Transistor bipolaire Rappels Transistor en Amplification linéaire.

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  • Transistor bipolaire Rappels Transistor en Amplification linaire
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  • Rappels Thorie des quadriples Amplification Symboles et conventions quations des courants en mode actif Modles quivalents statiques Caractristiques graphiques
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  • Quadriples Un circuit lectronique peut tre vu comme un quadriple Deux entres Ve et Ie Deux sorties Vs et Is Contenant des diples actifs ou passif Cas particulier triple : une borne dentre commune avec une borne de sortie ( transistor) Ve Ie Vs quadriple
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  • Paramtres des quadriples Dfinitions: tout quadriple peut tre reprsent par deux quations: quation de Ve et Ie en fonction de Vs et Is quation de Ve et Vs en fonction de Ie et Is Etc. Ex: Vs=f(Ve,Ie) et Is=f(Ve,Ie) Vs= a Ve + b Ie Is = c Ve + d Ie a,b,c,d sont appels paramtres du quadriple
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  • Paramtres statiques des quadriples non linaires Soit les quations du quadriple Vs=f(Ve,Ie) et Is=g(Ve,Ie) On peut tracer le rseau de courbes du quadriples Vs=f(Ve) Ie cst et Vs=f(Ie) Ve cst Is=g(Ve) Ie cst et Is=g(Ie) Ve cst En fixant Ve,Ie,Vs,Is par polarisation statique: Le quadruplet Ve 0,Ie 0,Vs 0,IS 0 dfinit: Le point de fonctionnement ou point de repos
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  • Paramtres dynamiques des quadriples non linaires Au voisinage du point de repos pour une variation des valeurs statiques on a: De la forme : a ij : tangentes au voisinage du point de repos Minuscules: variations des valeurs statiques
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  • Types de paramtres Hybrides Admittance Impdance Transfrance
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  • Amplification Besoins: Acquisition de grandeurs physiques: Capteurs de temprature, pression,humidit Capteur: lment actif ou passif dont les caractristiques varient avec la grandeur physique Variation faibles avec peu dnergie V,mV, A,mA,,m Ncessit: Amplification
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  • Types damplification Amplification en tension Gain en tension : Amplification en courant Gain en courant: Amplification en puissance Gain en puissance: Gain souvent exprim en Dcibels Tension : 20 log|Av| Courant : 20 log|Ai| Puissance : 10 log|Ap|
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  • Principales caractristiques Linarit: Le signal ne doit pas tre dform par la non linarit de lamplificateur Bande passante: Lamplification doit tre constante sur tout le spectre du signal amplifi Tensions dalimentations Rendement
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  • Exemple amplificateur v e (t) v s (t) i e (t) i s (t) vsvs veve vsvs vsvs AvAv
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  • Non linarit Vs Le signal est dform Ve Vs vivi Ve
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  • Alimentations LAlimentation apporte: Lnergie au systme Permet de le polariser Simple Double
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  • Bande passante Trace dans le diagramme de Bode 3dB -3dB
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  • Modles amplificateurs tensioncourant transconductancetransrsistance
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  • Symboles et conventions (1) Il existe deux types de transistor PNP et NPN On dispose de trois terminaux connects aux rgions internes semi-conductrices: Collecteur Emetteur Base
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  • Symboles et conventions (2) Symboles transistors PNP et NPN La flche reprsente la jonction base metteur PN pour le NPN, NP pour le PNP
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  • Polarisation en mode actif Rgles de fonctionnement en mode actif Jonction Base metteur polarise en directe Jonction Base Collecteur polarise en inverse IB,IC,IE sont respectivement les courants de base, collecteur et metteur IB IE IC IE IC IB
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  • quations gnrales Lois fondamentales: VBE+VCB=VCE IE=IC+IB IC= IB On en dduit: Avec IE IC IB
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  • quations Caractristiques Courant collecteur Courant base Courant metteur IE IC IB
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  • Modles grands signaux NPN En mode metteur commun VBE IC IB IC IE VBE IC IB IC IE
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  • Modles grands signaux PNP En mode metteur commun VBE IB IC IE VBE IB IC IE
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  • Paramtres hybrides statiques du transistor En metteur commun IB VBE IC VCE
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  • Caractristiques statiques Reprsentation graphiques des relations qui lient courants et tensions du transistor Dcoule des paramtres hybrides Courbes caractristique du transistor Rseau de sortie IC=f(VCE) IB constant Rseau de transfert en courant IC=f(IB) VCE constant Rseau dentre IB=f(VBE) VCE constant Rseau de transfert en tension VBE=f(VCE) IB constant
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  • Rseau de transfert en courant IC=f(IB) VCE constant
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  • Rseau de sortie IC=f(VCE) IB constant
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  • Rseau dentre IB=f(VBE) VCE constant
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  • Rseau de transfert en tension VBE=f(VCE) IB constant
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  • Effets thermiques Tension de seuil IB=f(VBE,T) La tension dcrot de 2mV par C Amplification de courant BETA=f(IB,T) augmente de 1% par C Courant fuite collecteur base Double pour une lvation de 10C
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  • Courbe IC=F(VBE,T) IC=f((VBE) T=20C..50C
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  • Courbe IC=f(IB,T) BETA=f(IB,T) T=-20C50C
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  • Effet EARLY Interprtation graphique IC dpend linairement de VCE VA tension dEarly 100V - VA
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  • Effet EARLY Modle grands signaux On a alors:ou avecou ICIB IE VBE VCE I
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  • Zones de fonctionnement Interprtation graphique REGION DE SATURATION REGION DE CLAQUAGE REGION ACTIVE REGION DE BLOCAGE
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  • Mode de fonctionnement Dtermin par la connaissance de : IC,VCE dans le rseau IC=f(VCE) IB constant (point de fonctionnement) Impos par la polarisation du transistor: dans le rseau dentre IB=f(VBE) Intersection avec la droite de charge dentre dans le rseau de sortie IC=f(VCE) Intersection avec la droite de charge de sortie
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  • Modes de fonctionnement usuels Deux modes dutilisation courante Mode bloqu/satur: Utilisation en logique (tout ou rien) Mode Actif Amplification grands signaux Amplification petits signaux
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  • Polarisation statique But: imposer le point de fonctionnement Comment: Par ajout d lments externes actifs ou passifs: Gnrateur de tension, de courant Rsistances,inductances Diodes, transistors Etc Importante: Dtermine les caractristiques de lensemble
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  • Polarisation principe Soit le montage suivant: quations: do IB VCE VBE IC
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  • Polarisation interprtation graphique rseau dentre RB=15K VBB=0.8V
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  • Polarisation interprtation graphique rseau de sortie VCC=4V RC=1K 2,42mA 1,58V
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  • Polarisation effets thermiques interprtation graphique rseau dentre On a do -1/RB
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  • Polarisation effets thermiques interprtation graphique rseau dentre On a do avec -1/RC
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  • Polarisation effets thermiques synthse Si T augmente: VBE dcrot et crot IB augmente=>IC=.IB augmente dautant plus =>T augmente La point de polarisation varie donc avec TC IC0 augmente et VCE0 diminue Le systme risque lemballement thermique: Saturation ou destruction
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  • Polarisation par rsistance de base quations de mailles:
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  • Polarisation par raction dmetteur Ajout dune rsistance dmetteur On obtient: avec IB IE Soit:
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  • Polarisation par raction de collecteur Ajout dune rsistance collecteur base On obtient:
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  • Polarisation par pont de base et rsistance dmetteur Polarisation la plus courante: Idem polarisation de base plus raction dmetteur En supposant IP>>IB=> VB constante Alors En considrant VBE constante IC indpendant de IP IB IE VB
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  • Polarisation par pont schma quivalent En utilisant Thvenin
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  • Transistor en Amplification Gnralits tude statique Droite de charge statique Point de fonctionnement tude dynamique Modle transistor petits signaux Droite de charge dynamique Montages de bases
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  • Transistor bipolaire en amplification principe Soit le montage suivant: Droite de charge statique: vi=0 avec IB IC VCE vi
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  • Point de fonctionnement statique Intersections dans les rseaux entre/sortie -1/RB -1/RC IC VCE Q
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  • Point de fonctionnement dynamique rseau dentre Une variation de Vi=> variation de VBB => Variation de IB Vi IB VBE
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  • Point de fonctionnement dynamique rseau de sortie Une variation de IB => variation de IC => Variation de VCE IC VCE
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  • Paramtres hybrides dynamiques du transistor En metteur commun ib vbe ic vce
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  • Paramtres hybrides remarques on a En drivant on obtient: On en dduit:
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  • Modles petits signaux Deux modles Avec h 21 =0, h 21 =
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  • Principes des montages de base metteur commun: entre base, sortie collecteur Collecteur commun: entre base, sortie metteur Base commune: entre collecteur, s