Electricite ge neraleh

1 1 1

2011

[by ] AZZEDDINE MAAQOUL

COURS D’Electricité générale AZ MA

ELECTRONIQUE N1

Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM

2

Les résistances

Quelques photos des résistances

Résistance classique 1/4 Watts (nous verrons plus

tard a quoi ceci correspond).

Vous pouvez voir ci contre différentes résistances

de puissance.

Les formes sont très variées. Electricité générale

Les résistances sont classées de la plus puissante

a la moins puissante.

ELECTRONIQUE N1


3

Symboles :

Symbole Européen, le plus utilisé actuellement. (Du moins en France).

ELECTRICITE GENERALE

Symbole Américain, utilisé dans les logiciels d'électronique américains.

Les différents paramètres d'une résistance:

La valeur ohmique: Elle s'exprime en Ohm " " (ou en Kilo Ohm "k " ou en Méga Ohm "M "). Plus

cette valeur est grande, plus la résistance va résister.

(1 M = 1000 k = 1.000.000 )

La puissance: Si on reprend notre analogie avec le barrage: plus le barrage sera solide plus il pourra

accepter d'eau. Ici, la solidité du barrage s'apparente a la puissance de la résistance, et la quantité d'eau au

courant circulant dans la résistance.

On verra plus bas comment se calcule cette puissance.

La tolérance: Les fabricants ne font pas des résistances parfaites, ils mettent donc une tolérance sur la

valeur annoncée.

Par exemple une résistance de 1000 Ohm 5% pourra avoir une valeur comprise entre 0.95*1000=950 Ohm

et 1.05*1000=1050 Ohm.

ELECTRONIQUE N1


4

La déviation en température: Sur les résistances très précises, il peut y avoir une bague correspondant a la

déviation en température. Elle s'exprime en ppm/°C (parties par million par degré celcius). En fait ce n'est pas

compliqué: Par exemple soit une résistance qui fait 1 Mega Ohm (= 1 million d'Ohm) et qui a une déviation en

température de 50ppm/°C: Lors d'une augmentation d'un degré de la température, la valeur de la résistance va

diminuer de 50 Ohm.

On peut écrire que: Variation(t°) = - t * Deviation_en_temp * R / 1000000

On obtient ainsi l'augmentation ou la diminution de la valeur de R en fonction de la variation de température:

Pour R=1500 Ohm, Deviation_en_temp=200 ppm/°C, t°=-10 (baisse de la température de 10°), on obtient

Variation=+3 Ohm

Notez tout de même que cette information sert très rarement.

Lecture de la valeur, ...:

Il existe plusieurs types de codage de la valeur d'une résistance. Le plus courant étant des bagues de

couleur autour de la résistance. On va donc commencer par celui la. Voici un document de chez RTC. Je

l'ai complété pour qu'il soit le plus complet possible:

ELECTRONIQUE N1


5

Les condensateurs :

Voici quelques photos de différentes condensateurs :

Ce sont des condensateurs chimiques polarisés.

Plus ils sont gros, plus leur capacité (voir plus bas)

et/ou leur tension est élevée ... et plus ils coûtent

cher!Ces condensateurs ont une valeur généralement

comprise entre 0.1 micro Farad, et 100000 micro

Farads. Vous remarquerez qu'il y a des condensateurs

axiaux (une patte de chaque coté), et des condensateurs

radiaux (les deux pattes du même coté). les

condensateurs radiaux sont maintenant les plus

courants. Remarque: polarisé signifie qu'il y a un sens

pour brancher les condensateurs, et que si vous les

branchez à l'envers, ils peuvent exploser (il se produit

une réaction chimique à l'intérieur: voir plus loin).

Pour des raisons de sécurité, certains gros

condensateurs sont munis de "soupapes de sécurité

Ce sont toujours des condensateurs chimiques,

mais haute qualité; c'est a dire qu'ils ont une très

faible résistance série, qu'ils sont capables de

fournir un courant élevé, qu'ils ont un courant de

fuite très faible, .... (J'ai mis une résistance en bas

a droite pour avoir un ordre d'idée de la taille du

condensateur jaune: 6.5cm*11.5cm)

Condensateurs chimiques non polarisés.

Il y a généralement écrit sur leur boîtier "BP" ou

"NP"

ELECTRONIQUE N1


6

Condensateur "Gold-cap": ce sont des

condensateurs qui ont une capacité énorme dans une

très petit volume.

En contre partie ils ont une résistance série très

élevée.

Condensateurs chimique a électrolyte solide

Ce type de condensateur plutôt rare est surtout

utilisé pour des applications ou la fiabilité et la

stabilité du condensateur sont indispensables.

les courants de charge et de décharge ne sont

pas limités

Condensateurs non chimiques.Ils sont tous

construits avec deux films métalliques, et un isolant entre

ces films; chacune des patte étant reliée a l'un des film.

L'isolant était du papier, et a été maintenant remplace par

4 sortes de plastiques, d'où les quatre familles.

Ces famille ont des valeur généralement comprises entre

0.1 nano Farad = 0.0001 micro Farad, à 10 micro Farad.

La famille MKT, réalisée avec du polyester

(polyéthylène ou mylar)Ces condensateurs sont les plus

courants de la catégorie; ils servent comme condensateurs

de couplage (liaison) et de découplage.

ELECTRONIQUE N1


7

Voici la famille des condensateurs MKP, réalisée avec du

polypropylène Leurs principales caractéristiques sont

une très bonne stabilité en fréquence, et leur excellent

comportement en régime impulsionnel.Ils sont entre

autres utilisés pour faire des condensateurs de précision.

(+- 2.5% pour le bleu en bas a droite par exemple,

sachant que l'ordre de grandeur d'une tolérance de

condensateur est 10 à 20%)

Voici la famille MKS, réalisée avec un isolant en

polystyrène (polysulfone métallisé, styroflex, ...) Ils sont

très apprécies pour leur très grande stabilité, même a

haute température (155°C).

Leur comportement en régime impulsionnel est excellent

Voici la dernière famille: MKC, réalisée avec du poly

carbonate. Leurs avantages sont: une grande stabilité et

fiabilité, une très forte résistance d'isolement. notez qu'ils

sont plutôt rares.

Voici un autre type de condensateur: les condensateurs

céramique.

Constitués d'un disque de céramique, sur lequel une patte

est connectée de chaque coté. Ils servent plutôt pour des

condensateurs de fable valeur (d'1 pico Farad = 0.000001

micro Farad, à 10000 pico Farads environ). Ils sont plus

ou moins stables, et ils sont surtout utilisés pour le

découplage.

ELECTRONIQUE N1


8

Ce sont des condensateurs céramique multicouches. Ils sont

caractérisés par de plus faibles dimensions que les condensateurs

précédents. Les couleurs au dessus des condensateurs servent a

déterminer le type de condensateur (stabilité plus ou moins grande,

ainsi que la tension nominale)

Ce sont des condensateurs céramique tubulaires.

On dirait des résistances, mais ça n'en n'est pas! Comment les

différencier: grâce à la couleur du corps: il est soir rose, soir vert pale.

Ils existent en différent format: de 1/8W à 1/2W.

Ces condensateurs ne sont a priori pas encore disponibles dans le

commerce.

Condensateurs variable. Ils sont basés sur la formule C = cte *

S, ou S est la surface en regard.

En tournant la vis, on fait varier la surface en regard, donc la

capacité

Symboles :

ELECTRONIQUE N1


9

Il y a beaucoup de symboles pour la même chose. Les Symboles C1 et C3 sont normalisés. Les autres sont

couramment utilisés. Le symbole C1 est utilisé pour les condo non polarisés. Les Autres pour les condos

polarisés.

Les différents paramètres des condensateurs.La capacité: Elle représente la

"force" du condensateur. Plus la capacité sera grande, plus le condensateur pourra s'opposer aux variations

de tension à ses bornes.

L'unité de mesure de la capacité est le Farad, noté F. Dans la pratique, les valeurs des condensateurs sont

plutôt comprises entre 1pF = 10^-12F, et 0.1F

La tension: elle s'exprime en volts continus. Elle correspond à la tension nominale, c'est à dire la

tension que peut supporter le condensateur en permanence à ses bornes. Attention, si vous mettez plus en

permanence, le condensateur peut exploser, et ça peut être dangereux ....

La tolérance: elle correspond aux écarts de valeur qu'il peut y avoir sur la capacité du condensateur.

Pour avoir les deux valeurs extrêmes du condensateur, il suffit de multiplier la valeur indiquée par 1 -

tolérance / 100 et 1 + tolérance / 100.

Par exemple un condensateur de 220µF = 0.00022F avec une tolérance de -10%/+30% aura une valeur

comprise entre 220*1-10/100 = 220*0.9 = 198µF et 220*1+30/100 = 220*1.3 = 286µF

Déviation en température: tout comme les résistances, les condensateurs dévient en température.

Pour les condensateurs à film, la famille MKT à un coefficient de température positif (de l'ordre de

quelques centaines de ppm/°C). C'est à dire que plus la température augmente, plus la capacité du

condensateurs augmente. Pour les autres condensateurs à film, le coefficient est négatif; c'est à dire que

plus la température augmente, plus la valeur du condo diminues.

Courant de fuite: un condensateur chargé, laissé longtemps déconnecté finit par être décharger;

c'est comme s'il y avait une résistance de très forte valeur entre les deux bornes du condo. Par

exemple pour un condo de 4700µF 63V, le courant de fuite est d'environ 2mA

Résistance série: le condensateur n'est pas parfait, c'est à dire qu'il n'est pas capable de fournir ou

de recevoir un courant infini. En effet, tout se passe comme s'il y avait une résistance de très

faible valeur en série avec le condensateur. Par exemple pour le condo de 4700µF 63V, la

résistance série est de l'ordre de 0.04 Ohm

ELECTRONIQUE N1


10

Description des condensateurs

L'unité de mesure officielle de la valeur des condensateurs est le Farad

1 milli Farad (1mF) = 0.001F = 10^-3F

1 micro Farad (1µF) = 0.001mF = 10^-6F

1 nano Farad (1nF) = 0.001µF = 10^-9F

1 pico Farad (1pF) = 0.001nF = 10^-12F

Dans le commerce, on trouve généralement des condensateurs de 1pF à 1F~ Le micro Farad est l'unité de mesure

généralement utilisée pour la mesure de la valeur des condensateurs chimiques et tantale.

~ Le micro Farad et le nano Farad sont utilisés pour les condensateurs à film (MKT, MKP, ...)

~ Enfin, le pico et le nano Farad pour les condensateurs céramiques.

Les valeurs des condensateurs sont normalisées (même valeurs que pour les résistances).

En général pour les condo chimiques, les valeurs sont des multiples de la série E6, à savoir 10, 15, 22, 33, 47, 68Et

pour les condo non polarisés, les valeurs sont des multiples de la série E12, à savoir 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47,

56, 68, 82

Concernant les tensions nominales (c'est à dire les tensions que l'on peut appliquer au condo en permanence. On parle

également de tension maximale, dans ce cas c'est la tension la plus élevée qu'on peut appliquer passagèrement aux

bornes du condo. Un ordre de grandeur: tension max = 1.15 * tension nominale), elles sont plus ou moins

normalisées:voici les plus courantes en Volt: 5.5, 6.3, 10, 16, 25, 35, 40, 50, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000

Généralement l'indication est donnée en volts continus. (remarque: Vcontinu = 1.414Valternatif). Lorsqu'elle est

indiquée en volts alternatif, c'est que le condo est prévu pour fonctionner en alternatif (par exemple un condo classe X

ou X2, ou classe Y). Ce genre de condo est fait pour être branche directement sur le 220V alternatif, il comporte donc

des sécurités: auto cicatrisant, ...Parfois on trouve des indications complémentaires qui correspondent aux

températures de fonctionnement

ELECTRONIQUE N1


11

La tolérance des condensateurs est indiquée par une lettre entre B et Z. Voici la correspondance avec la

tolérance:

Lettre

B

C

D

F

G

H

J

K

M

R

T

Z

Toléran

ce

corresp

ondante

(C>=10

pF)

0.

1

%

0.2

5

%

0.

5

%

1

%

2

%

2.

5

%

5

%

1

0

%

2

0

%

+

3

0/

-

2

0

%

+6

5/-

20

%?

+8

0/-

20

%

Tolérance

correspon

dante

(C<10pF)

+-

0.1

pF

+-

0.2

5pF

+-

0.5

pF

+-

1p

F

+-

2p

F

S

+50/-

20%

ELECTRONIQUE N1


12

Codage n°1: le marquage en clair ... ou presque!

Pour les condensateurs chimiques ou tantale, il n'y a normalement pas de problème, la valeur est

écrite en clair, et parfois il y a même l'unité. On trouve également la tension, et parfois la

tolérance, soit indiquée en clair soit indiquée par une lettre (voir tableau ci dessus).

L'unité sert souvent de point décimal. par exemple un condensateur de 6.8µF sera codé 6µ8

Exemples:

- 150µ-M 16V est un condo de 150µF, 16V nominal continu, tolérance 20%

- µ47 63V K est un condo de 0.47µF, 63V nominal continu, tolérance 10%

- .47µ 35V est un condo de 0.47µF, 35V nominal continu, tolérance inconnue. Attention il y a un

point avant 47µ

- 220/25 est un condo de 220µF, 25V. Ca ne peut pas être un condo de 25µF 220V, car 25µF n'est

pas une valeur normalisée. Codage n°2: le code des chiffres C'est le même principe que pour le code couleur des résistances, sauf que les bagues sont représentées par

des chiffres. La valeur est toujours indiquée en pico Farads (pF). La tolérance - quand elle est

indiquée - est codée à l'aide d'une lettre (voir plus haut).

Les deux premiers chiffres sont les chiffres significatifs, quand au troisième, il détermine le nombre de

zéros.

Exemples:

~ 561 = 56 + un "0" = 560pF

~ 225K = 22 + cinq "0" = 2200000 = 2.2µF le K signifie que la tolérance est 10%

~ 683J100 est un condo de 68000pF = 68nF, tolérance 5%, 100Volts

~ 479 est un condo de 4.7pF ATTENTION: le "9" signifie qu'il faut diviser par 10, et non pas mettre 9

zéros. (c'est la norme, mais je n'ai jamais rencontré de tels condos, une telle valeur sera plutôt notée 4.7)

ELECTRONIQUE N1


13

Tension maximale/Tension efficace

Umax / Ueff = 1,41,

ou, plus exactement, Umax / Ueff = 2

Donc, retenez que la valeur de tension que l'on donne est pratiquement toujours la

valeur efficace.

Pour obtenir la valeur maximale, celle que l'on a sur la prise de courant, multipliez

Ueff par 2

Qu'est-ce qu'un multimètre ?

Un multimètre simple regroupe généralement un

Voltmètre (pour mesurer une tension), un Ampèremètre

(pour mesurer une intensité) et un Ohmmètre (pour

mesurer une résistance)

On trouvera souvent d'autres fonctions qui permettent de

vérifier le bon, ou mauvais, état de certains composants.

On peut voir l'écran en haut, le sélecteur au centre et,

autour du sélecteur, les différentes fonctions telles que

voltmètre, ampèremètre et ohmmètres. Dans chaque

fonction (celles ci étant entourées d'une couleur: vert, noir

ou rouge), on trouve des points avec des valeurs : par

exemple, dans la fonction ohmmètre (repérée par le

symbole , on trouve les valeurs 200, 2000 20K, 200K et

2000 K. Ces valeurs sont appelées calibres. les valeurs

sont données dans l'unité de la mesure : ici, l'unité est

l'ohm, donc, 200=200 ohms, 2000=2000 ohms etc.

Lorsqu'une valeur est suivie d'un K, celui ci signifie

"Kilo" (mille fois plus grand). par exemple, 200K=200

kilo-ohms (=200000 ohms).

ELECTRONIQUE N1


14

1. Rappels

1.1 Les théorèmes

1.1.1 Superposition

le courant circulant dans un élément d’un circuit électrique est égal à la somme des courants qui seraient produits

dans cet élément par chacune des sources de tension agissant seule, les autres sources étant remplacées par des courts-

circuits.

Exemple ; soit le circuit suivant :

+ -

R1

UR1

R2

UR2+-

Is

Es2+

+

Es1

Figure 1.1 Théorème de superposition

où ES1 = 20V, R1 = 1k, R2 = 2k et ES2 = 10V.

Alors, si l’on mesure IS , UR1 et UR2 tel que représentés sur la Figure 1 on obtient:

1) - en fonction de ES1 , on remplace ES2 par un court-circuit

RT = R1 + R2 = 3 k

IS = ES / RT = 6,667 mA

UR1 = IS * R1 = 6,667V

UR2 = IS * R2 = 13,334V

2) - en fonction de ES2 , on remplace ES1 par un court-circuit

RT = R1 + R2 = 3 k

IS = eS / RT = 3,333 mA

UR1 = IS * R1 = 3,333V

UR2 = IS * R2 = 6,667V

Solution finale ) IS = 6,667mA + 3,333mA = 10mA.

UR1 = 6,667V + 3,333V = 10V.

UR2 = 13,334V + 6,667V = 20V.

ELECTRONIQUE N1


15

Exemple; soit le circuit suivant:

+ -

R1

UR1

R2

UR2+-

Is

es

Es

+

Figure 1-1 Théorème de superposition

où ES = 20V, R1 = 1k, R2 = 2k et eS = 10Veff. 0o à fréquence de 5 kHz.

Alors, si l’on mesure IS , UR1 et UR2 tel que représentés sur la Figure 1-1 on obtient:

1) - en fonction de ES , on remplace eS par un court-circuit

RT = R1 + R2 = 3 k

IS = ES / RT = 6,667 mA

UR1 = IS * R1 = 6,667V

UR2 = IS * R2 = 13,334V

2) - en fonction de eS , on remplace ES par un court-circuit

RT = R1 + R2 = 3 k

iS = eS / RT = 3,333 mAeff. 0o à fréquence de 5 kHz.

uR1 = iS * R1 = 3,333Veff. 0o à fréquence de 5 kHz.

uR2 = iS * R2 = 6,667Veff. 0o à fréquence de 5 kHz.

Solution finale )

iS = iS + IS = 3,333 mAeff. 0o à fréquence de 5 kHz avec une composante

continue de 6,667 mA

uR1 = iS * R1 = 3,333Veff. 0o à fréquence de 5 kHz avec une composante continue

de 6,667V.

uR2 = iS * R2 = 6,667Veff. 0o à fréquence de 5 kHz avec une composante continue

de 13,334V.

ELECTRONIQUE N1


16

1.1.2 Thévenin

Tout circuit linéaire composé d’une ou de plusieurs sources et de plusieurs résistances peut être remplacé par

une source de tension unique (Eth) et une résistance unique (Rth). Ce théorème nous permet donc d’isoler une partie

précise d’un réseau.

Exemple : Soit le circuit suivant :

R3- +

R2

-

+

R4

-

+

R5R1+ -

Es=15V

a

b

R6

-

+

Figure 1-2 Méthode de Thévenin

où R1 = 1k, R2 = 3k, R3 = 2k, R4 = 3k, R5 = 500,

Dans cet exemple, l’élément à isoler est la résistance R6 . Nous avons à calculer les paramètres du circuit

équivalent de Thévenin pour la partie encadrée. La méthode consiste, premièrement, à calculer Rth en

remplaçant toutes les sources de tension par des courts-circuits et en calculant la résistance totale vue entre

les bornes a et b sans tenir compte de R6. Deuxièmement, on doit calculer Eth mesurable entre les bornes a et

b en remplaçant R6 par un circuit ouvert. Le résultat donne le circuit équivalent de Thévenin suivant :

Rth

+

Eth

Figure 1-3 Circuit équivalent de Thévenin

où Rth = R5 + (1 / ((1 / R2) + (1 / R4) +(1 / (R1+R3))) = 1,5 k

et Eth = (15V / 4,5k) * 1,5 k = 5V

a

b

ELECTRONIQUE N1


17

2. La Diode 2.1 Les semi-conducteurs.

Un semi-conducteur, comme son nom l’indique, n'est pas assez conducteur pour être utilisé comme

conducteur et ni assez isolant pour être utilisé comme isolant. C'est pour cela qu'on le nomme semi-

conducteur.

Le matériel semi-conducteur le plus répandu est le silicium. On le retrouve sous la forme de cristaux. Dans

un solide, les atomes se rejoignent pour former des cristaux. Les liens qui les retiennent sont dits convalents:

le même électron est partagé par deux noyaux. Un atome de silicium a, sur sa dernière couche quatre

électrons, c’est-à-dire qu’il est tétravalent: il serait bien content d'en avoir huit. C'est pourquoi il s'associe

avec quatre autres atomes à l'aide des liens covalents. La Figure 2-1 schématise l’explication.

Figure 2-1: Cristal de silicium et liens covalents.

Le silicium comme tel est très résistant. À l'état pur, il n'est guère utile. On modifie la résistance des semi-

conducteurs en introduisant des impuretés convenables dans leur structure cristalline. On dit que le semi-

conducteur est dopé. Ceci est réalisé en introduisant des atomes ayant des électrons en plus, ou en moins, sur

leur dernière couche. Par exemple, l'arsenic, le phosphore et l’antimoine en ont cinq, donc un de trop. Le

bore, le gallium et l’indium en ont trois; il en manque un. Les trois premiers sont pentavalents et les trois

derniers, trivalents. Le niveau habituel de dopage va d’un atome d’impureté par 106 à 10

8 atomes de

silicium.

L'addition d'un élément pentavalent crée un surplus d'électron. Les liens étant tous complétés, les électrons

en trop peuvent se promener d'un atome à l'autre. Ce type de dopage produit un matériel semi-conducteur de

type N.

L'addition d'un élément trivalent crée un manque d'électrons qu'on appelle trous. Un électron manquant dans

la structure cristalline laisse une place libre où un électron peut venir se placer en provenant du lien voisin,

laissant alors un trou où il était. Le courant électrique est appelé un courant de trous, les trous semblant se

déplacer. Ce type de dopage produit un matériel de type P.

Les électrons libres dans un matériel de type N et les trous dans un matériel de type P sont appelés les

porteurs majoritaires du courant électrique.

ELECTRONIQUE N1


18

électron en

surplus trou

élément pentavalent élément trivalent

Type N Type P

Figure 2-2: Types de matériau semiconducteur

2.2 La jonction PN.

Que se passe-t-il lorsqu'on réunit un matériel P avec un N? On obtient une jonction PN.

Figure 2-3

À la Figure 2-3 de gauche, on vient juste de juxtaposer les deux matériaux l’un à côté de l'autre. À la Figure

2-3 de droite, par effet de diffusion, les électrons du côté N traversent du côté P et remplissent les trous. Les

atomes du côté P, ayant besoin d'électrons pour compléter leurs liens covalents les prennent. Ces atomes,

étant évidemment près de la jonction, deviennent des ions négatifs à cause de l'électron de trop dans leur

structure. De l'autre côté, c'est-à-dire du côté N, les atomes ayant un électron de trop pour compléter leurs

liaisons covalentes perdent cet électron et deviennent des ions positifs. On a alors autour de la jonction

l’apparition de ce qu'on appelle un dipôle. Ce processus va se continuer jusqu'à ce que le champ électrique

créé par le dipôle soit assez puissant pour empêcher d'autres électrons de traverser la jonction; on aura alors

l'équilibre. Cet équilibre se fait jusqu’à environ 0,7V.

Ainsi, les électrons qui étaient des porteurs majoritaires du côté N vont vers le côté P en éliminant ainsi aussi

les trous du côté P. On a alors une zone dépourvue de porteurs majoritaires. On appelle cette zone la zone de

déplétion. Le champ électrique provenant du dipôle crée une différence de potentiel appelée barrière de

potentiel. Cette barrière de potentiel vaut 0,7 volts pour le silicium.

ELECTRONIQUE N1


19

Zone de déplétion

ou

de transition

Figure 2-4: Zone de déplétion autour de la jonction PN

2.3 La diode.

2.3.1 La diode et ses fonctions:

La diode en protection

La diode en redressement

La diode et la tension

La diode protectrice :

On utilise les diodes pour obliger le courant d'aller dans un sens, et pour lui interdire d'aller dans l'autre. On peut donc

les utiliser comme protection, pour éviter d'abîmer un appareil électrique en se trompant de sens en mettant les piles.

On place alors la diode dans le sens ou doit passer le courant, juste avant la borne "-" ou juste après la borne "+" :

ces deux façons protègent aussi

efficacement l'appareil en cas

d'inversement des bornes "+" et "-".

Figure 2.5

ELECTRONIQUE N1


20

La diode en redressement :

La diode peut être utilisé pour redresser du courant alternatif. On obtient alors le même type de courant que celui

sortant d'une dynamo.

Les pont de diodes existent en boîtiers tout fait. Ces

boîtiers ont 4 broches : 2 pour brancher l'alternatif, qui

sont repérer par les signes "~". Il n'y a pas à se soucier de

la polarité: peu importe le branchement. En revanche, Les

deux autres broche sont repérés :il y a un "+" et un "-": il

ne faut pas se tromper !.

En 1., vous avez le branchement des 4 diodes dans un

pont de diodes. En branchant de cette façon 4 diodes,

vous réalisez un pont de diode. Le 1. est également la

représentation schématique du pont de diode. Vous devez

le représenter comme cela (sans les flèches, biens sûr) !.

Figure 2. 6

La diode et la tension :

Pour fonctionner, la diode doit avoir entre ses bornes une tension minimale de 0,6 volt (ou 0,2 pour les germanium).

De ce fait, on perd cette tension... Ainsi, si l'on met deux diodes au silicium en série, on perdra 2 x 0,6 = 1,2 volts !

Concrètement, si la tension était de 12 volts à l'origine, on aura plus que 10,8V ! C'est un phénomène qui se produit

dans le pont de diode: il y a 4 diodes, mais seules 2 fonctionnent en même temps, donc, on perds 1,2 volts. (et même

1,4 car parfois, la tension de seuil est de 0,7 volts) Presque la tension d'une pile de 1,5 volts ! 1,2 volts, c'est aussi la

tension présente aux borne d'un accu LR6 (type "1,5 volts"). Finalement, on perds pas mal !

Dans un pont diviseur de tension, on peut aussi remplacer R2 par une diode au silicium... Dans un cas précis: celui

de la mesure de température... En effet, la tension de seuil d'une diode au silicium varie très précisément de 2

millivolts pas °C. Et donc, la tension recueillie au point A aussi... C'est donc un excellant capteur de température !

ELECTRONIQUE N1


21

Utilisation d'une diode

Il, existe plusieurs sortes de diodes, mais elle sont souvent semblable: un cylindre avec deux patte et sur lequel il y à

un anneau ou un point. Cette anneau représente la cathode de la diode. C'est lui qui représente la pointe de la flèche:

Figure 2.7

Lorsque vous branchez une diode, vous devez donc branchez le "+" du côté opposer à l'anneau et le "-" du coté de

l'anneau.

NE JAMAIS BRANCHER UNE DIODE DIRECTEMENT AUX BORNE D'UN

GÉNÉRATEUR, car, placer dans son sens passant, le "bon sens", la diode se comporte quasiment comme un fil

électrique et n'oppose presque pas de résistance. Cela créé donc un court-circuit.

Figure 2. 8

ELECTRONIQUE N1


22

Comme pour les résistances, il existes différents types de diodes:

o Les diodes de redressement

o Les pont de diodes

o Les LED ou DEL

o Les photodiodes

o Les diodes Zener

o Les diodes Varicap

Les diodes de redressements

Ce sont les diodes les plus connues, celles que l'on à vue plus haut.

Les ponts de diodes

C'est un assemblage particulier entre quatre diodes

Les L.E.D., ou D.E.L.

Les LED (Light Emitting Diode - Diode à émission de lumière-), ou DEL, en français (Diodes Electroluminescentes),

sont des diodes qui émettent de la lumière lorsque le courant les traversent dans leurs sens passants.

Voici à droite des DELs, de couleurs, grossies (le

diamètre est généralement de 3 ou 5 millimètres.

ELECTRONIQUE N1


23

Les Photodiodes

Une photodiodes laissent passer le courant en présence de lumière.

Les photodiodes sont brancher DANS LE SENS INVERSE par rapport à une diode normale.

La cathode, représenter par la barre sur le schéma, l'anneau ou le point, ou l'ergot sur le composant, se branche du

côté "+".

Les photodiodes peuvent avoir 2 aspects:

- l'aspect d'une diode normale

- - l'aspect d'une DEL

- Les photodiodes sont sensible, selon le type, soit à la lumière visible (lumière solaire ou artificiel), soit à la

lumière infrarouge ou encore aux deux (attention dans ce cas: si vous faites des barrières infrarouge, la

lumière du soleil (qui de toute façon contient des infrarouges -IR- ne doit pas influencer le montage).

- Dans le cas des photodiodes sensible à la lumière infrarouge, il existe également des diodes émettrice de

rayon infrarouge. tout comme il existe des diodes émettant de la lumière visible (les DELs) !

- Dans le cas des diodes émettant un rayon infrarouge, le schéma est le même que ci-dessus, mais les flèches

sont tournées vers l'extérieur.

Les diodes Zener

Les diodes Zener sont des stabilisateurs de courant continue

.

Par exemple, si vous voulez alimenter un appareil en 9 Volts, et surtout pas plus que cette tension, vous mettrez une

diodes Zener en parallèle de votre appareil.

Comme il n'existe pas de diodes Zener de 9 V, vous allez utiliser la valeur la plus proche, c'est à dire, 9,1 V.

Remarquez la résistance. Cette résistance est INDISPENSABLE. la diode Zener risque de "griller" sans cette

résistance. Remarquer également la position de la diode : Cette fois, c'est bien la CATHODE qui est relié au "plus", c'est à

dire, le côté de l'anneau. C'est ce côté que vous devez brancher au "+". Ce type de diode peut être utiliser, par exemple, pour éviter les pics de tension...

Les diodes Varicap

ce type de diodes devrait plutôt ce mettre au rang des condensateur ! Mais bon, puisqu'elles portent le nom de

"diode"...

ELECTRONIQUE N1


24

Les diodes varicaps sont de diodes à capacité variable.

Explication: Cette diode se comporte comme un condensateur dont la capacité varie suivant la tension. Comme c'est

une diode, elle est polarisée. Et cette fois, contrairement aux diodes Zener, elle est polarisée normalement: La

cathode (l'anneau) se branche au "-" et l'anode au "+".

Ce type de diodes peut, par exemple, être utilisées pour réaliser des modulations de fréquence (MF ou F.M.).

Au fait, ne vous préoccupez pas du C.O.... Pour le moment, sachez simplement qu'il permet de générer une onde

radio, dont la fréquence dépend, entre autre, de la capacité du condensateur (d'ou l'utilité de la varicap pour changer la

fréquence)

Les codes de marquage sur les diodes: Il existe deux codes de marquage normalisés: le code J.E.D.E.C. et le code Pro-electron. Ils sont a peu prés respectés,

même si certains fabricants adoptent leur propre code.

o Le code JEDEC est un code couleur qui ressemble a celui des résistances. La diode possede de 2 à

4 bagues. le nom de la diode se détermine de la façon suivante:

~ Le préfixe est généralement 1N

~ Le suffixe se détermine avec la couleur des bagues:

~ Il existe des diodes a 2, 3 ou 4 bagues. Toutes les bagues sont significatives. Par

exemple une diode qui a les bagues suivantes: bleu, rouge, a la référence 1N62.

Dans l'exemple ci contre, la diode a 4 bagues qui sont jaune, marron, jaune, gris. La

diode est donc une 1N4148

~ Si la première bague de la diode est noire, alors il ne faut pas en tenir compte, elle

sert juste a repérer la cathode de la diode.

~ On lit la référence de la diode de la cathode vers l'anode.

Pour repérer la cathode: soit la première bague est plus grosse, soit toutes les bagues

sont regroupées de son coté.

o ~ Alors vous me direz a quoi ça sert d'avoir la référence? Eh bien après vous pouvez faire une

recherche chez les constructeurs (voir la rubrique datasheets), pour avoir les caractéristiques de la

diode.

o Assez souvent, la référence est directement écrite sur la diode.

Par exemple, il y a écrit 1N4148 sur la diode. Cette diode est une diode de signal, c'est a dire qu'elle

sert a transmettre des informations, elle est relativement rapide, mais elle ne peut pas être utilisée

pour redresser une tension (voir la rubrique exercice pour le redresseur de tension), car elle ne laisse

pas passer assez de courant (200 mA)

Pour redresser une tension, on utilise par exemple des 1N4001, ce sont des diodes qui laissent

passer 1A au maximum.

o Le code Pro-electron est cette fois ci représenté par des lettres et des chiffres

ELECTRONIQUE N1


25

Première lettre A: germanium B: silicium C: arséniure de gallium R: matériaux composés

Deuxième lettre A: diode de signal

B: diode a

variation de

capacité

(diode

varicap)

E:

diode

tunnel

H: diode pour

mesure de

champs

magnétiques

Q: diode

électroluminescente

X: diode multiplicatrice

(varactor ou diode de

recouvrement)

Y: diode de

redressement

Z: diode de

reference

ou de

regulation

de tension

(diode

zener)

Troisième lettre T: ? (Diode zener) V: ? (Diode zener) W: diode d'écrêtage X: ? (diode zener)

o Voila, la troisième lettre y est rarement, et elle ne sert pas a grand chose.

Voici quelques exemples de diodes courantes:

~ BY255 : diode de redressement 3A

~ BZX79C 5V1 : diode zener 0.5W, 5.1V (notez que la tension est écrite en clair)

~ BZT03C 36V: diode zener 3W, 36V

Compléments divers

o Il faut savoir que tout n'est pas aussi simple que ce j'ai dit précédemment. En effet, le courant

circulant dans la diode est régi par cette formule qui est valable tout le temps:

I = Is(exp(V/Vt)-1). Avec Vt=k.T/q

Avec

I: courant circulant dans la diode en A

Is: courant de fuite en A

V: tension aux bornes de la diode en V

k: constante de Boltzmann

T: température en Kelvin

q: charge de l'électron

Vt=0.025V a 300°Kelvin

Voila, cette formule ne sert pas a grand chose, mais on ne sait jamais!

Remarquez tout de même dans cette formule que la température intervient. Cette propriété des

diodes est utilisée pour faire des sondes de température. (il se vend des diodes "sonde de

température")

o Autre remarque en haute fréquence, la diode devient capacitive, c'est à dire qu'elle se comporte

comme si on mettait un condensateur à ses bornes. C'est cette propriété qui est utilisée pour les

diodes varicap (voir avant).

o Notez que les photos des boîtiers (voir au début) ne peuvent pas renseigner sur le type de diode. On

ne peut par exemple pas dire en regardant le boîtier que telle ou telle diode est une diode zener. Il

faut pour cela regarder la référence inscrite sur la diode.

ELECTRONIQUE N1


26

2.3.2 Schéma et construction.

Une diode a comme symbole celui de la Figure 2-99. La flèche indique le sens que peut prendre le courant

conventionnel en direct. La Figure 2-9 représente également la construction d'une diode. Elle est la

juxtaposition de matériaux semi-conducteurs de types N et P auxquels on a raccordé des broches. Une diode

ne laisse passer le courant que dans un seul sens.

I

A K

A: anode

B: cathode

P NA K

Figure 2-9

2.3.3 Polarisation en direct.

I conventionnel

Figure 2-10: Polarisation en direct.

Tout le matériel est conducteur, autant du côté P que du côté N, sauf dans la zone de déplétion où il n'y a pas

de porteurs majoritaires. Le champ électrique causé par la pile va s'opposer à celui du dipôle et, par surcroît,

l'annuler.

Les électrons entrent du côté N et pénètrent ensuite dans la zone de déplétion comme électrons libres en

annulant les ions positifs. Ceux qui quittent, du côté P, laissent des trous qui atteignent la zone de déplétion

annulant les ions négatifs. À la jonction, les électrons du côté N tombent dans les trous du côté P et

atteignent la sortie du bloc P par courant de trous. La zone de déplétion n'existe donc plus et toute la diode

est conductrice.

ELECTRONIQUE N1


27

2.3.4 Polarisation en inverse

P NARRET

Figure 2-11

Le champ électrique causé par la source s'additionne à celui du dipôle. La zone de déplétion s'épaissit jusqu'à

ce que son potentiel soit égal à celui de la source. La zone de déplétion n'étant pas conductrice, la diode est

bloquée, c'est-à-dire plus un courant ne la traverse.

2.3.5 Caractéristiques des diodes.

En direct.

Pour qu'une diode conduise, une tension minimale d'environ 0,7 volts est requise afin de vaincre la barrière

de potentiel de la jonction. C'est pourquoi on mesure toujours 0.7 volt aux bornes d'une diode en direct. De

plus, une diode a une résistance interne appelée résistance extrinsèque ou en anglais bulk.

Une diode possède aussi des caractéristiques maximales à ne pas dépasser, tels le courant et la tension

maximale en direct. Ce sont les cas où la diode s’échauffe et brûle.

En inverse.

En inverse, une diode se comporte comme un circuit ouvert. Cependant rien n'étant parfait, un léger courant

de fuite est créé à la surface du cristal. La surface du cristal est constituée de liens covalents non-complétés

et celle-ci se comporte comme un matériel de type P en ayant une petite conductivité.

Aussi, comme en direct, un point maximal ne doit pas être franchi: c'est le point d'avalanche. Une diode ne

peut endurer qu'une certaine valeur de voltage en inverse. Si ce voltage est atteint, le courant augmente

rapidement et la diode se détruit.

Courbes ID VS UD.

ELECTRONIQUE N1


28

IFmax

UFmax0,7V

URmax

ID

UD

en directen inverse

Figure 2-12: Courbe ID (UD).

ELECTRONIQUE N1


29

2.4 Types de diodes.

2.4.1 Diodes redresseuses.

Un circuit redresseur transforme une tension alternative en une tension pulsée C.C.

RL

D1

Gen

Figure 2-13: Circuit redresseur de base

eGén

eRL

0,7V

UD

-es max = PIV

e max.

en direct en inverse

e max.- VD

D1, dans la Figure 2-13, ne laissera

passer que le courant causé par

l'alternance positive .

Lors de l'alternance positive, la diode

se trouvant polarisée en direct laisse

passer un courant dans la charge (RL).

La valeur de la tension maximale aux

bornes de RL sera la tension crête du

générateur moins la barrière de

potentiel de 0,7 V de la jonction de la

diode. Tout le temps que dure

l'alternance positive du générateur, la

diode est en direct et chute 0,7 V. Lors

de l'alternance négative, la diode se

trouve en inverse, bloque et agit

comme un circuit ouvert récoltant toute

la tension du générateur CA à ses

bornes et aucun courant ne traverse RL.

ELECTRONIQUE N1


30

2.4.2 Diode électroluminescente (Del).

Symbole.

A K

forme

fréquente

A

K

Figure 2-14: Diode électroluminescente.

Le semiconducteur utilisé pour la fabrication d’une Del est l’arséniure de gallium ou le phosphore de

gallium. Elle fonctionne à basse tension et à une faible consommation. Près de la jonction, lorsque les

électrons tombent dans les trous, c'est-à-dire descendent de niveau d'énergie, ils émettent de l'énergie, une

partie en chaleur, une partie en lumière. Dans le cas de la Del, c'est le deuxième cas qui est exploité.

On retrouve la Del dans les applications dites optoélectroniques comme par exemple un témoin lumineux ou

un affichage numérique.

Caractéristiques.

La Del est utilisée en direct:

I Del

U Del

2V

-3V

en inverse en direct

Figure 2-15: Courbe typique d'une Del.

Calcul du branchement: R = ?

Idel = IR = 20mA

UR = 9V - 2V = 7V

R = 7V / 20mA = 350 (360 standard)

R

9V

Figure 2-16

ELECTRONIQUE N1


31

2.5 EXERCICES

# 1 - Que vaut approximativement la tension aux bornes d'une diode au silicium en direct?

# 2 - Une tension de 100 V est appliquée en inverse sur une diode. Un courant de 10 mA traverse la diode. Que

vaut sa résistance de coulage en inverse (RR)?

# 3 - I = ?

1k

I

10V

# 4 - I = ?

R1

10k I

20V

R3

10k

R2

10k

# 5 - I = ?

10k

I

20V

10k

I=?

# 6 - Que vaut R?

R

50V Ud=2V

20mA

ELECTRONIQUE N1


32

# 7 -

a) URL crête = ?

b) IRL crête = ?

c) UR crête de la diode = ?

d) Dessinez les formes d'onde présentes aux bornes de D1 et RL.

RL

1k

D1

eGen.

10Vrms

eGén

URL

UD1

t

t

t

ELECTRONIQUE N1


33

3. Le Redressement 3.1 Introduction

Un circuit redresseur transforme une tension alternative en une tension CC pulsée. Il existe différents types

de redressement, les uns ayant des avantages par rapport aux autres.

3.2 Redressement demi-onde

+

es

-

+ UD -

+

RL

-

Figure 3-1: Redressement demi-onde

Lorsque la tension alternative es est positive, elle oblige la diode à conduire. Le demi-cycle positif de es se

retrouve donc aux bornes de la résistance. Lorsque le potentiel es est négatif, la diode est alors polarisée en

inverse et se comporte comme un circuit ouvert. Aucun courant ne parcourt le circuit et le potentiel aux

bornes de la résistance demeure nul. On trouve dans ce circuit les formes d’onde de la Figure 3-2. La

fréquence aux bornes de la résistance est de 50 Hz.

es

is

es crête - UD

URL

0,7V

UD

-eS crête = PIV

50Hz

20 ms

Figure 3-2

ELECTRONIQUE N1


34

3.3 Redressement pleine onde avec un transformateur à prise médiane.

+

eS1

eS2

-

+ UD1 -

+

URL

-

+ UD2 -

iS1

iS2

Figure 3-3: Redressement pleine onde avec prise médiane

Un transformateur ayant une prise médiane, lorsqu’elle est branchée à commun, possède deux sorties

inversées l’une par rapport à l'autre. D1 conduit durant l'alternance positive de eS1 tandis que D2 le fait à

son tour durant celle de eS2, 180° plus tard. On retrouve ainsi, aux bornes de RL, l’alternance positive de

eS1 et eS2 l’une à la suite de l'autre, produisant ce qu'on appelle du pleine onde. La fréquence du signal aux

bornes de RL est 100 Hz. Examinez les formes d’onde de la Figure 3-4.

es1

is1

es2

is2

50Hz

50Hz

es1 es2

es crête -0,7V

URL

10 ms

20 ms

100Hz

UD1

UD2

0,7V

0,7V

es1 crête +

es2 crête - 0,7V

es1 crête +

es2 crête - 0,7V

Figure 3-4

ELECTRONIQUE N1


35

3.4 Redressement pleine onde réalisé avec à un pont.

+

URL

-

es

D1

D4D2

D3

Figure 3-5

+

es

-

D1

D4

D3

RL+-

-

es

+

D2

+-RL

Figure 3-6

Afin de réaliser cette tâche, ce circuit possède quatre diodes et un transformateur qui n'a pas besoin d'être

pourvu d'une prise médiane. (Figure 3-5).

À la Figure 3-6, D1 et D2 conduisent ensemble lorsque es est positive et on retrouve aux bornes de RL

l'alternance positive de es moins la chute de tension de D1 et D2. On note les polarités aux bornes de RL.

Lorsque es est négative, D3 et D4 conduisent et on retrouve aux bornes de RL l'alternance négative de es.

On note de nouveau les polarités aux bornes de RL. On voit que les polarités sont les mêmes lors des

alternances positives et négatives de es. Le courant circule donc toujours dans le même sens, peu importe les

polarités de es. La Figure 3-7 montre les tensions présentes dans le circuit. La fréquence de l'onde aux

bornes de RL est 100 Hz.

ELECTRONIQUE N1


36

A

B

50Hz

es

is

A B

100Hz

es crête - 1.4V

URL

UD1,UD2

UD3,UD4

0,7V

0,7V

es crête - 0,7V

es crête - 0,7V

Figure 3-7

ELECTRONIQUE N1


37

3.5 Redressement pleine onde bipolaire

Ceci est une répétition du redressement pleine onde avec un transformateur à prise médiane. On utilise, en

parallèle, deux circuits de ce genre: pour les alternances positives de es1 et es2 et pour les alternances

négatives es1 et es2. Le circuit alimente deux charges: avec une tension pulsée positive et avec une tension

négative pulsée par rapport à commun. (Figure 3-8).

+

es1

es2

-

D1

+

URL1

-D2

D3

D4

+

URL2

-

Figure 3-8

eS2

iS2

eS1

iS1

es crête - 0,7V

es crête - 0,7V

URL1

URL2

50Hz

50Hz

es1 es2 100Hz

es2 es1 100Hz

Figure 3-9

ELECTRONIQUE N1


38

Voici la manière courante de dessiner un redressement pleine onde bipolaire.

eS

1

eS

2

+

URL1

-

+

URL2

-

D1D3

D4D2

Figure 3-10

3.6 EXERCICES

# 1 - Quelle est la tension maximale aux bornes de la charge?

36V220V

50Hz20R

# 2 - Au #1, quelle est la fréquence du signal aux bornes de la charge?

# 3 - Au #1, quel est le PIV aux bornes de la diode?


12,6V ct

220V

50Hz

RL

# 5 - Au #4, quelle est la fréquence du signal aux bornes de la charge?

# 6 - Au #4, quel est le PIV aux bornes des diodes?


RL

36V

D1

D4D2

D3

220V

50Hz

# 8 - Aux #7, quelle est la fréquence aux bornes de la charge?

ELECTRONIQUE N1


39

# 9 - Lorsque es1 est positif, est-ce es1 ou es2 qui fournit le courant à RL2?

+

es1

es2

-

D1

+

RL1

-D2

D3

D4

+

RL2

-

Dessinez les formes d’onde aux bornes de la 100 et de la 50

220V

50Hz

100R

50R

50Vct

60V

ip

ELECTRONIQUE N1


40

4. Le Filtrage

4.1 Principe

Le circuit de filtrage le plus répandu est le celui utilisant un condensateur. Ce dernier est branché à la suite

du redressement. Grâce au condensateur, on retrouve une tension CC fixe à la sortie du bloc d'alimentation.

Le circuit est représenté à la Figure 4-1.

+

es

-

D+

U charge

-C

I moy.

Figure 4-1 Circuit de base

1 2 4 3

es crête-0,7V

Figure 4-2 Forme d'onde au condensateur et à la charge

En 1: Lors du premier cycle, le condensateur se charge jusqu'à es crête - 0,7 V et accumule ainsi de l'énergie.

En 2: Le condensateur se décharge ensuite dans la charge dépensant ainsi d'une manière étalée l'énergie accumulée

auparavant.

En 3: Le condensateur se recharge en récupérant l'énergie dépensée en 2.

En 4: Lire 2, lire 3, lire 2, lire 3 ....

4.2 Ronflement

La variation de tension aux bornes du condensateur causée par la charge et la décharge est appelée

ronflement. La tension de sortie sera la tension moyenne. La fréquence du ronflement dépendra du type de

redressement utilisé. On exprime la valeur de la tension de ronflement en volts crête-à-crête (er).

Figure 4-3

ELECTRONIQUE N1


41

Usortie CC = U moy. = (es crête - UD) - er / 2

où:

es crête = la tension crête au secondaire du transformateur.

UD = la tension chutée par la ou les diodes du redressement.

er = tension de ronflement crête-à-crête

Indice de ronflement: (Ripple Index).

= er / U max.

% de ronflement = x 100%

4.3 Forme d'onde aux bornes de la diode redresseuse

+

es

-

ID

+

U charge

-C

+

Uc

-

+ UD -

Figure 4-4

La forme de la tension aux bornes de la diode se trouve à être, entre la cathode et l'anode, une source CC à

peu près fixe (Uc) en série avec un signal alternatif (es).

ELECTRONIQUE N1


42

es

U moy

U moy

Uc et

U charge

0,7V

UD

PIV Temps

durant lequel

le condensateur se recharge

ID

Figure 4-5

Lors du redressement et du filtrage, le

condensateur se déchargeant

graduellement après avoir été chargé

à es crête - 0,7V, se fait recharger au

travers la diode à l'instant où la

tension es du côté de l'anode est plus

haute que Uc du côté de la

cathode.Une impulsion de courant

traverse la diode le temps de charger

le condensateur et durant cette

impulsion, la diode chute son 0,7 V.

La diode demeure en inverse le reste

du temps. Lorsque es est à sa valeur

crête en inverse, on atteint le PIV de

la diode (Peak Inverse Voltage). C'est

à ce moment que Uc et es

additionnées créent la plus haute

tension que la diode aura à endurer en

inverse. Lors d’une réparation, il

faudra choisir la diode redresseuse en

fonction de cette situation. On estime,

dans ce circuit simple, que le PIV est

égal à environ 2 x es crête.

ELECTRONIQUE N1


43

4.4 Calcul du condensateur

Afin d'évaluer la capacité du condensateur à installer, il faut connaître les besoins du circuit qui sont:

a) La tension et le courant désirés à la charge (U moy. et I moy.).

b) La quantité minimale de ronflement (er).

c) Le type de redressement utilisé (pleine-onde ou demi-onde).

On se rappelle que:

C = Q / V

Le courant par définition est : I = Q / t => Q = I x t

Si on remplace dans l'équation du condensateur:

C = I x t / V

On voit ainsi que le courant circulant dans un condensateur dépend de combien la tension peut varier entre

deux recharges. Si la tension aux bornes d'un condensateur de 1 Farad varie de 1 Volt en 1 seconde, il y

circule alors un courant de 1 Ampère. En effet, pour qu'un courant circule dans un condensateur, il faut faire

varier la tension à ses bornes. On peut écrire l'équation ainsi:

I = C x V / t

La Figure 4-6 montre l'approximation qui nous permettra de calculer d'une façon simple la valeur du

condensateur. On y voit que:

a) Le temps où le condensateur est rechargé est négligé;

b) Le courant demandé par la charge est considéré constant (ce qui est vrai dans les appareils pratiques).

t

er

Pente supposée

droite

U

t

approximation

Figure 4-6

En reprenant la formule vue précédemment:

ELECTRONIQUE N1


44

C = I x t / V

où:

I = I moyen (courant qui décharge le condensateur)

t = La période entre deux recharges (1/f ronfl.).

V = La variation de tension aux bornes du condensateur (er).

On trouve ainsi cette formule simple:

C = I moy / ( er x f ronfl. )

où :

f ronfl. = 50 Hz en demi-onde.

= 100 Hz en pleine-onde.

N.B.: Si la source d’alimentation alternative est autre que le secteur (50 Hz), il faudra considérer la

fréquence utilisée. Par exemple, dans les véhicules de transport, les fréquences de 400 Hz et de 1

kHz sont très répandues.

Les approximations nous permettent d'éviter des calculs trigonométriques fastidieux. Les résultats obtenus

sont très raisonnables. À 5% de ronflement, le condensateur calculé a une capacité 5% plus haute qu’en

utilisant le calcul précis. De toute façon sur le marché, la tolérance des condensateurs électrolytiques est de -

20% + 80%.

# 1 - Exemple

+

6,3V

-

+

R

-C

200mA

= 0,05

Figure 4-7

Questions:

a) Que vaut UR crête?

b) Que vaut er?

c) Que vaut UR moyen?

d) Quelle est la valeur du condensateur?

ELECTRONIQUE N1


45

Solution:

UR crête = 6.3V x 1.414 - 0,7 V = 8,2 V

er = 8,2V x 0,05 = 0,41V crête-à-crête

UR moyen = 8,2V - 0,41V / 2 = 8 V

C = Imoy / ( Er x f ronfl. ) (où f ronfl. = 50 Hz)

C = 200 mA / ( 0,41 x 50 Hz ) = 9 756 µF (10 000µF)

# 2 - Exemple

R

10V

220V

ca

50 Hz

ipis

C

200mA = 0,1

Figure 4-8

Questions:

a) URmax. = ?

b) er = ?

c) UR moyen = ?

d) C = ?

e) ip = ?

f) is = ?

Solutions:

UR max. = 10 Vrms x 1,414 - 1,4 V = 12,7 V

er = 12,7 V x 0,1 = 1,27 V crête-à-crête

UR moy. = 12,7 - 1,27 / 2 = 12,07 V

C = 200 mA / ( 1.27V x 100Hz ) = 1 575 µF

P entrant = P sortant (Transformateur)

Pentrant = P sortant = 200 mA x 12 V (à la charge) = 2,4 W

ip = 2,4 W / 220V = 10,9 mA

is = 2,4W / 10V = 240 mA

ELECTRONIQUE N1


46

Uth

Rth

I surge

Figure 4-9

Il est évident, à cause de la résistance totale du système, que le condensateur ne se chargera pas

complètement lors du premier cycle et la forme du courant circulant dans celui-ci aura la forme suivante:

Uc, UR

IDiode

Mise en fonction

I surge

Umax

Figure 4-10

ELECTRONIQUE N1


47

4.5 Protection:

4.5.1 Par fusible après le bloc:

Bloc

d'alimentation

Charge

alimentéeSecteurSortie

C.C.

Figure 4-11

On peut utiliser un fusible à fonte rapide (Fast Blow), pour une protection simple et rapide du circuit et/ou

du bloc d'alimentation. Un fusible à fonte lente (Slow Blow) fait le même travail que précédemment mais ce

type de fusible acceptera des surcharges transitoires. Le facteur de sécurité recommandé est de 1,25. La

valeur du courant maximal du fusible doit être environ 1,25 x le courant demandé normalement par la

charge. Par exemple, si un circuit est fait pour opérer à l ampère, un fusible de 1,25 ampères sera choisi.

4.5.2 Par fusible au primaire du transformateur.

Secteur

Bloc

d'alimentation

et charge

Figure 4-12

Cela permet de protéger le transformateur et le circuit. Si la charge devenait trop importante. Le pont de

redresseur pourrait en souffrir. La surcharge sera stoppée par le fusible au primaire. Il est cependant

conseiller d'utiliser un fusible à fonte lente à cause de la surintensité («I surge») lors de la mise en fonction

de l'appareil.

ELECTRONIQUE N1


48

5. Les régulateurs monolithiques 5.1 Introduction

Les divers organes et fonctions qui composent les appareils électroniques modernes sont de plus en plus

modulaires. L'alimentation de ces appareils a fait l'objet de beaucoup d'efforts, de miniaturisation et de

simplification. Nous avons vu dans les modules précédents comment transformer une source d'énergie

alternative en une source d'énergie positive. Cependant, une telle alimentation est à la merci des fluctuations

de la tension du secteur et des soubresauts de l'appareil lui-même. Il est donc important d'obtenir une tension

stable à la sortie du bloc d'alimentation, indépendante des variations de son environnement.

Suite au redressement et au filtrage, on installera donc un régulateur de tension. Auparavant, cette fonction

électronique était plutôt complexe à réaliser et demandait de l'espace. Aujourd'hui, de simples circuits

intégrés à trois broches, et de dimensions très réduites, ont pris la relève.

Plusieurs circuits intégrés à trois broches (entrée, point commun et sortie) sont disponibles sur le marché

dans une grande gamme de tensions et de courants de sortie. Ils offrent une façon simple et peu dispendieuse

de construire une source d'alimentation stable. Leurs principaux avantages sont les suivants.

- Ils sont facile d'usage.

- Ils ne demandent que peu de composants externes.

- Ils sont fiables.

- Ils possèdent une protection thermique interne.

- Ils possèdent une protection contre les courts-circuits.

Ils ont aussi des désavantages. Ils ne peuvent pas tous être peaufinés et leur précision peut varier jusqu'à 5%

par rapport à la valeur nominale. Les valeurs de tension de sortie disponibles sont limitées. La limite en

courant de ces régulateurs n'est pas ajustable; il faut donc considérer les carractéristiques de ceux-ci. Si on

essayait d'augmenter leur capacité de courant maximum de sortie, cela demanderait un réseau externe

encombrant.

Le régulateur de tension positive à trois broches de la famille 7800 est un exemple de régulateur

monolithique. La Figure 5-1 montre l'application standard d'un tel régulateur.

78XX

0,33uF

céramique

1uF

tantale

CsCeU entrée

(en provenance

du redressement

et du filtrage)

U sortie

+ U différentielle -

Figure 5-1

-Ce élimine l'effet inductif des longs conducteurs.

-Cs améliore la réponse en régime transitoire.

Ces régulateurs sont préréglés à 5, 6, 8, 12, 18 ou 24 volts. Par exemple, un 7805 est un régulateur à 5 volts

et un 7824 est un régulateur à 24 volts.

ELECTRONIQUE N1


49

5.2 Détermination de la tension d'entrée

Ces régulateurs, jusqu'à un certain point, se protégent eux-même. Ils contiennent une protection électronique

considérant la température, la tension différentielle (U entrée - U sortie) et le courant débité à la sortie (voir

la Figure 5-2). Avec l'ajout d'un radiateur thermique approprié, ces circuits intégrés peuvent fournir des

courants au-delà de l'ampère.

1

2

3

6 12 18 24 30

U entrée - U sortie : Tension différentielle entrée-sortie (volts)

Courant de sortie maximal (ampères)

Tj = 25°C

Tj = 125°C

Figure 5-2

La Figure 5-2 est valable seulement pour la série 7800 (positifs) et 7900 (négatifs). Remarquez que les

courbes débutent à 3 volts. Ceci veut dire que la tension différentielle minimale devant être présente est 3

volts; c'est le minimum nécessaire afin d'assurer le fonctionnement du régulateur intégré. Par exemple, un

régulateur 7805, possédant une tension U sortie de 5 volts, doit avoir comme tension minimale d'entrée pour

fonctionner, 5 volts + 3 volts, c’est-à-dire 8 volts. Le maximum est fixé à 35 volts pour tous les régulateurs

de cette famille, sauf le 7824 et 7924 pour qui le maximum est 40 volts.

Sur la Figure 5-2, l'inscription Tj signifie la température de jonction, c’est-à-dire la température à l'interne de

la puce atteinte lors de son fonctionnement. Vous remarquez aussi deux courbes: une à Tj = 25°C et l'autre à

Tj = 125°C. Il est utopique de dire qu'il est possible de conserver la température interne de la puce à 25°C.

On pourrait peut être remplir son bain de glace et boulonner le régulateur à celui-ci. Mais enfin!

La courbe à considérer sérieusement est celle pour laquelle la température indiquée est 125°C. C'est la

température interne qu'il ne faut pas dépasser. Ceci implique, si le régulateur a dissipé une certaine

puissance, l'installation d'un radiateur thermique.

ELECTRONIQUE N1


50

# 1 - Exemple

Question

En utilisant la courbe où Tj vaut 125°C, trouvez la tension d'entrée maximale applicable à un régulateur

7805 pour obtenir un courant disponnible de 750mA.

Solution

À la Figure 5-2, 750mA sur la courbe Tj = 125°C coïncide avec 21V.

Uentrée = 5V + 21V = 26V.

# 2 - Exemple

Question

En utilisant la courbe où Tj vaut 125°C, trouver la tension d'entrée maximale applicable à un régulateur 7812

pour obtenir un courant disponnible de 1,5 A.

Solution

A la Figure 5-2, 1,5A sur la courbe Tj = 125°C coïncide avec 9V.

Uentrée = 12V + 9V = 21V.

En examinant la Figure 5-2, on peut aussi remarquer une région de fonctionnement idéale. Cette région se

situe entre 6V et 9V; on y obtient le maximum en disponibilité de courant. Il faut aussi laisser de la place au

ronflement de la tension d'entrée; ce qui justifie la marge inférieure de 6V. Aussi il est sage de garder la

tension différentielle le plus bas possible de façon à limiter la dissipation de puissance du régulateur.

5.3 Détermination du radiateur a installer

Ces régulateurs se présentent installés dans plusieurs sortes de boîtiers différents. Les deux principaux

boîtiers dans lesquels on les retrouve sont le TO-220 et le TO-3. Ces boîtiers sont pourvus d'une fixation en

métal permettant l'installation d'un radiateur thermique.

La dimension physique du radiateur à employer est déterminée par la quantité de chaleur que le régulateur

aura à dégager; il faut donc connaître la puissance à dissiper.

Pd = U différentielle x I sortie

On doit ensuite consulter les caractéristiques du régulateur employé afin de trouver sa résistance thermique

jc. Celle-ci est exprimée en °C/W. Dans un boîtier TO-220, elle vaut 5°C/W et dans un boîtier TO-3, elle

vaut 5,5°C/W.

Si, par exemple, un régulateur installé dans un boîtier TO-220 avait à dissiper 10 watts, quelle serait la

résistance thermique du radiateur à installer?

ELECTRONIQUE N1


51

On fait premièrement le dessin suivant

Circuit

thermique

10W

jc

5°C/W

sa

?°C/W

Tj max = 125°C

Ta = 25°C

T = 100°C

Figure 5-3

Ta = température ambiante

jc = résistance thermique de la puce au boîtier

sa = (le radiateur) = résistance thermique du boîtier à l'ambiant

L'augmentation de température maximale permissible dans ce cas est:

T = 125°C - 25°C = 100°C.

La résistance thermique totale maximum sera:

ja = 100°C / 10W = 10°C/W

La résistance thermique du radiateur doit donc être au maximum:

sa = 10°C/W - 5°C/W = 5°C/W

Il faut ensuite choisir dans un catalogue (Thermaloy par exemple) le radiateur approprié.

# 1 - Exemple

Question

Installez un régulateur (boîtier TO-220) ayant une tension de sortie de 12V et fournissant un courant de

500mA.

4W

jc

5°C/W

sa

?°C/W

Tj max = 125°C

Ta = 25°C

T = 100°C

Figure 5-4

U entrée = 20V jc = 5°C/W

Ta = 25°C Tj max = 125°C

a) U différentielle = ?

b) Pd = ?

c) sa du radiateur = ?

ELECTRONIQUE N1


52

Solution

U différentielle = U entrée - U sortie = 20V - 12V = 8V

Pd = 8V x 500mA = 4W

T = 125°C - 25°C = 100°C

ja = 100°C / 4W = 25°C/W

sa = 25°C/W - 5°C/W = 20°C/W

Il est à remarquer que plus sa est grand, plus le radiateur est petit. Un radiateur de faible dimension a une

grande résistance thermique et, à l'inverse, un radiateur de grande dimension a une résistance thermique

faible.

5.4 Exemple de conception complète d'une alimentation régulée

Données

U sortie = 5V I sortie = 750mA

U différentielle = 9V er = 3,2V c.à c., 100Hz (redressement avec pont)

Ta = 25°C Boîtier = TO-220 (7805)

a) Pd = ?

b) sa du radiateur

c) C filtrage

d) U entrée max

e) es du transformateur à utiliser

f) Puissance transformable du transformateur en VA

Solution

Pd = 9V x 750mA = 6,75W

sa = 100°C / 6,75W - 5°C/W = 9,8°C/W

6,75W

jc

5°C/W

sa

9,8°C/W

Tj max = 125°C

Ta = 25°C

T = 100°C

Figure 5-5

C filtrage = 750mA / (3,2Vc.à c. x 100Hz) = 2344µF

Umax = U entrée + er / 2 = 5V + 9V + 3,2V / 2 = 15,6V

es du transformateur = (15,6V + 1,4V) / 1,414 = 12V rms

Puissance du transformateur = P total = U entrée x I sortie =

(9V + 5V) x 750mA = 10,5VA

ELECTRONIQUE N1


53

7805

TO-220

0,33uF 1uF

220V

50Hz

12V

10,5VA

2344uF

9,8°C/W

Figure 5-6

5.5 Régulateur monolithique ajustable

Il existe une solution au désavantage des régulateur fixes à trois broches; une famille de régulateurs

ajustables existe. Le LM317, un régulateur positif et le LM337, un régulateur négatif, ont cette propriété.

Parfois, le besoin d’une tension de sortie non-standard se fait sentir. Ou peut-être, désirez-vous une tension

de sortie ajustée plus précisément que celle d’un régulateur fixe? Jusqu’à maintenant vous avez été choyés

par les régulateurs fixes à trois broches. Et bien, voici le régulateur ajustable à trois broches!

Le LM317 et le LM337 sont capables d’un courant de sortie de l’ordre de 1,5 ampères et d’une gamme de

tensions s’étendant de 1,25 volt à 37 volts. Ces régulateurs sont exeptionnellement faciles à utiliser. Ils n’ont

besoin que de l’ajout de deux résistances externes. Comme dans le cas des régulateurs fixes, ils contiennent

une protection en courant, en tension et une protection thermique les rendant durs à cuire.

On les retrouve aussi dans les mèmes boîtiers que les régulateurs fixes: le TO-220 et le TO-3. La Figure 5-7

montre l’application standard.

LM317

0,1uF

céramique10uF

+

1,25V

-

Cs

U sortieR1

240R

R2

CeU entrée

(en provenance

du redressement

et filtrage)


Figure 5-7

U sortie = 1,25V x (1 + R2 / R1)

La tension de sortie est ajustée par R2. Lorsque R2 est au minimum (0), la tension de sortie est à son

minimum, c’est-à-dire 1,25 volt. Le choix de R1 (240 vient du fait que ce régulateur exige un courant

minimum de sortie de 5mA pour fonctionner. R1 = 1,25V / 5 ma = 250

ELECTRONIQUE N1


54

La résistance thermique de cette puce est 2,3°C/W pour le boîtier TO-3 (LM317K) et 5°C/W pour le boîtier

TO-220 (LM317T).

La Figure 5-8 présente la courbe du courant maximum de sortie en fonction de la tension différentielle (Ue -

Us) du régulateur. On peut remarquer que la zone idéale se trouve autour de 10 volts.

1

2

3

20 30 40

U entrée - U sortie : Tension différentielle entrée-sortie (volts)

Courant de sortie maximal (ampères)

Tj = 125°C

10

Figure 5-8

Le manufacturier propose des améliorations. Le circuit standard (Figure 5-7) fonctionne très bien.

Cependant, l’addition d’un condensateur de 10µF améliore le ronflement présent à la sortie de 15 dB

(facteur de 5 en tension). Il faut cependant ne pas oublier d’inclure une diode de sécurité afin de décharger

ce condensateur. La Figure 5-9 montre ces améliorations.

LM317

0,1uF 10uF

Cs

U sortieR1

240R

R2

Ce

U entrée

(en provenance

du redressement

et filtrage)

+ U di fférentiel le -

10uF

Figure 5-9

ELECTRONIQUE N1


55

# 1 - Exemple

Question

a) Trouvez à la Figure 5-9 la valeur de la résistance R2 de sorte que la tension de sortie soit 10 volts.

b) Si U entrée vaut 20 volts, trouvez le courant de sortie maximum selon la Figure 5-8.

Solution

VR1 = 1,25V

IR1 = IR2 = 1,25V / 240 = 5,21mA

UR2 = 10V - 1,25V = 8,75V

R2 = 8,75V / 5,21mA = 1,68k

U différentielle = 20V - 10V = 10V

I sortie max = 1,8A (Figure 5-8)

ELECTRONIQUE N1


56

# 2 - Exemple

Ta = 25°C

LM317

TO-3

0,1uF 10uF

+

1,25V

-

Cs

U sortie = 15VR1

240R

R2

Ce

U entrée = 22V


1Asa

Figure 5-10

Question

a) R2 = ?

b) U différentielle = ?

c) Pd = ?

d) sa = ?

Solution

UR2 = 15V - 1,25V = 13,75V

IR2 = IR1 = 1,25V / 240 = 5,21mA

R2 = 13,75V / 5,21mA = 2,64k

U différentielle = U entrée - U sortie = 22V = 15V = 7V

Pd = 7V x 1A = 7W

jc = 2,3°C/W (TO-3)

ja = 100°C / 7W = 14,3°C/W

sa = 14,3°C/W - 2,3°C/W = 12°C/W

7W

jc

2,3°C/W

sa

12°C/W

Tj max = 125°C

Ta = 25°C

T = 100°C

Figure 5-11

ELECTRONIQUE N1


57

# 3 - Exemple

0,1uF 10uF+

1,25V

-

Cs

U sortie = -18V

R1

240R

R2Ce

U entée = -22V

+ U di fférentiel le -

LM337

T a = 25°C

1A

Figure 5-12

Question

a) R2 = ?

Solution

IR2 = IR1 = 1,25V / 240 = 5,21mA

UR2 = 18V - 1,25V = 16,75V

R2 = 16,75V / 5,21mA = 3,22k

ELECTRONIQUE N1


58

5.6 Exercices

# 1 - Quelle est la région idéale de fonctionnement d'un régulateur intégré de type 7800 ou 7900? (Figure 5-2)

# 2 - À la Figure 5-2, quelle est la tension différentielle maximale applicable à un 7805 de sorte qu'il puisse

fournir un courant de 1 ampère avec une température interne de 125°C?

# 3 - Suite au #2, quelle puissance aura à dissiper le régulateur?

# 4 - Un régulateur de type 7812 (TO-220) est appelé à fournir un courant de 1 ampère avec une tension

d'entrée moyenne de 20V. Trouvez la résistance du radiateur à installer de sorte que la température interne

du régulateur ne dépasse 125°C (Ta = 25°C). Dessinez le circuit thermique.

# 5 - Examinez le circuit suivant:

7905

TO-220

Ue

1uF

220V

50Hz

9V

10VA

C filtrage

sa750mA

Ta = 25°Cer = 2V c.à c.

a) Ue moyen = ?

b) Pd = ?

c) sa = ?

d) C filtrage = ?

e) Est-ce que le transformateur est suffisamment puissant?

ELECTRONIQUE N1


59

# 6 - Faites la conception d'une alimentation régulée selon les données suivantes; faites le diagramme

schématique.

U sortie = 12V positif

I sortie = 800mA

U différentielle = 7V

er = 3Vc.à c., 100Hz, redressement en pont

Ta = 25°C

Le boîtier du régulateur est un TO-220.

a) Pd = ?

b) sa = ?

c) C filtrage = ?

d) Ue max = ?

e) es du transformateur à utiliser = ?

f) Puissance transformable du transformateur = ?

# 7 -

LM317

(TO-220)

0,1uF 10uF

Cs

U sortie

R1

120R

R2

Ce

U entrée = 21V

+ U di fférentielle -

10uF1k03

1Asa

a) U sortie = ?

b) Pd = ?

c) sa = ?

ELECTRONIQUE N1


60

6. L’amplificateur opérationnel

6.1 Définitions

L'amplification est une opération consistant à accroître l'amplitude à l'aide d'un amplificateur.

Un amplificateur est un appareil destiné à augmenter l'amplitude d'un phénomène (oscillations électriques en

particulier) qui fournit une puissance utile de sortie supérieure à la puissance d'entrée.

6.2 L'amplificateur opérationnel

L'amplificateur opérationnel est un type de circuit intégré caractérisé par son haut gain et par sa versatilité. À

cause de cette versatilité et de sa facilité d'application, l'amplificateur opérationnel est devenu l'un des

circuits intégrés les plus répandus. Les amplificateurs opérationnels sont conçus pour être utilisés avec des

composants externes afin de pourvoir produire les fonctions de transfert désirées.

L'amplificateur opérationnel idéal fournit une tension de sortie analogique qui est proportionnelle à la

différence de tension entre ses deux bornes d'entrée (Figure 6-1). La tension de sortie aura la même polarité

que celle de l'entrée non-inverseuse (+) par rapport à la tension de l'entrée inverseuse (-). Quand le potentiel

présent à l'entrée non-inverseuse sera plus positif que celui de l'entrée inverseuse, la tension à la sortie aura

une polarité positive et quand le potentiel présent à l'entrée non-inverseuse sera plus négatif que celui de

l'entrée inverseuse, la tension à la sortie aura une polarité négative.

Entrée non-inverseuse

Entrée inverseuse

U différentielle

Ucc-

Ucc+

Figure 6-1 Symbole de l'amplificateur opérationnel.

ELECTRONIQUE N1


61

6.3 L'amplificateur opérationnel idéal

L'amplificateur opérationnel, sans circuit externe de contre-réaction de la sortie vers l'entrée inverseuse, est

décrit comme étant en boucle ouverte. En boucle ouverte, les caractéristiques de l'amplificateur opérationnel

idéal sont les suivantes.

-Gain différentiel =

-Impédance d'entrée =

-L'impédance de sortie = 0

-Bande passante = Hz

aussi

-Gain en mode commun = 0

-La tension de décalage = 0 Volt

Il y a littéralement des centaines de types d'amplificateurs opérationnels disponibles, offrant des niveaux de

performance variés. Un amplificateur qui peut servir à toutes les sauces est le A-741C (ou le 741, pour faire

raccourci). Comme beaucoup d’amplificateurs opérationnels, il est une petite puce électronique insérée dans

un boîtier appelé mini-DIP (Dual In Line package) ayant l’allure de la Figure 6-2. Il est peu dispendieux et il

est facile d’usage.

3/8"

1/4"

Figure 6-2 Circuit intégré mini-DIP

ELECTRONIQUE N1


62

6.4 Brochage d'un circuit intégré

1

2

3

4

8

7

6

5

Ajus tement du

décalage

Entrée

inverseuse

Entrée non-

inverseuse

Ucc-Ajus tement du

décalage

Usortie

Ucc+

Non branchée(Vue de dessus)

Figure 6-3 Brochage du 741.

À l'intérieur du 741, se trouve une puce de silicium contenant des transistors, des résistances et un

condensateur. Son brochage vous est montré à la Figure 6-3. Le point dans le coin supérieur gauche ou

encore la coche en demi-lune, identifient l'extrémité à partir de laquelle il faut compter le numéro des

broches. Comme pour la plupart des circuits intégrés, on compte en allant dans le sens contraire des aiguilles

d'une montre.

6.5 La contre-réaction négative

6.5.1 Règles de simplification.

On utilise deux règles simples pour faire l'analyse du comportement des amplificateurs opérationnels.

Celles-ci découlent des caractéristiques idéales donnée à la section 6.3.

Premièrement, le gain est tellement élevé ( idéalement) que seule une fraction de millivolt entre les bornes

d'entrée est nécessaire afin de faire bouger la sortie sur toute l'étendue possible, de Ucc+ à Ucc-. Ceci nous

amène à ignorer cette petite tension. On dira donc...

Règle #1: La sortie va tout tenter pour réduire la tension différentielle d'entrée à zéro.

Deuxièmement, les amplificateurs opérationnels n’exigent que des courants très faibles à leurs entrées. Ces

courants sont dans l'ordre du nanoampère et même du picoampère. On dira donc...

Règle #2: Les entrées ne demandent aucun courant.

ELECTRONIQUE N1


63

6.5.2 Principe de la contre-réaction négative

La contre-réaction négative telle qu'illustrée à Figure 6-4 est la comparaison continuelle de U entrée avec U

sortie; c’est-à-dire que, via un diviseur de tension on ramène à l'entrée inverseuse une portion du signal

électrique présent à la sortie de l'amplificateur opérationnel (U sortie) pour la comparer avec la tension

d'entrée (U entrée) présente sur l'entrée non-inverseuse.

Diviseur

de tension

Rf

Rin

Uentrée Usortie

Figure 6-4 Amplificateur de base non-inverseur.

6.6 Montage non-inverseur

Un montage non-inverseur pourvoit une tension de sortie en phase avec la tension d'entrée. La Figure 6-4

illustre cette idée.

Dans ce circuit, le signal est appliqué à l'entrée non-inverseuse (+) de l'amplificateur. Une boucle de contre-

réaction, formée par un diviseur de tension (Rf et Rin), ramène une portion du signal de sortie (U sortie) sur

l'entrée inverseuse (-).

Rf, 1k

Rin, 1k

Uentrée = 1VUsortie = 2V

- 1V +

+

1V

-

1V

0V

1mA

Av = Gain =Usortie

Uentrée

2V

1V= = 2

Figure 6-5

La Figure 6-5 illustre comment on calcule le gain d'un amplificateur en boucle fermée. Le gain en tension

(Av) est le rapport entre U sortie et U entrée.

Gain = U sortie

U entrée

ELECTRONIQUE N1


64

Dans l'exemple à la Figure 6-5, U entrée = 1V. On dit que U différentielle = 0V (règle I). La tension aux

bornes de Rin vaut donc 1V et son courant, 1 mA. Ce courant provient de la sortie de l'amplificateur

opérationnel. Il fait chuter une tension de 1V à Rf qui vaut 1k. La sortie de l'amplificateur a donc dû

s'ajuster à 2V (U sortie = URin + URf = 1V + 1V = 2V) de sorte que le diviseur de tension amène aux

bornes de Rin une tension égale à la tension

U entrée.

Donc...

Un diviseur de tension par 2 produit un gain de 2. Un diviseur de tension par 10 produit un gain de 10. Un

diviseur de tension par 5 produit un gain de ________.

6.6.1 Impédance d'entrée (z entrée) d'un montage non-inverseur

À une section antérieure, on a vu que la résistance d'entrée d'un amplificateur opérationnel idéal est l'infini.

On peut ainsi ajuster aisément l'impédance d'entrée grâce à une résistance qu'on place entre l'entrée non-

inverseuse et le point commun (R1 à la Figure 6-6). À la Figure 6-6, l'impédance d'entrée vaut 10k.

Uentrée

=

U sortie x Rin

Rf + Rin (diviseur de tension)

U sortie

U entrée =

Rf + Rin

Rin

Av = Rf

Rin + 1 (gain en tension)

ELECTRONIQUE N1


65

# 1 - Exemple

Questions

a) Av = ?

b) U sortie = ?

c) URin = ?

d) URf = ?

e) Trouvez URin à l'aide du

diviseur de tension.

Solution

Av = (Rf / Rin) + 1 = (10k / 2k)

+1 = 6

U sortie = Av x U entrée = 6 x 2V = 12V

URin = U entrée = 2V

URf = U sortie - URin = 12V - 2V = 10V

URin = 12V x 2k / (10k + 2k) = 2V

# 2 - Exemple

Question

a) Av = ?

b) U sortie = ?

c) Z entrée = ?

Solution

Av = (50k / 20k) + 1 = 3.5

U sortie = 3.5 x 2V = 7V

Z entrée = R1 = 20k

Rf, 10k

Rin, 2k

Uentrée = 2VUsortie

R1

10k(Zin)

Figure 6-6

Rf, 50k

Rin, 20k


R1

20k

Figure 6-7

ELECTRONIQUE N1


66

# 3 - Exemple

Montage non-inverseur avec boucle de contre-réaction complexe.

Question

a) UR1 & IR1 = ?

b) UR2 = ?

c) UR3 & IR3 = ?

d) IR4 & UR4 = ?

e) U sortie = ?

f) Av = ?

g) Z entrée = ?

Solution

Il faut, dans le cas de la Figure

6-8, utiliser simplement les règles de Kirchhoff en courant et en tension.

R2, 10k

R1

10k

Uentrée = 1VUsortie = 5V

20k

R3

10k

R4

10k

+

3V

-

+

2V

-

+

1V

-

- 1V +100uA

100uA

300uA

200uA

Figure 6-9

UR1 = U entrée = 1V

IR1 = IR2 = 100A

UR2 = 100A x 10k = 1V

UR3 = UR1+UR2 = 1V + 1V = 2V

IR3 = 2V / 10k = 200A

IR4 = IR2 + IR3 = 100A + 200A = 300A

UR4 = 300A x 10k = 3V

U sortie = UR3 + UR4 = 2V + 3V = 5V

Av = U sortie / U entrée = 5V / 1V = 5

Z entrée = 20k

R2, 10k

R1

10k


20k

R3

10k

R4

10k

Figure 6-8

ELECTRONIQUE N1


67

6.7 Montage inverseur

6.7.1 Principe

Examinons la Figure 6-10. La

différence qu'on remarque immédiatement par rapport à la Figure 6-4 est qu'on a interchangé U entrée avec le point

commun de Rin. L'entrée de ce montage

(U entrée) se trouve maintenant via la résistance Rin.

Notez encore (selon la règle I) que le potentiel à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel est

toujours maintenu à 0V. On l'appelle souvent un point commun virtuel. Un semblant de point commun quoi!

On retrouve ainsi la tension U entrée aux bornes de Rin et le courant de Rin passent au travers Rf (règle II).

De là, on peut calculer U sortie.

Rin, 10k Rf, 20k

0V

0V

+ 2V -+ 1V -

Uentrée = 1V Usortie = -2V

100uA

Av = -Rf

Rin= -

20k

10k= -2

Zin = Rin = 10k

Figure 6-11Montage inverseur

Examinez cette fois-ci la Figure 6-11. D'un côté de Rin, on retrouve U entrée à 1 volt et de l'autre côté, 0 volt

(point commun virtuel). Cela crée aux bornes de Rin une différence de potentiel selon les polarités

indiquées. Le courant dans Rin se doit d'être 1V / 10k = 100A. À cause de la règle II, tout ce courant

traverse Rf créant ainsi à ses bornes 100 x 20k = 2 volts dans les polarités indiquées. La tension à la

borne de sortie de l'amplificateur opérationnel se trouve selon Kirchhoff à être -2 volts (0V - 2V = -2V). La

tension de sortie a donc dû s'ajuster à -2 volts pour ajuster la tension différentielle d'entrée de l'amplificateur

à 0 volt. On trouve le gain ainsi:

Av = -Rf

Rin (montage inverseur)

Dans le cas de la Figure 6-11:

Av = -20k / 10k = -2

6.7.2 Impédance d'entrée

On voit que le courant d'entrée est déterminé par la valeur de Rin. On peut alors dire que la valeur de

l'impédance d'entrée d'un montage inverseur est Rin.

.

Uentrée

Rin Rf

0V

Usortie

0V

Figure 6-10 Montage inverseur.

ELECTRONIQUE N1


68

Z entrée = Rin (montage inverseur)

# 1 - Exemple

Question

a) Av = ?

b) U sortie = ?

c) Z entrée = ?

d) URin = ?

e) URf = ?

Solution

Av = -Rf / Rin = -30k / 10k = -3

U sortie = Av x U entrée = -3 x 2V = -6V

Z entrée = Rin = 10k

URin = 2V

IRin = 2V / 10k = 200A = IRf

URf = 200A x 30k = 6V

6.7.3 Montage inverseur avec circuit complexe

Question

a) UR1 & IR1 = ?

b) UR2 & IR2 = ?

c) Potentiel au point A

= ?

d) UR3 & IR3 = ?

e) UR4 & UR4 = ?

f) U sortie = ?

2VRin Rf

Usortie30k10k

Figure 6-12.

R1, 10k R2, 10k

0V

+ 1V -+ 1V -

Uentrée = 1V

Usortie = -3V

100uA

R3, 10k

- 1V +

R4

10k

100uA100uA

-1V

200uA

+

2V

-

Figure 6-13

ELECTRONIQUE N1


69

Solution

UR1 = Uin = 1V

IR1 = 1V / 10k = 100A

IR2 = IR1 = 100A

UR2 = 10k x 100A = 1V

Par Kirchhoff : -1V

UR3 = 1V

IR3 = 1V / 10k = 100A

IR4 = IR2 + IR3 = 100A + 100A = 200A

UR4 = 200A x 10k = 2V

U sortie = UA - UR4 = -1V - 2V = -3V

6.8 Montage suiveur

UentréeUsortie

Figure 6-14 Montage suiveur.

Le suiveur de tension a un gain unitaire; il est non-inverseur et il n'a pas de diviseur de tension dans sa

boucle de contre-réaction. La valeur de la tension à la sortie est exactement la même que celle de l'entrée. Le

montage suiveur a une très grande impédance d'entrée qui est égale à la résistance intrinsèque de

l'amplificateur opérationnel.

Le rôle de ce circuit est de servir d'interface entre une source de signal et la charge. Son impédance d'entrée

est grande et son impédance de sortie, faible.

ELECTRONIQUE N1


70

6.9 Le montage mélangeur

U1

U2

U3

R1

R2

R3

Rf

Usortie

Figure 6-15 Montage mélangeur (sommateur).

Si plusieurs d'entrée sont branchées à un montage inverseur comme à la Figure 6-15, le résultat est un

amplificateur qui fait la somme des signaux présents dans les différentes entrées.

Le courant circulant dans Rf se trouve à être la somme de IR1, IR2 et IR3 (Loi de Kirchhoff en courant). Le

courant IRf crée ainsi URf, qui est U sortie.

Vout = -Rf ( V1

R1

V2

R2

V3

R3 ) + +

# 1 - Exemple

1V

2V

3V

R1, 10k

R2, 10k

R3, 10k

Rf, 10k

Usortie = -6V

+ 6V -+ 1V -

+ 2V -

+ 3V -

100uA

600uA

200uA

300uA

0V

Figure 6-16 Exemple #6

Question

a) IR1 = ?, IR2 = ?, IR3 = ?

b) IRf & URf = ?

c) Uout = ?

Solution

IR1 = 1V / 10k = 100A

IR2 = 2V / 10k = 200A

IR3 = 3V / 10k = 300A

IRf = 100µA + 200µA + 300µA = 600µA

URf = 600A x 10k = 6V

U sortie = 0V - 6V = -6V

ELECTRONIQUE N1


71

6.10 L'amplificateur de différence

U1

U2

R1

R1'

R2

Usortie

R2'

Si R1 = R1' = R2 = R2'

Usortie = V2 - V1

Figure 6-17 Amplificateur de différence

Dans un amplificateur de différence, les tensions U1 et U2 sont appliquées simultanément aux entrées

inverseuse et non inverseuses de l'amplificateur opérationnel. Si toutes les résistances sont identiques, U

sortie = U2 - U1.

Si R1 = R1' et que R2 = R2', alors...

U sortie = ( V2 - V1 ) x R2

R1

# 1 - Exemple

Question

a) Uout = ?, UA = ?, UB = ?

b) UR1 = ?, IR1 = ?

c) UR2 = ?, IR2 = ?

d) U sortie = ? (Kirchhoff)

Solution

Uout = 4V - 3V = 1V

UA = 4V x 10k / (10k + 10k) =

2V

UB = UA = 2V

UR1 = 3V - 2V = 1V

IR1 = 1V / 10k = 100A

IR2 = IR1 = 100A

UR2 = 100A x 10k = 1V

Uout = 2V - 1V = 1V

3V

4V

R1

R3

R2

1V

+ 1V -+ 1V -

+ 2V -

100uA

2V+

2V

-R4

B

A0V

2V

R1 = R2 = R3 = R4 = 10k

Figure 6-18

ELECTRONIQUE N1


72

6.11 Exercices

# 1 - Donnez le brochage d'un A741.

# 2 - Donnez le brochage d'un LM324.

# 3 - Énoncez les deux règles de simplification.

# 4 - calculez a) Av, b) U sortie, c) Z entrée.

10k

10k

100k

1V

c.à c.

Usortie

# 5 - Trouvez: a) Av, b) U sortie, c) Z entrée

22k

3k9

68k

1V

c.à c.

Usortie

ELECTRONIQUE N1


73

# 6 - Trouvez Rf.

10k

12k

Rf

1V

c.à c.

Usortie = 4.58V c.à c.

# 7 - Trouvez U sortie, Av et Z entrée.

10k

5k

10k

1V

Usortie

R1

R2

R3

R5 10k

2kR4

# 8 - Trouvez U sortie, Av et Z entrée

. 47k 220k

Usortie

1,5VRin Rf

# 9 - Trouvez U sortie, Av et Z entrée

51k 910k

12V

Rin RfUentrée

# 10 - Trouvez Rf et Rin sachant que Z entrée = 10k.

12V

-1VRin Rf

ELECTRONIQUE N1


74

# 11 - Trouvez U sortie.

2VR1, 22k R2, 47k R3, 33k

R4

10k

UA

Usortie

# 12 - Trouvez U sortie et dites quel est le rôle de ce circuit.

2VR1, 10k R4, 30k

-3VR2, 20k

5VR3, 30k

Usortie

# 13 - Trouvez UB, UA et U sortie et dites quel est le rôle de ce circuit.

4VR1 R2

3VR3

R4 R1 à R4 = 10k

UA

UB

# 14 - Trouvez UA, UB et U sortie et dites quel est le rôle de ce circuit.

0,5V

UA

R1 2k

0,2V

R3 2k

R4 20kR2 20k

UB

Usortie

ELECTRONIQUE N1


75

# 15 - Trouvez U sortie#1, U sortie#2 et URc dans les cas où U entrée vaut 1 V C.C. et 1 V càc.

Uentrée

R1, 10k

R3, 20k

R2

10kRL

Usortie 1

Usortie 2

# 16 - a) Que vaut U sortie, si le curseur de P1 est en haut?

b) Que vaut U sortie, si le curseur de P1 est en bas?

R1, 10k

R3, 10k

P1

10k

R2

1k

1VUsortie

# 17 - Que valent U sortie #1 et U sortie #2 ?

R2

R3

2V

R11V

R4

R5

R6

R7

R8

R9

UB

Toutes les résistances

sont des 10k.

UA

Usortie 1

Usortie 2

# 18 - L’amplificateur de l’exercice #4 possède une f unité de 1 Mhz et un SR de 2V/µs. Calculez la bande

passante (BW) et l’amplitude maximale qu’une onde sinusoïdale à 50kHz peut avoir sans qu’il n’y ait à

la sortie une distorsion causée par la limite du temps de montée.

ELECTRONIQUE N1


76

7. Le transistor (base)

7.1.1 Structure:

Un transistor est formé de la juxtaposition de trois blocs de semi-conducteurs. Le dopage déterminera le type

de transistor de même que la fonction de chacun des blocs.

Les noms donnés aux différents blocs sont: l'émetteur, la base et le collecteur.

7.1.2 L'émetteur:

Il est fortement dopé afin d'être capable "d'émettre" aisément des porteurs (électrons ou trous) et il est de

dimension moyenne.

7.1.3 La base:

Elle est légèrement dopée car elle se doit d'être résistive et sa dimension est mince.

7.1.4 Le collecteur:

Il est moyennement dopé et de grande dimension car il a à supporter de grandes tensions en inverse et c'est

aussi lui qui a à dissiper la plus grande partie de la chaleur émise par le transistor.

E B C

Figure 7-1

E B C

Dimension: moyen mince grand

Dopage: grand faible moyen

ELECTRONIQUE N1


77

B

B

C

B

E

N

P

N

=

C

B

E

P

N

P

=

C

B

E

=

E

B

C

=

C

E

C

E

Figure 7-2 : Types de transistors:

7.2 Fonctionnement (cas du npn):

N P N

E B C

Zone d’apauvrissement Zone d’apauvrissement

Base-émetteur Collecteur-base

Figure 7-3

La Figure 7-3 nous montre le résultat de la juxtaposition des trois blocs.

ELECTRONIQUE N1


78

C

Figure 7-4

A la Figure 7-4 on prend à part la base et le collecteur. A l'intérieur de la zone de déplétion un champ

électrique est créé par le dipôle présent de part et d'autre de la jonction. Si un électron est injecté à l'intérieur

de ce dipôle, le champ électrique le déplacera de la base vers le collecteur.

L'injection d'électrons se fera via l'émetteur. La jonction base-émetteur étant polarisée en direct, des

électrons circulent dans la base. Celle-ci étant mince, un nombre important d'électrons passent dans la zone

de déplétion et sont envoyés dans le collecteur.

IE

!!???

IB

IC

E B C

Figure 7-5

La jonction base-émetteur est polarisée en direct. Les électrons arrivent en grand nombre du bloc N de

l'émetteur qui est fortement dopé.

Parce que la base est très mince et aussi parce que la zone de déplétion de la jonction collecteur-base a pris

une forte dimension, par effet dit de diffusion les électrons pénètrent cette zone et se font repousser dans la

région du collecteur.

Le nombre d'électrons se rendant à la borne électrique de la base est faible comparativement au nombre qui

s'en vont dans le collecteur.

Pour un PNP c'est la même chose mais ce sont des trous cette fois-ci qui se promènent.

ELECTRONIQUE N1


79

électron

trou

Figure 7-6

7.3 Caractéristiques des transistors

7.3.1 IC vs VCE.

IB

RB

IB

UBB

+

UCE

-

IC

UCC

(=UCE)

Figure 7-7

Le transistor est une source de courant contrôlée. La source de courant est le collecteur et le courant de base

est le contrôleur. En variant UBB on variera de même IB où IB=(UBB - UBE). En variant UCC on varie par le fait

même UCE. Pour différentes valeurs de IB fixes et en variant UCE on retrouve le graphique de la Figure 7-8.

IC

UCE

IB=20µA

IB=40µA

IB=60µA

IB=80µA

IB=100µA

IB=120µA

IB=0A*

2mA

4mA

6mA

8mA

10mA

12mA

UCEsat = 0.1 à 1V

Zone d'opération Zone de saturation *causé par Is

Figure 7-8

7.3.2 Zone de saturation

Si UCE = 0 l'effet transistor ne peut se produire, c'est-à-dire que les électrons ne peuvent être attirés vers le

collecteur. A mesure que le UCE augmente la zone de déplétion s'épaissit dans la base et les électrons sont de

plus en plus poussés vers le collecteur.

ELECTRONIQUE N1


80

7.3.3 Zone d'opération

Lorsque le UCE n'était pas suffisamment élevé, le gain en courant b était faible. Passé une certaine valeur de

UCE, le ß se stabilise et on n'observe plus de variation de courant IC même si UCE varie. Le collecteur du

transistor se comporte comme un générateur de courant contrôlé par le courant IB.

7.3.4 Zone de coupure (où IC = 0 A)

Le transistor atteint la coupure lorsque IC = 0 A. Ce qui revient à dire que le transistor se comporte comme

un circuit ouvert (coupé). On retrouve alors à ses bornes la tension de l'alimentation, c'est-à-dire que UCE =

UCC.

IB = 0A +

UCE = UCC

-

IC = 0A

UCC

Figure 7-9: Transistor à coupure.

A la Figure 7-9 on voit bien qu'il ne peut y avoir de courant circulant dans le collecteur du transistor s'il n'y a

pas de courant de base. La résistance se trouvant en série avec le collecteur et la source UCC ne chute alors

aucune tension. On retrouve ainsi toute la tension de la source UCC aux bornes du transistor (UCE), celui-ci

étant un circuit ouvert. Si on regarde cependant sur le graphique IC vs UCE (Figure 7-8), lorsque IB vaut 0A,

un très faible courant de collecteur est présent. La raison de ce phénomène est qu'un courant de coulage est

présent entre le collecteur et la base du transistor créant ainsi un courant de base non-désiré par l'intérieur du

transistor.

7.3.5 ß en fonction de IC et de la température

ß

IC

150°C

Limites d'utilisation utile du transistor.

-50°C

Figure 7-10

ELECTRONIQUE N1


81

Le gain en courant d'un transistor (ß) varie énormément. La Figure 7-10 montre une variation typique du ß.

A une température donnée le ß passe par une valeur maximale à mesure que le courant de collecteur

augmente. Les variations du ß peuvent être dans l'ordre de 3 pour 1 à l'intérieur des limites d'utilisation utiles

du transistor; cela dépend évidemment aussi du type de transistor. Un changement dans la température

ambiante a aussi un effet sur le ß.

Dans le pire des cas, où la température et le courant IC vont varier de beaucoup, le ß peut varier jusque dans

des proportions de 9 pour 1. Rappelez vous que la conception d'un circuit exigeant une valeur précise du ß

est condamnée à l'échec dès le départ. Une bonne conception signifie d'arriver à des circuits qui ne

dépendent pas de la valeur de ß.

7.3.6 Tension de rupture

BUCEO (tension de rupture): C'est la tension (UCE) à laquelle le transistor se met à conduire sans IB. La

jonction collecteur-base atteint UR max.

ICEO: Courant de collecteur résiduel même s'il n'y a pas de IB. Ceci est causé par la multiplication de Is par le

ß du transistor

On notera aussi l'effet de RR de la jonction base-collecteur. À mesure que UCE augmente, un courant est

apporté à la base par cette résistance de coulage et sera aussi multiplié par le ß. Son effet sera de donner une

légère pente aux courbes IC vs UCE.

IC

UCE

NPN

C

E

B

R R

Is

E

PNP

C

B

R R

Is

Pente due à R

Région de saturation

Région

d'avalanche ICE0

IB = 0A

ß x Is

R

7.3.7 Puissance dissipée

Un transistor comme tout autre élément électronique a une puissance maximum à dissiper. On appellera la

zone délimitée par le produit IC x UCE = Pmax, la zone d'équipuissance. (Pourquoi? Parce que passé cette

zone, "il cuit"!)

Par exemple un 2N4401 peut dissiper au maximum 500 mWatt. Il ne faut donc pas utiliser le transistor dans

la zone où IC x UCE > 500 mW. On peut trouver cette zone sur le graphique IC vs UCE:(Figure 7-11)

ELECTRONIQUE N1


82

IC

UCE

Courbe d'équipuissance où IC x UCE =

Pmax.

Figure 7-11

Indiquez les polarités des tensions VCE et VBE afin que les courants IC et IB se déplacent comme indiqué.

IB

IC

IE

Uce

Ube

Figure 7-12

En manipulant les deux équations précédentes, on découvre aussi ceci:

IE = IB +ß IB

donc: IE = IB x (ß + 1)

ou encore: IB = IE / (ß + 1)

ELECTRONIQUE N1


83

En résumé:

Cas NPN Cas PNP

Uce Uce

Ube Ube

IB

IC

IB

IC

IE IE 0,7V 0,7V Figure 7-13

IC =ß x IB (Travail du transistor)

IE = IC + IB (Nœud de courant)

IE = (ß + 1) x IB

La flèche qui symbolise l'émetteur pointe dans le sens du courant conventionnel.

ELECTRONIQUE N1


84

# 1 - Exemple

Question:

IC = ?

IE = ?

Solution:

IC = ß x IB = 100 x 20µA = 2mA

IE = IC + IB = 2mA + 20µA = 2.02mA

# 2 - Exemple:

Question:

IB = ?

IC = ?

Solution:

IB = IE / (ß + 1) = 915µA / (60 +1) = 15µA

IC =ß x IB = 60 x 15µA = 900µA ou encore IC = IE - IB = 915µA - 15µA = 900µA

# 3 - Exemple:

Question:

IB = ?

IE = ?

Solution:

IB = IC / = 2mA / 80 = 25µA

IE = IC + IB= 2mA +25µA = 2.025mA

# 4 - Exemple:

Question:

IB = ?

IC = ?

Solution:

IB = IE / (ß + 1) = 5.02mA / 251 = 20µA

IC = ß x IB = 250 x 20µA = 5mA

IB = 20uA

= 100

IE = 915uA

= 60

2mA

= 80

IC

= 250

IE = 5,02mA

IB

ELECTRONIQUE N1


85

7.4 MONTAGE DARLINGTON:

On peut grouper des transistors ensemble. On fait ceci dans le but d'avoir un gain en courant plus grand. En

effet, on se sert du courant amplifié de l'un (IET1) pour commander la base de l'autre (IBT2). Ceux-ci se

branchent comme illustré à la Figure 7-14.

T1

T2 T2

T1

Figure 7-14

Le courant d'émetteur du premier transistor (IET1) est le courant de base du deuxième transistor (IBT2) qui le

multiplie à son tour par son facteur ß.

# 1 - Exemple:

Trouver: ICT1, IET1, IBT2, ICT2, IET2, IT, IT / IBT1 et est-ce que IBT1 + IT = IET2?

T1

T2 = 75 = 100

IT20uA

Figure 7-15

Solution:

ICT1 = ß x IBT1 = 100 x 20µA = 2mA

IET1 = IBT1 + ICT1 = 2mA + 20µA = 2.02mA

IBT2 = IET1 = 2.02mA

ICT2 = IBT2 x ß = 2.02mA x 75 = 151.5mA

IET2 = IBT2 + ICT2 = 2.02mA + 151.5mA = 153.52mA

IT = ICT1 + ICT2 = 2mA +151.5mA = 153.5mA

IT/IBT1 = 153.5mA / 20µA = 7675

20µA + 153.5mA = 153.52mA !!! (Nœud de courant OK)

T1

T2 = 75 = 100

IT20uA

Figure 7-16

ELECTRONIQUE N1


86

7.5 Différentes utilisations des transistors :

Un transistor à deux fonctions: La commutation et l'amplification...

Le transistor en commutation

L'utilisation la plus simple: si un courant arrive à la base et que la tension est de 0,6 Volts (ou de -0,6 volts si c'est un

PNP) par rapport à l'émetteur, comme expliqué ci-dessus, le transistor passe de l'état bloqué à l'état passant. C'est il

agit comme interrupteur commandé. Pour revenir à l'état bloqué, et donc, ne plus faire passer de courant du collecteur

vers l'émetteur (ou de l'émetteur vers le collecteur), il suffit d'avoir une tension inférieure à 0,6 volts par rapport à

l'émetteur (ou -0,6 volts si c'est un PNP)

Il suffit ensuite de mettre un composant en série pour faire fonctionner ce composant sur commande (par exemple

faire allumer une DEL).

Voici un schéma tout simple:

Uc est la tension aux bornes du condensateur. Mais l'émetteur (E) du transistor est

relié directement au condensateur, il n'y a pas de résistance entre l'émetteur et le

condensateur... Donc, UC = UBE . Lorsque l'on branche la batterie (Bat.), on a, au

départ, UC = UBE = 0 Volts. Donc, le transistor est bloqué. Puis le condensateur se

charge doucement. La résistance R1 permet de déterminer le temps de charge du

condensateur. Plus la valeur de R1 est grande, plus le condensateur mettra de

temps à se charger... et donc, plus l mettra de temps a atteindre.... 0, 6 Volts.

Lorsque cette tension est atteinte, le transistor devient passant et laisse passer de

plus en plus de courant jusqu'à un moment ou le courant qui passe du collecteur à

l'émetteur n'augmente plus: c'est l'état saturé.

La DEL (D) va donc s'allumer progressivement. La résistance R2 sert à limiter le courant qui passe pour deux choses:

1/ Ne pas détruire la DEL 2/ Ne pas détruire le transistor en faisant passer trop de courant dans le collecteur... Et si on

utilisait un PNP ?

Le transistor en amplification

Le transistor peut amplifier deux choses: Le courant et la tension...

1/ l'amplification en courant

Le courant qui traverse le collecteur est proportionnel à celui qui traverse la base, et ce selon la relation Ic = x Ib où

(bêta) est le coefficient d'amplification, qui dépend du transistor, mais qui peut varier selon la température

extérieure.

http://www.electronique-pour-tous.com/Netscape/Java/electronique/#Commutation

http://www.electronique-pour-tous.com/Netscape/Java/electronique/#Amplification

ELECTRONIQUE N1


87

2/ L'amplification en tension

Ici, il faut s'affranchir de , pour cela, nous allons rajouter une résistance au

niveau de l'émetteur, appelée résistance de contre-réaction. Cette résistance

est notée RE.

Récapitulons:

RE est la résistance de contre-réaction

RC est la résistance de charge, calculée pour éviter qu'un courant trop important

ne vienne détruire le transistor

RB est aussi une résistance de protection.

L'amplification est calculée ainsi: AV = RC / RE.

RC se calcule ainsi: RC = Ualim / ICmax. On prévoira une marge de sécurité, car RC possède une tolérance... Ainsi, si

l'on trouve 2 K, on mettra 2, 2 K(Ualim est la tension d'alimentation et ICmax est la valeur maximale de l'intensité

qui peut traverser le collecteur - cette valeur est donné par le constructeur)

RE se calcule ainsi : RE = RC / AV . Bien entendu, c'est AV est fixé en fonction de la tension d'entrée Ue et de la

tension de sortie Us que nous désirons.

Comme Us = AV x Ue, alors, AV = Us / Ue.

EXEMPLE:

Il nous faut une tension de sortie de 5 Volts. La tension d'entrée, récoltée, par exemple, sur un microphone est de 0,05

Volts. Il nous faut donc une amplification de Us / Ue = 5 / 0,05 = 100

Nous devons donc avoir 100 = RC / RE

Calculons RC...

Pour un transistor 2N792, ICmax doit être de 25 mA, soit 0,025 A.

Soit une tension d'alimentation de 9 Volts, on a : RC = Ualim / ICmax.= 9 / 0,025 = 360

La résistance de charge est fixé, reste la résistance de contre-réaction.

On a : RE = RC / AV = 360 / 100 = 36

ELECTRONIQUE N1


88

7.6 Amplificateur de courant pour amplificateur de tension.

7.6.1 Rôle du transistor

Le courant maximal de sortie d'un amplificateur opérationnel typique est limité. Pour un 741C, par exemple,

il est de 20 mA. Si la charge exige un courant plus élevé, il faut ajouter un élément "amplificateur de

courant" à la sortie.

Regardons les figures suivantes. Ces diagrammes (synoptique et schématique) représentent une alimentation

régulée de laboratoire.

120 V

ac Bloc d'alimentation

Référence Amplificateur /

Comparateur

Élément de

puissance

Réseau de

contre-réaction

Vers la charge

Diagramme fonctionnel

#1

#2

#3 #4

#5

Figure 7-1

Portons notre attention vers l'élément de puissance (#4). C'est un transistor. Son rôle est d'amplifier le

courant. Il fournit à la charge le courant nécessaire selon la commande de l'amplificateur opérationnel. Ainsi

il véhicule l'énergie en provenance du bloc d'alimentation vers la charge sous l’œil vigilant du circuit de

contrôle. composé des blocs #2, #3 et #5.

Charge

Diagramme

schématique

#2#3

#4

#1

#5

IE

Figure 7-2

Le transistor (encadré #4 et Figure 7-3) possède trois broches: le collecteur, la base et l'émetteur.

ELECTRONIQUE N1


89

Base

Collecteur

Émetteur

IB

IC

IE

(Transistor de type NPN)

IB

IC

IE

Figure 7-3

L'amplificateur opérationnel est celui qui pourvoit le courant de base IB contrôlant IC et IE. Dans notre

exemple (Figure 7-2), la charge est branchée à l'émetteur d'où elle reçoit son courant.

On dit que le transistor est un amplificateur de courant. En effet, IC est un courant qui est IB multiplié par un

facteur, ß, qu'on appelle le gain en courant du transistor. Un transistor typique peut avoir un ß égal à 100.

IC = ß x IB

Le courant IE se trouve la somme de IC et de IB.

IE = IC + IB

ELECTRONIQUE N1


90

7.7 Ajout d'un transistor à un amplificateur opérationnel

Voici, à la Figure 7-4, l'application classique du transistor comme amplificateur du courant de sortie d'un

amplificateur opérationnel (voir aussi la Figure 7-1 et la Figure 7-2).

18V

TIP31741

= 100

1A 12V

12R

+

12V

-

68k 1k

51k

270R

1W

+

5,1V

-

1N4733

Figure 7-4

Le circuit illustre bien le rôle du transistor. Son emploi est justifié du fait que l'amplificateur ne peut fournir

de lui-même le courant de 1 ampère exigé par la charge de 12.

Pas cabable!

Figure 7-5

Un amplificateur opérationnel typique ne peut d'ordinaire fournir plus de 20mA. Ce qui est bien au-dessous

du courant de 1 ampère qui est nécessaire dans ce cas-ci (Voir les caractéristiques). Le transistor vient donc à

la rescousse de l'amplificateur opérationnel en lui fournissant les muscles qui lui manquent. L'amplificateur

ne fournit que 9,9mA, ce qu'il est en mesure de faire.

ELECTRONIQUE N1


91

Cerveau Muscles

(ampli.op.) (Transistor)

ß=100

9,9mA

1A

Figure 7-6

18V

TIP31741

= 100

1A 12V

12R+

12V

-

68k 1k

51k

270R

1W

+

5,1V

-

1N4733

- 12,9 + 47,8mA

11,6mA

1,7mA

100uA100uA

5,1V- 6,8V + - 0,1V +

1A

990mA

1,06A

9,9mA

12,7V + 0,7V -

Figure 7-7

* 1.7mA est le courant d'alimentation du 741. On retrouve cette spécification dans les caractéristiques. C'est

le courant qu'il demande pour rendre opérationnels ses composantes internes.

ELECTRONIQUE N1


92

7.8 Exercices

# 1 -

a) IC = ?

b) IE = ?

# 2 -

a) IC = ?

b) IE = ?

# 3 -

a) IB = ?

b) IC = ?

# 4 -

a) IBT2 = ?

b) IET2 = ?

c) IET1 = ?

d) IBT1 = ?

e) ICT1 = ?

# 5 -

a) IBT2 = ?

b) ICT2 = ?

c) IET1 = ?

d) IBT1 = ?

e) ICT1 = ?

f) IT = ?

10uA = 100

= 15010uA

= 75

20mA

T1

T2

= 10 = 50

10A

T1

T2

= 50

= 100

1A

IT

ELECTRONIQUE N1


93

# 6 -

a) ICT1 = ?

b) IET1 = ?

c) IBT2 = ?

d) ICT2 = ?

e) IET2 = ?

f) IT = ?

# 7 - Examiner la figure suivante et trouver toutes les tensions et les courants demandés. Ne pas oublier de

consulter les caractéristiques des amplificateurs opérationnels.

a) Usortie = ?

b) Isortie = ?

c) IR1 =IR2 = IR3 = ?

d) IE = ?

e) IB = ?

f) IC = ?

g) UB = ?

h)Courant d'alimentation

du TL071 = ?

i) IRZ = ?

j) I1 = ?

k) I2 = ?

l) IT = ?

m) Puissance dissipée par le transistor = ?

T1

T2

= 50

IT = 100

10mA

18V

T L071 = 80

I sortie

24R+

U sortie

-

1k2 200R

R1

270R

+

5,1V

-

1N4733

I1

I2

IT

R3R2

1k

RZ

ELECTRONIQUE N1


94

# 8 - Examiner la figure suivante et trouver toutes les tensions et les courants demandés. Ne pas oublier de

consulter les caractéristiques des amplificateurs opérationnels.

30V

1436

= 75

6R

1k

Rin

910R

+

12V

-

1N4742

I1

I2

IT

Rf

1k

RZ

= 25

T1

T2

UBE = 0,7V

U sortie

a) Usortie = ?, Isortie = ?

b) IRF = ?

c) Courant d'alimentation du 1436 = ?

d) IET2 = ?

e) IBT2 = ?

f) IBT1 = ?

g) ICT1 = ? , ICT2 = ?

h) IRZ = ?

i) I1 = ?

j ) I2 = ?

k) IT = ?

l) UBT2 = ?,UBT1 = ?

m) Puissance dissipée par T2 = ?

ELECTRONIQUE N1


95

# 9 - Trouver les valeurs demandées.

= 60

TIP42

-

5,1V

+

-15V

IT

5k1

3k9

18R

-

U sortie

+

I sortie

OP27

200R

RZ

DZ

a) Courant d'alimentation du OP 27 = ?

b) Usortie = ?

c) IE = ?

d) IB = ?

e) IC = ?

f) I1 = ?

g) IRZ = ?

h) IT = ?

i) UB =?

j) Puissance dissipée par le transistor = ?

Electricite ge neraleh

Documents

Transcript of Electricite ge neraleh