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Transistor bipolaire Rappels Transistor en Amplification linéaire.

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1 Transistor bipolaire Rappels Transistor en Amplification linéaire

2 Rappels Théorie des quadripôles Amplification Symboles et conventions Équations des courants en mode actif Modèles équivalents statiques Caractéristiques graphiques

3 Quadripôles Un circuit électronique peut être vu comme un quadripôle –Deux entrées Ve et Ie –Deux sorties Vs et Is Contenant des dipôles actifs ou passif Cas particulier tripôle : –une borne dentrée commune avec une borne de sortie ( transistor) Ve Ie Vs quadripôle

4 Paramètres des quadripôles Définitions: tout quadripôle peut être représenté par deux équations: –Équation de Ve et Ie en fonction de Vs et Is –Équation 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 appelés paramètres du quadripôle

5 Paramètres statiques des quadripôles non linéaires Soit les équations du quadripôle –Vs=f(Ve,Ie) et Is=g(Ve,Ie) On peut tracer le réseau de courbes du quadripôles –Vs=f(Ve) à Ie cst et Vs=f(Ie) à Ve cst –Is=g(Ve) à Ie cst et Is=g(Ie) à Ve cst En fixant Ve,Ie,Vs,Is par polarisation statique: Le quadruplet Ve 0,Ie 0,Vs 0,IS 0 définit: – Le point de fonctionnement ou point de repos

6 Paramètres dynamiques des quadripôles non linéaires 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

7 Types de paramètres Hybrides Admittance Impédance Transférance

8 Amplification Besoins: Acquisition de grandeurs physiques: –Capteurs de température, pression,humidité… Capteur: –élément actif ou passif dont les caractéristiques varient avec la grandeur physique –Variation faibles avec peu dénergie – V,mV, A,mA,,m Nécessité: Amplification

9 Types damplification Amplification en tension –Gain en tension : Amplification en courant –Gain en courant: Amplification en puissance –Gain en puissance: Gain souvent exprimé en Décibels –Tension : 20 log|Av| –Courant : 20 log|Ai| –Puissance : 10 log|Ap|

10 Principales caractéristiques Linéarité: –Le signal ne doit pas être déformé par la non linéarité de lamplificateur Bande passante: –Lamplification doit être constante sur tout le spectre du signal amplifié Tensions dalimentations Rendement

11 Exemple amplificateur v e (t) v s (t) i e (t) i s (t) vsvs veve vsvs vsvs AvAv

12 Non linéarité Vs Le signal est déformé Ve Vs vivi Ve

13 Alimentations LAlimentation apporte: – Lénergie au système –Permet de le polariser Simple Double

14 Bande passante Tracée dans le diagramme de Bode – à –3dB -3dB

15 Modèles amplificateurs tensioncourant transconductancetransrésistance

16 Symboles et conventions (1) Il existe deux types de transistor PNP et NPN On dispose de trois terminaux connectés aux régions internes semi-conductrices: – Collecteur – Emetteur – Base

17 Symboles et conventions (2) Symboles transistors PNP et NPN La flèche représente la jonction base émetteur –PN pour le NPN, NP pour le PNP

18 Polarisation en mode actif Règles de fonctionnement en mode actif –Jonction Base Émetteur polarisée en directe –Jonction Base Collecteur polarisée en inverse –IB,IC,IE sont respectivement les courants de base, collecteur et émetteur IB IE IC IE IC IB

19 Équations générales Lois fondamentales: –VBE+VCB=VCE – IE=IC+IB – IC= IB On en déduit: Avec IE IC IB

20 Équations Caractéristiques Courant collecteur Courant base Courant émetteur IE IC IB

21 Modèles grands signaux NPN En mode émetteur commun VBE IC IB IC IE VBE IC IB IC IE

22 Modèles grands signaux PNP En mode émetteur commun VBE IB IC IE VBE IB IC IE

23 Paramètres hybrides statiques du transistor En émetteur commun IB VBE IC VCE

24 Caractéristiques statiques Représentation graphiques des relations qui lient courants et tensions du transistor –Découle des paramètres hybrides Courbes caractéristique du transistor –Réseau de sortie IC=f(VCE) à IB constant –Réseau de transfert en courant IC=f(IB) à VCE constant –Réseau dentrée IB=f(VBE) à VCE constant –Réseau de transfert en tension VBE=f(VCE) à IB constant

25 Réseau de transfert en courant IC=f(IB) à VCE constant

26 Réseau de sortie IC=f(VCE) à IB constant

27 Réseau dentrée IB=f(VBE) à VCE constant

28 Réseau de transfert en tension VBE=f(VCE) à IB constant

29 Effets thermiques Tension de seuil IB=f(VBE,T) –La tension décroît de 2mV par °C Amplification de courant BETA=f(IB,T) – augmente de 1% par °C Courant fuite collecteur base –Double pour une élévation de 10°C

30 Courbe IC=F(VBE,T) IC=f((VBE) à T=20°C..50°C

31 Courbe IC=f(IB,T) BETA=f(IB,T) à T=-20°C…50°C

32 Effet EARLY Interprétation graphique IC dépend linéairement de VCE VA tension dEarly 100V - VA

33 Effet EARLY Modèle grands signaux On a alors:ou avecou ICIB IE VBE VCE I

34 Zones de fonctionnement Interprétation graphique REGION DE SATURATION REGION DE CLAQUAGE REGION ACTIVE REGION DE BLOCAGE

35 Mode de fonctionnement Déterminé par la connaissance de : –IC,VCE dans le réseau IC=f(VCE) à IB constant (point de fonctionnement) Imposé par la polarisation du transistor: – dans le réseau dentrée IB=f(VBE) Intersection avec la droite de charge dentrée –dans le réseau de sortie IC=f(VCE) Intersection avec la droite de charge de sortie

36 Modes de fonctionnement usuels Deux modes dutilisation courante –Mode bloqué/saturé: Utilisation en logique (tout ou rien) –Mode Actif Amplification grands signaux Amplification petits signaux

37 Polarisation statique But: imposer le point de fonctionnement Comment: Par ajout d éléments externes actifs ou passifs: –Générateur de tension, de courant –Résistances,inductances –Diodes, transistors –Etc Importante: –Détermine les caractéristiques de lensemble

38 Polarisation principe Soit le montage suivant: Équations: doù IB VCE VBE IC

39 Polarisation interprétation graphique réseau dentrée RB=15K VBB=0.8V

40 Polarisation interprétation graphique réseau de sortie VCC=4V RC=1K 2,42mA 1,58V

41 Polarisation effets thermiques interprétation graphique réseau dentrée On a doù -1/RB

42 Polarisation effets thermiques interprétation graphique réseau dentrée On a doù avec -1/RC

43 Polarisation effets thermiques synthèse Si T° augmente: – VBE décroît et croît IB augmente=>IC=.IB augmente dautant plus =>T° augmente La point de polarisation varie donc avec T°C –IC0 augmente et VCE0 diminue Le système risque lemballement thermique: –Saturation ou destruction

44 Polarisation par résistance de base Équations de mailles:

45 Polarisation par réaction démetteur Ajout dune résistance démetteur On obtient: avec IB IE Soit:

46 Polarisation par réaction de collecteur Ajout dune résistance collecteur base On obtient:

47 Polarisation par pont de base et résistance démetteur Polarisation la plus courante: –Idem polarisation de base plus réaction démetteur En supposant IP>>IB=> VB constante Alors En considérant VBE constante IC indépendant de IP IB IE VB

48 Polarisation par pont schéma équivalent En utilisant Thévenin

49 Transistor en Amplification Généralités Étude statique –Droite de charge statique –Point de fonctionnement Étude dynamique –Modèle transistor petits signaux –Droite de charge dynamique Montages de bases

50 Transistor bipolaire en amplification principe Soit le montage suivant: Droite de charge statique: vi=0 avec IB IC VCE vi

51 Point de fonctionnement statique Intersections dans les réseaux entrée/sortie -1/RB -1/RC IC VCE Q

52 Point de fonctionnement dynamique réseau dentrée Une variation de Vi=> variation de VBB => Variation de IB Vi IB VBE

53 Point de fonctionnement dynamique réseau de sortie Une variation de IB => variation de IC => Variation de VCE IC VCE

54 Paramètres hybrides dynamiques du transistor En émetteur commun ib vbe ic vce

55 Paramètres hybrides remarques on a En dérivant on obtient: On en déduit:

56 Modèles petits signaux Deux modèles –Avec h 21 =0, h 21 =

57 Principes des montages de base Émetteur commun: entrée base, sortie collecteur Collecteur commun: entrée base, sortie émetteur Base commune: entrée collecteur, sortie émetteur Ve Vs Émetteur commun VeVs Collecteur commun Ve Vs Base commune

58 Montage émetteur commun Régime statique : –Polarisation par résistances Pont de base R1,R2 Contre réaction RE –Alimentation VCC Régime dynamique : –Condensateurs de liaisons C1 et C2 découplage émetteur CE –Entrée: Ve sur base –Sortie: Vs sur collecteur veve vsvs

59 Montage émetteur commun Étude statique En statique: –les capacités ont une impédance infinie Polarisation classique: Droite de charge statique IP IB IE VB

60 Montage émetteur commun Étude dynamique En dynamique: –Les impédances des condensateurs sont nulles court-circuits –Les alimentations sont éteintes court-circuits –Les grandeurs variables tensions et courants : Restent actives (lettres minuscules) Pour obtenir le schéma dynamique: –On applique les règles précédentes –On remplace le transistor par son modèle petits signaux

61 Montage émetteur commun Schéma équivalent(1) On applique les règles: veve vsvs

62 Montage émetteur commun Schéma équivalent(2) On remplace le transistor par son modèle équivalent petits signaux simplifié: –Avec h 22,h 12 =0 sans oublier que ibib icic veve vsvs B E C

63 Montage émetteur commun paramètres de lamplificateur A partir du schéma: On en déduit –Le gain en tension –Limpédance dentrée –Le gain en courant –Limpédance de sortie

64 Émetteur commun Droites de charges Statique et dynamique Q IC0 VCE0

65 Montage Collecteur commun Régime statique : –Polarisation par résistances Pont de base R1,R2 Contre réaction RE –Alimentation VCC Régime dynamique : –Condensateurs de liaisons C1 et C2 –Entrée: Ve sur base –Sortie: Vs sur émetteur veve vsvs

66 Montage collecteur commun Étude statique En statique: –les capacités ont une impédance infinie Polarisation classique: Droite de charge statique IB IP IE VB

67 Montage collecteur commun schéma équivalent On remplace le transistor par son modèle équivalent petits signaux simplifié: –Avec h 22,h 12 =0 sans oublier que veve vsvs ibib

68 Montage collecteur commun paramètres de lamplificateur A partir du schéma: On en déduit –Le gain en tension –Limpédance dentrée –Le gain en courant –Limpédance de sortie

69 Montage collecteur commun Droites de charges Les droites de charges dynamique et statique se confondent: Statique : Pente dynamique : Même pente identique, passent par le même point de fonctionnement


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