variation de la charge cause par la variation de la tension inverse C0 est la valeur de la capacit Ct Vi = 0. valeur de la barrire de potentiel comprise entre 0,4 et 1V. k vaut 1/2 pour une jonction abrupte et 1/3 pour une jonction linaire.

Les capacits de jonction

Si la jonction est polarise en sens direct : CD (Capacit de diffusion).Si la jonction est polarise en sens inverse: CT (Capacit associe la charge despace).

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Modle dynamique hautes frquences et faible signaux Aux frquences leves on ne peut pas ngliger les capacits internes des jonctions EB et BC. En mode actif : la jonction EB introduit une capacit de diffusion Cd (Cbe) la jonction BC introduit une capacit de transition Ct (Cbc)Schma quivalent dynamique hautes frquences: Schma de Giacoletto Ces capacits influencent le fonctionnement du transistor aux frquences leves et sont responsable dune bande passante limite des amplificateurs transistor bipolaire .


Rbb : rsistance de volume de la base, le point B' se trouvant la jonction Base-Emetteur ( centaine d'ohm) (B=point inaccessible);

Cb'e : capacit dynamique (ou de diffusion) de la jonction Base-Emetteur; elle est de l'ordre de la centaine de pF ;

Cb'c : capacit de transition base-collecteur due la charge d'espace de la polarisation inverse de la jonction ; elle est de l'ordre du pF (10 pF) (valeur souvent trs infrieure Cb'e) ; Rb'c : rsistance de transition base-collecteur de l'ordre du qqM (traduit les variations de dvce sur dib ).

Quelle est la signification des nouveaux lments de ce schma ? Exemple: T=25 0C pour IC =1mA

Rbb =100 Rbc =4 MRbe =2600 Cbc =3 pFCb'e =40 pF Rce =80 K b = gm Rbe = 100gm = 40 mA/V

Exemple numrique: Ic=1,3 mA la temprature ambiante. On a:Remarque:ib courant dans rbe (Source de courant lie gmvbe peut se mettre sous la forme bib : (Transconductance)

Relation entre les 2 montagesBasse Frequence:

Coupe dun transistor NPNPr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*


RemarqueFacile de mesurer les para hybride ou admittance en fonction de f, que de dterminer le schma naturel,Caractristiques : constructeur (courbes), variation de paramtre hyb h ou Y en fonction de f pour un point de polarisation donn, partir de ces courbes les paramtres du schma naturel peuvent tre calculer.



Relation entre les para du schma HF et les para hybrides ou (admittance)Calculs: on tient compte des ordres de grandeurs des diffrents lments, soit

Les paramtres h11e et h21e sont dtermins pour v2=0 en ralisant un CC entre collecteur et metteur. Lanalyse du circuit (figure 1) nous montre que le courant de CC : i2=gmvbe si lon nglige les courants traversant gce et ybc et que le courant i1 est gal au courant circulant dans ybe si lon nglige le courant dans ybc (Figure 2).Figure 1Figure 2

Dans la bande passante loin de la pulsation de coupure:On obtient donc:On a:

Les parametres h12e et h22e sont calculs pour i1=0:v2On a:soitest obtenu en dterminant le court i2.On a:eti"

Or lorsqueOr obtientdo

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Thorme de MillerDfinition:Si on place une impdance entre l'entre et la sortie d'un amplificateur de gain ngatif (-Av) (inverseur, comme l'metteur commun), alors, vue de l'entre, cette impdance est multiplie par: -(Av + 1). Application au schma de Giacoletto.On voit l'application immdiate au schma de Giacoletto: la capacit Cbc situe entre la base et le collecteur du TR, donc entre l'entre et la sortie d'un MEC sera multiplie par le gain de l'tage: vue de l'entre, elle vaudra plus d' 1nF! Elle devient alors prpondrante devant Cbe et c'est elle qui va limiter le fonctionnement en HF. Autres applications. Une autre application importante consiste utiliser cette proprit dans la conception de circuits intgrs. On fabrique des capacits avec deux surfaces mtallises en regard et spares par de l'isolant. La capacit est proportionnelle la surface, et en pratique, elle sera trs petite (impratifs de cots du silicium, donc des composants). On peut multiplier une capacit par effet Miller sur ces circuits, et gagner au choix de la surface de silicium ou augmenter la valeur de la capacit.


Effet Early :Si on trace le rseau de courbes IC=f(VCB) IE constant et le rseau IC=f(VBE) IB constant on observe que ces rseaux sont convergent vers un point que l'on nomme la tension d'Early VA. Cette tension est trs grande elle vaut dans les 130V pour les transistors NPN et 60V pour les PNP.

applicationLe comportement dun TR bipolaire en petits signaux peut tre tudi laide du schma de Giacoletto

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Analyse statique / analyse dynamique Point de fonctionnement statique Q Analyse statique : on ne considre que la composante continue des courants et tensions C circuit ouvert (aucun courant moyen circule travers C). A.N.:Vcc=15VR1=47kR2=27kRc=2.4kRE=2.2k=100


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Hypothses :transistor en mode actif schma quivalent du transistorAnalyse dynamique :h11ibHypothse:-Vcc la masse-Schma du TRic


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Pour C suffisamment leve on peut : Zc

Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Amplificateur metteur commun (EC)


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple : CB est ncessaire pour que le point de fonctionnement statique (vg= 0) ne soit pas modifi par la prsence du gnrateur de signaux.

Cc vite que la charge voit la composante continue de VC, et quelle influence le point de repos du transistor. Polarisation par diviseur de tension

Couplage capacitif avec la source, vg, et la charge RL.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Analyse statique :Les condensateurs agissent comme des circuits ouverts circuit de polarisation pont diviseur Analyse dynamique : Gain en tension (sur charge): Gain en circuit ouvert : 1/h22


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Impdance dentre : Impdance dentre vue de la source : Ze dpend de lendroit do vous regardez lentre de lamplificateur.(h11 ~qq. 100 qq. 1k Ohms)


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Impdance de sortie : Zs de lordre de quelques kW loin dune source de tension idale

AvL diminue lorsque RL < ~Rc Zs dpend de lendroit do vous regardez la sortie. Parfois RC constitue aussi la charge de lamplificateur (tout en permettant la polarisation du transistor)


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Mthode de calcul possible (en fait la plus simple ici) :Zs= RAB= rsistance entre A et B, avec vg court-circuit Zs = -vs / is !


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Droite de charge dynamique et dynamique de sortie : le point de fonctionnement reste sur une droite de charge dite dynamique


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*La forme du signal de sortie change lorsque le point de fonctionnement touche les limites, bloque ou sature, du domaine linaire.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Amplificateur EC avec metteur la masse :


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*4.7.3 Amplificateur collecteur commun (CC) ou encore montage metteur suiveur


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple:Ze


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Le transistor en mode actif

Le signal dentre est appliqu (inject) lmetteur du transisor

La sortie est prise sur le collecteur

La borne de la base est commune lentre et la sortie Base commune Particularits des amplificateurs BC :4.7.4 Amplificateur base commune (BC)


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* On se limitera au montage EC pour illustrer linfluence de la frquence du signal sur les performances dun amplificateur transistor bipolaire.4.7.5 Influence de la frquence du signal


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Hautes frquences


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*4.7.6 Couplage entre tagesExemple : Amplificateur avec - gain en tension lev- faible distorsion- bonne stabilit (thermique, dispersion)- impdance dentre leve - impdance de sortie faible


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Couplage capacitifExemple: amplificateur trois tages CC - EC - CC Utilisation de condensateurs de liaison, CL Les points de fonctionnement des 3 tages sont indpendants (en statique CL = circuit ouvert) (dans lhypothse o la rsistance interne de Vcc ngligeable) Les paramtres dynamiques (gains, impdances) ne sont pas indpendants ex: limpdance dentre du 3ime tage (= charge de ltage E.C.) dtermine le gain sur charge du 2ime tage, etc.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Inconvnient: les condensateurs imposent une frquence de coupure basse au montage (cf. plus loin) comme T1T2T3


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Couplage direct Pas de frquence de coupure basse Les circuits de polarisation des diffrents tages ne sont pas indpendants.Darlington Ze leve : Zs 24 k T1 ,T2=PNP!!


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Analyse statique :3V VCC polarise en directe les deux jonctions EB de T1 et T2 (transistors PNP)VCC= 30V5k27k24k6802.4kvsT1T2T3T4


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Mais attention.3V T4 en mode satur !!0.6V0.6Vrefaisons le calcul avec VBE=0.6V :au lieu de 3VAmplification des drives des composantes statiques


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Couplage par transformateur :


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*vsT1: hfe1 T2:hfe2 Impdance dentre du Darlington : (aprs les rsistances du pont diviseur) Limpdance dentre leve de T1 constitue la rsistance dmetteur (RE) de T2Ze Ib (T2) trs faible choix de R1 et R2


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Deux signaux dentre, V+, V- Sortie = collecteur dun transistorhypothse : T1 et T2 apparis (circuit intgr)4.7.8 Amplificateur diffrentiel


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Rgime dynamique: Mode diffrentiel:


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Mode commun:


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Signaux dentre quelconques :Do, par le principe de superposition :o = taux de rjection en mode commun (common mode rejection ratio)


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Schma quivalent de lampli diffrentiel: hoe-1 (effet Early de T3) est de lordre de quelques 100kW. En dynamique, hoe-1 joue le mme rle que RE et augmente considrablement CMRR.


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Exemple dapplicationThermostat


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*Figure 2.76ThermostatExemple dapplication


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*6. Contre-raction et amplificateur oprationnel Montage transistor avec rtroaction positive: transistor en satur/bloqu


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-*ABvevseB.vsRtroaction ngative ou contre-raction :Laction de la sortie sur lentre attnue la variation du signal de sortieex: A>0, B >0 (sans dphasage) la sortie converge vers :


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Amplificateur oprationnelArchitecture dun amplificateur oprationnel:


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Le schma simplifi (!) du LM741 :


Pr. B. ABBOUDParcours EEA : Introduction l'lectronique4-* Exemples de circuits avec rtroaction ngative :Sources de courant


GPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Il existe plusieurs mthodes pour polariser un transistor, cest dire pour fixer le point de fonctionnement statique (ou point de repos) des caractristiques lectriques. La position du point de repos recherche dpend de lapplication vise. Le circuit de polarisation doit tre choisi de manire garantir ce point de repos. On verra que selon le montage de polarisation, le point de repos est plus ou moins sensible la variation en temprature et lincertitude sur hFE. Ce sont ces proprits qui guideront lutilisateur vers le choix du circuit appropri. Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Lvolution des caractristiques dun transistor avec la temprature peut tre lorigine dun risque demballement thermique et de la destruction du transistor, si le circuit dans lequel il est plac est mal conu. Par exemple, si la T augmente alors que la tension VBE est maintenu fixe (par le circuit de polarisation), le courant IE et conjointement le courant IC augmenteront. EN consquence, la puissance dissipe augmentera galement et la temprature sera la hausse.

Pour contrer cette volution, il faut introduire une contre-raction dans le circuit (cf plus loin). Elle peut tre faite en sarrangeant ce quune augmentation de IC engendre automatiquement une diminution de VBE.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Le modle dynamique faibles signaux du transistor dcrit prcdemment nest valable qu basses frquences (> hie/hfe = 26/(IE hfe), on retrouve le rsultat de la page 94: Av = - Rc/RE. Lincohrence observe par lanalyse simplifie (page 94), lorsque RE tend vers zro, est supprime en raison de la prsence du terme hie. Ce terme est en effet responsable dune variation du potentiel VBE (vBE=hieib), qui a t nglige prcdemment.

Il est utile de connatre les ordres de grandeurs des paramtres hybrides : hie, hoe et hfe. Typiquement: hfe est souvent de lordre de 100. Le courant IE tant souvent prise gal qq mA, la rsistance hie est gnralement de lordre de quelques centaines qq milliers dOhms.Attention: ces valeurs sont trs grossires. Il existe des transistors particuliers dont les paramtres scartent de beaucoup de ses indications (voir leur fiche technique) mais les transistors les plus courants sy retrouvent bien.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Nous allons prsent passer en revue les diffrents montages amplificateurs un seul tage que lon peut concevoir partir dun transistor bipolaire. On calculera chaque fois les gains et les impdances dentre et de sortie.

Un amplificateur est dit Emetteur Commun lorsque la borne de lmetteur (avec ou sans rsistance dmetteur) est utilise comme lectrode commune entre lentre et la sortie. Il existe de nombreux amplificateur EC qui se distinguent par leur circuit de polarisation, le mode de couplage etc. Les paramtres dynamiques calculs ci-dessous restent cependant reprsentatifs de cette famille damplificateurs.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Ce montage amplificateur dj rencontr dans les pages prcdentes est un amplificateur EC puisque la branche de lmetteur est relie (via RE) la borne de rfrence commune lentre et la sortie (cest dire la masse ).Le condensateur CB est utilis pour faire varier le potentiel de la base sans perturber son potentiel statique (donc le mode de fonctionnement). Le condensateur Cc permet la charge (RL) de ne voir que la composante dynamique de la tension collecteur. Aucun courant continue ne peut traverser RL. Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Lanalyse statique de ce montage a dj t effectue auparavant. On supposera que les rsistances ont t choisies de telle manire ce que le transistor est en mode actif.Les gains et les impdances dentre et de sortie peuvent tre calculs en utilisant le modle dynamique du transistor.

Tout amplificateur EC est caractris par un gain en tension ngatif. Cela signifie que la variation des potentiels collecteur (sortie) et base (entre) sont en opposition de phase.La valeur absolue du gain dpend des rsistances du montage ainsi que des paramtres hybrides (hie et hfe) du transistor.En particulier, lorsque la rsistance dmetteur est suffisamment leve (> hie/hfe) le gain devient indpendant des paramtres du transistor. Cette stabilit vis vis des incertitudes des paramtres du transistor est due au phnomne de contre-raction quintroduit la rsistance RE. (cf dernier chapitre).Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*La dfinition de ce que lon peut appeler impdance dentre dpend de lendroit quon considre comme lentre!. Ainsi par exemple, limpdance dentre vue par la source du signal amplifier est gale Ze (cf figure). Cette impdance dpend des rsistances de polarisation (via rB). Il peut tre intressant de calculer limpdance dentre en aval du pont diviseur (Ze) pour mieux mettre en vidence linfluence des caractristiques du transistor sur la valeur de limpdance ou pour estimer le courant de base du transistor.

Dans la convention choisie pour le signe du courant de sortie (iL = -ic) , le gain en courant est ngatif. Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*La source de courant commande par ib est idale: le courant hfeib ne dpend pas de la charge => Zs est infinieEvidemment en ralit Zs est finie, puisquil faut tenir compte de leffet Early, cest--dire du paramtre hoe.

Vue de RL, le courant hfeib peut se partager entre Rc et RL. Ceci revient dire que limpdance de sortie Zs vaut Rc (cf transformation dun gnrateur de courant en gnrateur de tension, page 7.)

Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*En tenant compte de leffet Early, le calcul de limpdance de sortie se complique. On peut choisir lune ou lautre des mthodes proposes (page 8). Celle utilise ci-dessus repose sur le constat que limpdance de sortie (ou rsistance de thvenin) est gale la rsistance quivalente entre A et B lorsque les sources de tensions indpendantes sont mises en court-circuit et les sources de courants indpendantes sont remplaces par des circuits ouverts. En dautres termes le rapport entre la tension vs applique entre A et B et le courant is qui circule entre A et B en absence de sources externes est gale limpdance de sortie.On retrouve une impdance de sortie infinie lorsquon nglige leffet Early (hoe-1 infinie).Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*

Lorsquun signal est appliqu lentre de lamplificateur, le point de fonctionnement Q scarte du point de repos en respectant la relation entre ic et vce. En dautres termes, Q se dplace sur une droite de charge dite dynamique qui, en rgle gnrale, nest pas confondue avec la droite de charge statique.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*La dynamique du signal de sortie, cest--dire lamplitude maximale que lon peut avoir en sortie avant dobserver une dformation notable du signal est aussi un paramtre important considrer. Cette amplitude dpend grandement de la position du point de repos (donc du circuit de polarisation).Leffet dun mauvais choix du point de repos sur le signal de sortie est illustr sur les figures ci-dessus.Lorsquune tension suppose sinusoidale est applique lentre, le point de fonctionnement oscille autour de son point de repos en restant sur la droite de charge. Tant que lamplitude de loscillation est telle que le point de fonctionnement reste confin dans le domaine linaire (mode actif) du transistor le signal de sortie reste sinusoidale. Par contre, une distorsion apparat lorsque le point de fonctionnement touche les limites (bloque ou sature) du domaine linaire.

Dans le montage tudi ici, lamplitude doscillation maximale (sans dformation) est obtenue lorsque le point de repos est proche du centre de la droite de charge (VCE~VCC/2)Plus prcisment, vCEmax = min[VCEQ, (rc+RE)ICQ]. Au del, il y a dformation du signal. Le meilleur choix du point de rpos, pour cet exemple, est donc donn par VCEQ=(rc+RE)ICQ.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Nous avons vu que la rsistance RE est ncessaire pour garantir la stabilit du point de fonctionnement statique (page 85). Sa prsence affecte aussi les proprits dynamiques du montage. Le gain en tension est ainsi rendu peu sensible aux paramtres du transistor ( condition que RE>>hie/hfe) et limpdance dentre plus leve quen absence de RE. Si on souhaite augmenter le gain en tension sans affecter la stabilit thermique du montage, on peut liminer linfluence de RE sur le fonctionnement dynamique du montage en branchant un condensateur en // RE. On dcouple ainsi RE du schma dynamique, condition que la valeur de la capacit est prise suffisamment leve.La condition sur C peut-tre dduite immdiatement du gain en tension calcul prcdemment (page 104), en remplaant RE par limpdance quivalente RE//CE . Il suffit en effet que cette impdance soit trs infrieure hie/hfe pour que le gain ne dpende plus de RE.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Au lieu de prendre le signal de sortie sur le collecteur, on peut aussi suivre lvolution de la tension de lmetteur. Dans ce cas, on parle damplificateur collecteur commun, puisque le collecteur est reli la masse dynamique (soit directement soit travers une rsistance Rc), commune lentre et la sortie. Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Dans cet exemple, le collecteur est reli la masse dynamique. Le couplage avec la source du signal amplifier est effectu par le condensateur C et la sortie est prise sur lmetteur travers le second condensateur. Ainsi ni la charge ni la source vg ninfluencent le point de fonctionnement statique du transistor.Une analyse rapide (de premire approximation) permet de trouver le gain en tension et limpdance dentre : Gain: Le potentiel de lmetteur est gale celle de la base 0.7V prs. Par consquent si la tension de base varie (en raison de la prsence du signal dentre vg), la variation du potentiel de lmetteur varie de manire similaire, puisque la tension VBE est fixe 0.7. Par consquent le gain en tension vaut 1.En ralit, la tension VBE nest pas constante, puisque la rsistance dynamique hie de la jonction BE nest pas nulle.

Impdance dentre: le courant dynamique dentre est gale la somme des courants qui traversent les 2 rsistances de polarisation (R1 et R2) et le courant de base. Comme la tension VBE est considre comme constante (gale 0.7V), et comme le courant ib vaut iE / hfe , on constate que ib = vg/(RE//RL) = impdance dentre du transistor (Ze). Limpdance dentre de ltage vaut R1//R2//Ze.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*La troisime configuration possible dun transistor bipolaire au sein dun tage amplificateur est la configuration (ou tage) base commune. Le signal dentre est inject sur lmetteur et la sortie est prise sur le collecteur.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Dans les calculs des tages EC, CC et BC, toutes les impdances taient relles. Il en rsulte en particulier que les expressions des gains sont indpendants de la frquence! Ceci est videmment trop beau pour tre vrai. A trop basse frquence, les condensateurs ne peuvent plus tre considres comme des court-circuits dynamiques. Leur impdance lectrique est inversment proportionelle la frquenceTandis qu haute frquence, cest le modle du transistor qui doit tre reconsidr (cf page 98).

Les condensateurs de liaison ou de dcouplage comme les condensateurs internes du transistor dlimite le fonctionnement (nondispersif) de lamplificateur une bande passante. Les frquences de coupures sont dfinies comme tant les frquences laquelles le gain en tension chute de 3dB par rapport sa valeur dans la bande passante.Chaque condensateur de liaison constitue avec certaines rsistances du montage un filtre RC passe haut , de frquence de coupure caractristique (1/2prC). La frquence de coupure basse de ltage entier est par consquent gale la frquence de coupure la plus leve associe ces circuits RC.

Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*A haute frquence, ce sont les capacits internes au transistor qui introduisent des filtres RC passe-bas dans le circuit quivalent de lamplificateur. Noter que la frquence de coupure haute de ltage dpend la fois de la valeur des paramtres caractristiques du transistor (capacits internes, rsistances dynamiques, gain en courant) et des rsistances de polarisation et de charge du montage.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Pour amliorer les caractristiques dun amplificateur, on associe souvent plusieurs tages amplificateur, chaque tage jouant un rle bien dfini. Ainsi par exemple un tage EC stabilis (cest dire avec une rsistance dmetteur non totalement dcouple) peut servir introduire un gain en tension moyen tout en limitant les distorsions non-linaires. Plusieurs tages EC peuvent tre mis en sries pour augmenter le gain total de lamplificateur. Le couplage entre tage EC peut tre faite via des tages tampons (tages CC). Ltage de sortie, devant fournir une puissance leve, peut tre un tage CC, et ainsi de suite.

Le couplage entre tages doit tre faite de manire ce chaque tage continue fonctionner correctement, mme lorsque celui ci charge ltage en amont et possde comme charge ltage en aval.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Dans cet exemple on reconnat trois tages coupls par lintermdiaire des condensateurs de liaison, CL. Dans ce cas, les points de fonctionnement statiques des diffrents tages sont indpendents (ce qui en facilite la conception). Les condensateurs doivent tre choisis de faon ce que dans la plage de frquences, dans laquelle lamplificateur est amen travailler, leur impdance soit ngligeable devant les autres composants. En dynamique, les condensateurs se comportent alors comme un court-circuit.On ne peut viter la frquence de coupure basse introduite par leur prsence dans le circuit.

Le premier et le dernier tage sont des tages CC, alors que celui du milieu est un tage EC. Ltage CC dentre introduit une impdance dentre leve de lamplificateur et ltage CC de sortie assure une impdance de sortie faible. Le gain en tension de lampli est essentiellement d ltage EC.

Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*En dynamique, les diffrents tages sont coupls. Le gain en tension de lensemble nest gnralement pas gal au produit des gains en circuit ouvert, Av, de chaque tage. Chaque tage est en effet charg par limpdance dentre de ltage suivant.Le gain en tension total est donc gal au produit des gains sur charges.Nanmoins, dans ce cas prcis, le gain sur charge des diffrents tages ne diffrent que peu de leur gain en circuit ouvert. En effet limpdance dentre de ltage EC est bien plus leve que limpdance de sortie du 1ier tage CC et limpdance de sortie de ltage EC est bien plus faible que limpdance dentre du deuxime tage CC.

Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*On peut aussi coupler diffrents tages sans passer par des condensateurs de liaison. Dans ce cas par contre, les tages ne sont pas dcoupls en statique, ce qui rend plus complexe la conception du montage.

Lavantage du couplage direct est videmment labsence de frquence de coupure basse et par consquent, la possibilit damplifier des tensions continues.

Le circuit donn ci-dessus est constitu de 4 tages: deux tages CC et deux tages EC. Les deux premiers tages CC, pris ensembles, constituent un amplificateur Darlington (cf plus loin).En considrant comme prcdemment le rapport respectif des diffrentes impdances dentre et de sortie, on peut conclure immdiatement que le gain en tension des deux premiers tages vaut 1 (en premire approximation). Le premier tage EC est assez proche dune configuration circuit ouvert, puisque limpdance dentre du 4ime tage vaut 2400 xhfe~ 240kOhms et limpdance de sortie du 3ime tage vaut 27kOhms. Do le gain de 400 pour lensemble en circuit ouvert.

Limpdance dentre de lamplificateur est gale Ze du premier tage charg par limpdance dentre du second. En tenant compte des relations trouvs pour un tage CC (p119), on peut en dduire que limpdance dentre vaut approximativement 50MOhms!Limpdance de sortie du montage est gale celle de ltage EC, cest dire Rc=24kOhms.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*En statique, (vg=0 ) les jonctions EB des deux transistors (PNP!) T1et T2 sont polarises en directes par la tension dalimentation Vcc. Par ailleurs, la tension EC de T2 tant gale 1.4V et celle de T1 0.7, on peut conclure que les transistors T1 et T2 sont en mode actif. On en dduit les courants IE2 et IE1 .Le potentiel la base de T3 vaut peu prs 1.4V, ce qui suffit pour polariser en directe la jonction BE du transistor (NPN) T3.On peut en dduire le courant metteur de T3 ainsi que le potentiel collecteur de T3 (en supposant le courant de base T4 ngligeable). Idem pour T4.

Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Cet exemple illustre quel point le couplage directe entre tages amplificateur rend dlicat le positionnement du point de repos. Une lgre diffrence des grandeurs statiques (suite une drive ou la dispersion de fabrication) dans ltage dentre est amplifie par les tages suivants.Avec un couplage capacitif, les drives sont attnues en raison du filtrage passe-haut des condensateurs.Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Le couplage par transformateur est un couplage rsonnant, cest--dire limit une bande troite de frquence.Dans lexemple ci-dessus, linductance du primaire cre avec la capacit en parallle un circuit rsonnant: limpdance quivalente de ce diple passe par un maximum en fonction de la frquence. Comme cette impdance dtermine le gain du montage en amont, seule les composantes du signal dont les frquences sont proches de la frquence de rsonance sont amplifies.

Un exemple dapplication de ce type de couplage est la syntonisation en rception radio ou tlvision. (Slection du canal )Cours 3: Transistors bipolairesGPA-325GPA-325Hiver 2004Cours 3: Transistors bipolaires*Un amplificateur Darlington est constitu de deux tages C.C. (ou metteurs suiveur) monts en cascade. Do le gain en tension de 1. Limpdance dentre est celle du premier tage CC ayant comme rsistance dmetteur limpdance dentre du second tage.

Le courant dentre du Darlington Ie = Ib (T2) est beaucoup plus faible que dans le cas dun metteur suiveur un seul transistor. Les rsistances de polarisation (R1 et R2) peuvent donc prendre des valeurs plus leves (tout en respectant la condition Ib

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