Electronique Fondamentale

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1 lctroniqu Numériqu par. OUMND lctroniqu Fondamntal. Oumnad

2 lctroniqu Numériqu par. OUMND SOMM. Notions générals...4. oi d'ohm...4. Puissanc s résistancs od d coulur à 4 bands od d coulur à 5 bands ssociation d résistancs a mass s tnsions s'ajoutnt comm ds cturs Diisur d tnsion s condnsaturs harg t décharg d'un condnsatur ssociation d ondnsatur...9. s onducturs t ls smiconducturs...0. s smiconducturs...0. gitation thrmiqu....3 and d Valnc....4 and d conduction....5 s conducturs....6 s solants....7 s smiconducturs intrinsèqus....8 smiconducturs xtrinsèqus Smiconducturs xtrinsèqus d typ N Smiconducturs xtrinsèqus d typ P...3. a jonction PN...3. Polarisation d la jonction PN...4. aractéristiqu d la diod Diod Znr Stabilisation par diod Znr drssmnt ds tnsions (courants) altrnatifs drssmnt simpl (mono) altrnanc drssmnt doubl altrnanc Filtrag par condnsatur n têt...9 V. Transistor à jonction ou transistor bipolair... V. Princip d fonctionnmnt : fft transistor... V. ésau d caractéristiqu du transistor... 3 V.3 Polarisation du transistor... 4 V.3. Polarisation par un résistanc d bas... 4

3 lctroniqu Numériqu par. OUMND 3 V.3. Polarisation par pont... 5 V.4 'opération d'amplification... 7 V.4. Grandurs caractéristiqus d'un amplificatur... 7 V.5 Transistor bipolair n amplification... 8 V.5. Schéma équialnt du transistor pour ls ptits signaux... 9 V.5. Schéma équialnt simplifié V.6 Montag émttur commun ()...3 V.6. mpédanc d'ntré V.6.3 mpédanc d sorti V.7 Montag collctur commun () V.7. Gain n tnsion V.7. mpédanc d'ntré V.7.3 mpédanc d sorti V. mplificatur Opérationnl V. Définition V. pproximation V.3 Montag NVSU V.4 Montag NONNVSU V.5 Montag SUVU V.6 Montag SOMMTU NVSU V.7 Montag SOMMTU NONNVSU V.8 mplificatur différntil V.9 Montag intégratur V.0 Montag dériatur V. onrtissur courant tnsion... 39

4 lctroniqu Numériqu par. OUMND 4. NOTONS GNS. oi d'ohm Si on appliqu un tnsion (prssion) U aux borns d'un résistanc, il n résult la circulation d'un courant lié aux dux grandurs précédnts par la rlation : U. U : n Volt (V) : n Ohm (Ω) : n mpèr () U Va Vb U Fig. : conntion d dssin. Puissanc Un composant ayant un tnsion U à ss borns t qui st trarsé par un courant dissip un puissanc P (n général par fft joul échauffmnt) tll qu : P U. P st la quantité d'énrgi dissipé pndant l'unité d tmps (joul/scond), ll st xprimé n Watt (W) Dans l cas d'un résistanc, si on appliqu la loi d'ohm on obtint : P U U

5 lctroniqu Numériqu par. OUMND 5.3 s résistancs s résistancs sont ls élémnts ls plus utilisés n élctroniqu. ur fonction st d s'opposr au passag du courant, la loi d'ohm donn la rlation ntr la tnsion, la résistanc du circuit t l courant. 'unité d msur ds résistancs st l'ohm. s résistancs ndus dans l commrc sont marqués ac un cod d coulur qui prmt d rconnaîtr lurs alurs. s systèms ls plus utilisés sont l systèm à 4 annaux t l systèm à 5 annaux..3. od d coulur à 4 bands nombr d zéros toléranc chiffrs significatifs Fig. : cod d coulur à 4 annaux a lctur s fait d gauch à droit à partir d l'xtrémité ou sont groupés ls annaux. s dux prmirs annaux indiqunt la alur ds chiffrs significatifs. troisièm annau indiqu l nombr d zéros. quatrièm annau indiqu la toléranc : Or 5%, rgnt 0 % Noir Maron oug Orang jaun Vrt lu Violt Gris lanc tab. : cod d coulurs insi un résistanc marqué : V Or a un alur d : Ω ± 5% 5.6 kω.3. od d coulur à 5 bands nombr d zéros toléranc chiffrs significatifs Fig. 3 : cod d coulur à 5 bands s trois prmirs annaux indiqunt la alur ds chiffrs significatifs. quatrièm annau indiqu l nombr d zéros. cinquièm annau indiqu la toléranc : oug %, Or 5%, rgnt 0 % insi un résistanc marqué : J Vi V Or a un alur d : Ω ± 5%

6 lctroniqu Numériqu par. OUMND 6.4 ssociation d résistancs s résistancs punt êtr associés soit n séri soit n parallèl Séri Parallèl Fig. 4 : association d résistancs.5 a mass Quand on parl d tnsion, il s'agit d'un différnc d potntil ntr dux points d'un circuit. insi, dans la figur cidssous, on a : V V V V V V V 3 V V D U V V D n élctroniqu, on a l'habitud d considérr un point du circuit comm référnc d tnsion (tnsion zéro) qu'on appèl la mass. s tnsions aux différnt point du circuit sront calculés par rapport à c point. n général, on prnd pour mass la born négati d l'alimntation. insi sur la figur cidssous, c'st l point D qui constitu la mass, on a donc V D 0 zt on a : Tnsion au point V V D V Tnsion au point V V D V Tnsion au point V V D V... V V U mass V D Fig. 5 : répartition ds tnsions dans un circuit

7 lctroniqu Numériqu par. OUMND 7.6 s tnsions s'ajoutnt comm ds cturs schéma d la figur (Fig. 5) put êtr rdssiné comm suit t on constat d'un manièr isull simpl qu U V V V 3 Or : V V V l n résult qu : U V V U 3 ou U 4 3 V3 mass Fig. 6 : répartition ds tnsions.7 Diisur d tnsion l st toujours possibl d calculr la tnsion n un point d'un circuit n utilisant corrctmnt la loi d'ohm t ls règls d'association ds résistancs. Mais l'utilisation d qulqus règl simpls put facilitr ls calculs. V V V U U U U 3 U3 U V U U U V Fig. 7 : Diisurs d potntil V U U U 3 3 3

8 lctroniqu Numériqu par. OUMND 8.8 s condnsaturs Un condnsatur st un composant constitué d dux armaturs métalliqus séparés par un isolant applé diélctriqu. Pour simplifir, on put considérr l condnsatur comm un résroir qui put mmagasinr ds élctrons. omm tout résroir, il a un olum Fig. 8 : d'mmagasinag qu'on appll PT qu'on désign par la lttr condnsatur t qui s msur n Farad. s alurs qu'on trou dans l commrc ont d qulqus picofarads (pf : pico 0 ) à qulqus millirs d microfarad (µf : micro 0 6 ). partir d qulqus µf, la tchnologi d fabrication dint élctrochimiqu, ls condnsaturs sont alors polarisés, ils ont un born () t un born () t s comport un pur comm un pil rchargabl qu'il n faut surtout pas chargr dans l sns inrs. s condnsaturs jount ds rôls très dirs dans ls montags élctroniqus. Un configuration très sount rncontré st la charg t décharg à trars un résistanc sous l'fft d'un génératur d tnsion constant. Fig. 9 : condnsaturs polarisés.8. harg t décharg d'un condnsatur onsidérons l K montag d Fig. 0, dès qu'on frm K l'intrruptur K, la Vc capacité commnc à s chargr. courant d Fig. 0 : charg t décharg d'un condnsatur charg st d'abord très fort, puis il décroît rapidmnt, n mêm tmps la tnsion Vc aux borns du condnsatur croit rapidmnt au début t ralntit nsuit. Quand la tnsion Vc st Vc égal à la tnsion du génératur, la charg s'arrêt, Vc n'augmnt plus t l courant d charg s'annul, on obtint ls ariations t Fig. : charg d'un condnsatur illustrés sur Fig.. 'xprssion d la tnsion aux borns du condnsatur st donné par : t V On our maintnant l'intrruptur K, condnsatur consr sa charg t la tnsion à ss borns rst constant. Si maintnant on frm l'intrruptur K, condnsatur s décharg à trars d'un façon similair à sa charg, au début la décharg st rapid, nsuit ll ralntit jusqu'à c qu l condnsatur soit complètmnt déchargé

9 lctroniqu Numériqu par. OUMND 9 c.à.d Vc 0. 'allur d la tnsion Vc st illustré sur Fig.. 'équation d sa ariation st donné par : V D'un manièr général, l'équation d'un charg ou d'un décharg d'un capacité à trars un résistanc st donné par l'xprssion : t V(t) V ( V V ) t 0 Vc Fig. : décharg d'un condnsatur t.8. ssociation d ondnsatur s ondnsaturs punt êtr associés soit n séri soit n parallèl Parallèl Séri Fig. 3 : association d condnsaturs

10 lctroniqu Numériqu par. OUMND 0. S ONDUTUS T S SMONDUTUS l n'st pas nécssair d connaîtr n détail l princip d fonctionnmnt (intrn) ds composants comm la diod t l transistor pour saoir s'n srir corrctmnt. Nous allons quand mêm donnr (pour cux qui désirnt n saoir un pu plus) qulqus princips sans nous anturr à alignr ls équations trop complxs d la physiqu du solid.. s smiconducturs s smiconducturs doint lur nom au fait qu lur conductiité (résistiité) st intrmédiair ntr cll ds conducturs comm ls métaux t cll ds isolants. n fait, la différnc la plus caractéristiqu résid dans l sns d la ariation d la conductiité ac la tmpératur. lors qu la résistanc d'un fil métalliqu augmnt ac la tmpératur, cll d'un smiconductur diminu. s smiconducturs ls plus utilisés sont l silicium t l grmanium qui sont ds élémnts ttraalnts qui appartinnnt à la quatrièm colonn d la classification périodiqu ds élémnts. urs atoms comportnt quatr élctrons (d alnc) sur la couch périphériqu (couch d alnc). s élémnts cristallisnt dans un systèm cubiqu, ac sur chaqu cub élémntair, un atom à chaqu sommt, un atom au cntr d chaqu fac t 6 atoms à l'intériur. c ctt structur, chaqu atom s trou au cntr d'un tétraèdr régulir dans ls quatr atoms oisins occupnt ls sommts (Fig. ). Fig. : structur d'un S Fig. : rprésntation ds liaisons d alnc dans un cristal d S On sait qu'un couch élctroniqu st particulièrmnt stabl quand ll a 8 élctrons; ls smiconducturs réalisnt ctt situation n mttant n commun chaqu élctron d la couch d alnc par dux atoms oisins, la figur Fig. illustr un xmpl simplifié d c ctt situation. tt figur n'st qu'un rprésntation commod, car, n réalité, un atom t ss 4 oisins n sont pas situés sur l mêm plan. tt rprésntation n'st d'aillurs pas très bonn bin qu'll soit largmnt utilisé. n fft, ls élctrons graitnt autour du noyau atomiqu comm ls satllits graitnt autour d la trr. a stabilité d lur orbit résult d l'équilibr ntr la forc d'attraction élctrostatiqu xrcé par l noyau la forc cntrifug du à lur rotation. Quand on dit qu dux atoms oisins mttnt n commun un élctron chacun, cla signifi qu cs dux élctrons graitnt sur un orbit qui ntour ls dux noyaux (Fig. 3). Fig. 3 : rprésntation ds orbits ds élctrons d alncs

11 lctroniqu Numériqu par. OUMND. gitation thrmiqu s particuls qui constitunt la matièr sont n prpétul moumnt. s élctrons tournnt autour ds noyaux, t cuxci, bin qu figés dans l cristal, ibrnt autour d lurs positions moynns. s moumnts s'appllnt l'agitation thrmiqu dont l'amplur augmnt ac la tmpératur, t sarrtt complètmnt au zéro absolu (73 )..3 and d Valnc Nous aons u commnt ls élctrons d la drnièr couch étaint coupés à assurr la liaison d alnc ac ls atoms oisins, c'st pour ça qu'on ls appll ls élctrons d alnc. ur niau d'énrgi s situ ntr ds limits qui constitunt un band d'énrgi dit band d Valnc..4 and d conduction Si un élctron rçoit un énrgi suffisant par échauffmnt ou par rayonnmnt, il put quittr son orbit t dnir libr dans l résau cristallin d'un façon analogu à un satllit auqul on communiqu un énrgi suffisant pour l libérr d l'attraction trrstr. s élctrons librs ont lur énrgi qui s situ dans un band d'énrgi dit band d conduction, car, étants librs, ils punt participr à la conduction d'un courant élctriqu si un champ st appliqué au smiconductur..5 s conducturs Dans ls conducturs, la band d alnc t la band d conduction s chauchnt, il n'a pas d gap ntr ls dux. Un élctron n'a aucun mal d quittr son atom pour allr "agabondr" dans l résau cristallin, on dit qu'il pass dans la band d conduction. 'énrgi d'agitation thrmiqu à la tmpératur ambiant fait qu chaqu atom libèr au moins un élctron qui oyag librmnt dans l cristal t on s rtrou ac un nombr xtrêmmnt d porturs librs qui, dès qu'on cré un champ élctriqu au sin du conductur à l'aid d'un génératur, ont êtr attirés par la born positi d c drnir créant un courant élctriqu important..6 s solants s isolant sont caractérisés par un band intrdit très important séparant la band d alnc d la band d conduction. qui ut dir qu'il faut baucoup trop d'énrgi pour arrachr un élctron d sa liaison d alnc. résultat st qu'on n trou aucun élctron libr dans l cristal t mêm si on appliqu un champ élctriqu, aucun courant n'n résult.

12 lctroniqu Numériqu par. OUMND.7 s smiconducturs intrinsèqus Dans cs smiconducturs idéalmnt purs, il y a autant d trous qu d'élctrons librs car ls prmirs apparaissnt lors d la formation ds sconds, on dit qu'il y a création d'un pair élctrontrou. nombr d'élctrons st noté n i. Si on appliqu un champ au sin du smiconductur n connctant un génératur d tnsion à ss borns, il circul un courant qui résult du déplacmnt ds dux typ d conducturs, ls élctrons libr rs l pôl () du génératur t ls trous rs l pôl () du génératur. 'xprssion d la conductiité st : σ i n i (µ n µ p ). µ n st la mobilité ds élctrons librs t µ p st la mobilité ds trous. Pour l silicium µ n 0.3 m /Vs t µ p 0.05 m /Vs c qui donn un conductiité σ i ( ) (Ωm) soit un résistiité ρ i /σ i 00Ωm. Quand la tmpératur augmnt, la croissanc d n i st très important c qui prooqu un augmntation important d la conductiité t donc du courant élctriqu..8 smiconducturs xtrinsèqus sont ds smiconducturs intrinsèqus dans lsquls on a introduit ds atoms étrangrs qu'on appll impurtés c qui a modifir complètmnt lurs caractéristiqus élctriqus. tt opération d'injctions d'impurtés s'appll dopag d'un smiconductur..8. Smiconducturs xtrinsèqus d typ N 'st l cas où ls atoms étrangrs sont élctron pntaalnts (antimoins, phosphor, arsnic) c.a.d. qu'il ont 5 élctrons sur la couch périphériqu (d alnc). Parmi cs 5 élctrons, 4 ont êtr mis n commun ac ls atoms oisins pour assurr ls liaisons d alnc, l libr Si Si P Si 5 èm, rsté libr, put c déplacr t participr à la conduction. On dit qu ls impurtés utilisés sont ds donnurs (d'élctrons). in qu l'élctron dnu libr Si laiss un ion positif drrièr lui, clui ci (constitué d l'atom donnur) a 8 élctrons sur sa couch d alnc, il n'a pas tndanc à captr l'élctron d'un atom oisin, c n'st donc pas un trou (portur) car il n participra pas au courant d trous (par l mécanism d déplacmnt d trou qui à liu à chaqu fois qu'un atom ionisé comportant un trou capt un élctron d l'atom oisin pour complétr sa drnièr couch). dopag par ds atoms donnurs a donc faorisr la conduction par élctrons librs au détrimnt d la conduction par trous. On dit qu ls élctrons constitunt ls porturs majoritairs. omm il sont porturs d charg négatis, l smiconductur xtrinsèqu st dit d typ N. Fig. 4 : dopag par atom donnur

13 lctroniqu Numériqu par. OUMND 3.8. Smiconducturs xtrinsèqus d typ P ci, ls atoms d'impurté sont ds accpturs (bor, aluminium, gallium, indium), ils ont sulmnt trois élctrons sur la couch d alnc. Si on ls introduit dans un cristal intrinsèqu, ils mttnt n commun lurs 3 élctrons ac ls 4 atoms du smiconductur qui ls ntournt pour formr ls liaisons d alnc. ls s trount à la fin ac 7 (34) élctrons sur la couch d alnc, ctt configuration st instabl t aura tndanc à captr un élctron d'un atom oisin pour complétr sa couch à 8 élctrons. Dès qu ct élctron st capté, l'atom ccptur dint un ion négatif t manqu un élctron introduit un trou dans l cristal qui a participr à la conduction par trou. ucun élctron libr n'a été cré lors d la formation du trou, ls trous sont donc baucoup plus nombrux qu ls élctrons, ils constitunt ls porturs majoritairs t l smiconductur st d typ P.. JONTON PN Si on plac l'un contr l'autr dux cristaux smiconducturs, un d typ P t l'autr d typ N, au oisinag d la P N jonction ainsi ffctué, l élctrons majoritair du coté N ont diffusr rs l coté P t trous majoritairs du côté P ont diffusr rs l côté N. s élctrons P N passés du coté P ont s rcombinr ac i ls trous abondants d c côté, t ls trous passés du côté N ont s rcombinr ac ls élctrons abondants d c coté. l s Fig. : Jonction PN cré alors un région sans porturs où il n'y a plus qu ds ions positifs du coté N t ds ions négatifs du coté P. tt région dit, zon d charg d'spac ou zon dépuplé n'st plus nutr élctriqumnt. D part t d'autr d la jonction, il xist un doubl répartition ds chargs assz smblabl à cll qu l'on trou sur ls armaturs d'un condnsatur, ls chargs positifs d'un côté, ls négatifs d l'autr. l s cré alors un champ élctriqu intrn i orinté d N rs P qui a s'opposr à la diffusion ds porturs d part t d'autr d la jonction. n fft, si un élctron arri dans la zon dépuplé, il sra rapplé par l champ rs la zon d'où il int. D la mêm façon, ls trous qui arrint dans ctt zon sont rnoyés par l champ dans la zon P d'où ils sont nus. Si on rprnd l phénomèn dpuis l début, au fur t à msur qu ls porturs diffusnt d part t d'autr d la jonction, ls chargs d'spac () t () augmntnt t l champ augmnt ac lls. Plus l champ augmnt, plus la diffusion ds porturs st friné, on dit qu'il y a création d'un barrièr d potntil qui mpêch ls Si Si n Si Si Fig. 5 : dopag par atom accptur

14 lctroniqu Numériqu par. OUMND 4 porturs d trarsr la jonction. l arri un momnt où il s'établit un équilibr statistiqu, tout s pass comm si aucun élctron n'arri à diffusr du coté P t aucun trou n'arri à diffusr du coté N, ls charg () t () d chaqu côté d la jonction cssnt d'augmntr t l champ aussi.. Polarisation d la jonction PN On dit qu'un jonction PN st polarisé n dirct lorsqu'on rli l'xtrémité P au pôl () t l'xtrémité N au pôl () d'un génératur d tnsion (Fig. ). champs xtrn xt cré par c génératur au sin d la jonction s'oppos au champ intrn i. Tant qu la tnsion U du P i xt U N génératur rst infériur à un crtain suil, xt rst Fig. : jonction PN polarisé n dirct infériur à i, t ls portur n punt toujours pas trarsr la jonction, il n'y a donc pas d courant. Si la tnsion du génératur dint supériur au suil, xt dint supériur à, i l champ résultant dans la jonction st maintnant orinté d P crs N t a donc faorisr la diffusion ds élctron d N rs P t ds trous d P rs N. l s cré alors un courant élctriqu important d P rs N au sin d la jonction (d N rs P dans l circuit xtériur). On dit qu la diod st passant. suil d tnsion à partir duqul la diod dint passant st d'niron 0.V pour l grmanium t 0.65V pour l silicium. On dit qu'un jonction st polarisé n sns inrs orsqu l potntil d son xtrémité N st supériur à clui d son xtrémité P (Fig. 3). 'action du champ xt créés par l génératur xtrn d'ajout à cll d champ intrn i, ls porturs majoritair sont rpoussés ncor un pu plus loin d la jonction c qui augmnt la largur d la zon dépuplé. ucun courant important n circul dans la jonction, on dit qu'll st bloqué. sul courant qui arri a passr st clui créé par ls portur minoritairs dont la diffusion st ncouragé par l champ. courant rst cpndant très faibl, si bin qu'on put considérr qu'un jonction PN polarisé n inrs corrspond à un résistanc très élé ou mêm à un circuit ourt. P U i xt N Fig. 3 : jonction PN polarisé n inrs. aractéristiqu d la diod Un diod st un composant élctroniqu obtnu n rcourant un jonction PN par un couch protctric n plastiqu afin d'n facilitr sa manipulation. (Fig. 4) Quand la diod st polarisé n dirct, si on not V D la tnsion appliqué à ss borns, alors ll st trarsé par un courant D t.q: P N nod athod Fig. 4 : diod

15 lctroniqu Numériqu par. OUMND 5 V D ψ D o ac ψ kt q k st la constant d oltzmann, T st la tmpératur absolu t q st la charg d l'élctron. la tmpératur ambiant (T300 K), ψ 6 mv. o st l courant inrs d la diod, il n dépnd pas d la tnsion d polarisation, mais dépnd fortmnt d la tmpératur. la tmpératur ambiant (5 ), sa alur n dépass guèr l n, à 5, sa alur st multiplié par Sur la figur (Fig. 5) l échll d la tnsion t du courant n st pas la mêm dans l sns dirct t l sns inrs..3 Diod Znr orsqu la diod st polarisé n inrs, l courant inrs qui la trars st quasimnt nul. On Vz 60 n put cpndant pas augmntr 50 indéfinimnt la tnsion inrs aux borns d un diod. orsqu ctt z tnsion attint un crtain 0 0 alur, l champ élctriqu qui Vz V D (V) règn dans la jonction dint suffisammnt élé pour ionisr 0 ls atoms n lur arrachant ls 30 élctrons d alnc qui 40 dinnnt librs t génèrnt un courant inrs très important. On dit qu il y a un fft d aalanch ou 80 qu il y a claquag d la diod. a tnsion aux borns d la diod rst constant qul qu soit l z (m) Fig. 6 : caractéristiqu d la diod Znr courant inrs qui circul dans la diod. tt tnsion dit tnsion d claquag V (brakdown oltag) rst important pour ls diods à usag général (qulqus 00 èn d Volts), sa alur st précisé par ls constructurs pour chaqu typ d diod. a diod Znr st un diod pour laqull on a utilisé ds smiconducturs N t P très fortmnt dopés c qui a comm fft d réduir la tnsion d claquag 5 D (m) 5 Fig. 5 : caractéristiqu d la diod D (m) V D (V)

16 lctroniqu Numériqu par. OUMND 6 V qui sra applé tnsion Znr V Z. Durant la fabrication, on sait contrôlr ac précision la alur d V Z. s diods Znr sont fabriqué pour êtr utilisés n inrs dans la zon d aalanch. Dans c cas, la tnsion à ss borns rst égal à V Z qulqu soit l courant z qui la trars. On l appll diod stabilisatric d tnsion. idmmnt, un Znr polarisé n dirct fonctionn comm un diod normal..3. Stabilisation par diod Znr c l montag d la figur Fig. 7, on a ssayr d stabilisr la tnsion aux borns la charg à l aid d un diod Znr (V Z 5V). Pour ls faibls alurs d, la Znr rst bloqué, la tnsion V aux borns d sra calculé comm si la Znr était absnt. Dès qu V dépass V Z, la Znr conduit t V rst égal à V Z. 00 Ω Z Vz5V 00Ω Fig. 7 : stabilisation par znr a) 3V On suppos qu la Znr st bloqué, z 0, V V V < V Z, donc la Znr st bin bloqué, tout l courant pass d la charg, 3V 0 m 03. K V, 0 m V b) 6V On suppos qu la Znr st bloqué, z 0, V V V < V Z, donc la Znr st ncor bloqué, tout l courant pass d la charg, 6V 0 m 03. K 4 V, 0 m V c) 9V On suppos qu la Znr st bloqué, z 0, V V 300 V > V Z, donc la Znr conduit t impos V V Z 5 V, l courant s partag ntr z t V 5V V Z 9V 5V 5 m, 40 m, Z 5 m 0. K 0. K 5 V, 5 m V

17 lctroniqu Numériqu par. OUMND 7 d) V l st éidnt qu la Znr a conduir ici aussi t imposr V V Z 5 V V 5V V Z V 5V 5 m, 70 m, 0. K 0. K Z 35 m 5 V, 5 m V n conclusion, on rmarqu qu tant qu la Znr st bloqué, la tnsion V aux borns d la charg n st pas stabilisé. Tout s pass comm si la Znr n était pas là. Dès qu la Znr conduit, la tnsion aux borns d la charg st stabilisé à la alur V Z, l courant dans la charg rst égal à V Z /, t c st l courant z qui circul dans la Znr qui ari pour compnsr ls ariations d..4 drssmnt ds tnsions (courants) altrnatifs but du rdrssmnt st la transformation ds tnsions altrnatis n tnsions continus pour alimntr ls chargs qui doint êtr alimntés toujours dans l mêm sns..4. drssmnt simpl (mono) altrnanc Pour simplifir on a considérr la diod comm un intrruptur parfait (V i 0 t r i 0) : V > 0 Diod passant intrruptur frmé V V V < 0 Diod bloqué intrruptur ourt V 0 Sctur V V Fig. 8 : rdrssmnt monoaltrnanc On constat sur Fig. 9 qu la tnsion rdrssé st toujours positi mais ll st ncor loin d êtr continu. alculons sa composant continu qui n st rint d autr qu sa alur moynn : π π V V( t) dt sin( θ) dθ V π π π 0 sin( θ) dt cos( ) π 0 0 [ θ ] V π.4.. Tnsion inrs maximal l instant θ 3π/, la tnsion inrs aux borns d la diod attint sa alur maximal : V D V V 0 0 π V Fig. 9 : signaux d un rdrssur monoaltrnanc

18 lctroniqu Numériqu par. OUMND 8.4. drssmnt doubl altrnanc Pour qu V s approch un pu plus d un tnsion continu, on a rdrssr ls dux altrnancs..4.. Montag à bas d transformatur à point miliu Si on prnd l point miliu du transformatur comm référnc, ls tnsions d sorti du transformatur V t V sont n opposition d phas (Fig. 0). Pndant l altrnanc positi d V, (négati d V ), la diod D conduit t alimnt la charg alors qu la diod D st bloqué (Fig. ) V V. Pndant l altrnanc négati d V, (positi d V ), la diod D st bloqué alors qu la diod D conductric, alimnt la charg (Fig. ) V V. a charg s trou ainsi alimnté pndant ls dux altrnancs. a tnsion V st rprésnté sur Fig. 0. D V Sctur D Fig. : rdrssur doubl altrnanc à point miliu V D Sctur D V Fig. 0 : signaux d un rdrssur doubl altrnanc Sctur D Fig. : prmièr altrnanc Fig. 3 : duxièm altrnanc.4.. Montag à pont rdrssmnt doubl altrnanc st obtnu D D4 à l aid d un pont rdrssur à 4 diods (Fig. Sctur 4). V Pndant l altrnanc positi d V, ls diods D D3 D t D sont conductric t alimntnt la charg Fig. 4 : rdrssur doubl altrnanc à (V V ), ls diods D 3 t D 4 sont bloqué (Fig. pont 5). Pndant l altrnanc négati d V, ls diods D 3 t D 4 sont conductric t alimntnt la charg, (V V ) ls diods D t D sont bloqué (Fig. 5).

19 lctroniqu Numériqu par. OUMND 9 résultat st qu la charg st alimnté toujours dans l mêm sns, la tnsion V st la mêm qu cll d Fig. 0. Sctur V D Sctur V D4 D D3 Fig. 5 : altrnanc positi Fig. 6 : altrnanc négati a composant continu d la tnsion V a doublé par rapport au rdrssmnt simpl altrnanc : V π.4..3 Tnsion inrs maximal Montag à point miliu : Pndant la prmièr altrnanc, la diod D st bloqué, la tnsion inrs à ss borns attint sa alur max à l instant θ π/, V D V V. Pour la diod D, ctt alur st attint à l instant θ 3π/. Montag à pont : Pndant l altrnanc positi d V, ls diods D 3 t D 4 sont bloqués, la tnsion inrs à lurs borns attint sa alur max à l instant θ π /, V D3 V D4 0 V Filtrag par condnsatur n têt filtrag st réalisé à l aid d un Sctur condnsatur d fort alur placé n parallèl d V V la charg comm cla st indiqué sur Fig. 7. allur d la tnsion V obtnu st Fig. 7 : rdrssmnt t filtrag illustré sur Fig. 8 pour 00 µf t sur Fig. 9 pour différnts alurs d. a diod conduit pndant l intrall [a, b], la tnsion V V suit b b b alors la alur d V. a a a l instant b, V diminu rapidmnt, la capacité n V V put s déchargr dans l transformatur à caus d la diod, ll a donc s déchargr (alimntr) dans la ms charg ac la constant Fig. 8 : Tnsion V ac 00 Ω t 00 µf d tmps τ. Si la alur d st important, ctt décharg st lnt t V dint très it infériur à V c qui prooqu l blocag d la diod. On constat donc qu pndant la quasi

20 lctroniqu Numériqu par. OUMND µF totalité du tmps, la charg 00µF 000µF st alimnté par l 470µF condnsatur qui st rchargé à chaqu périod pndant l intrall d tmps [a,b]. a tnsion V aux borns d la charg n st pas tout à fait 00µF continu, mais comport un ondulation d amplitud ΔV qui 00Ω st d autant plus faibl qu la ms alur d st élé (Fig. Fig. 9 : Tnsion V ac 00 Ω t différnts alurs d 9). ssayons d détrminr l xprssion d l ondulation ΔV t d la alur moynn V. équation d V pndant la décharg st V t. Si on not la alur d V à l instant t a, on aura ΔV. Si la alur d st important, la décharg dur quasimnt tout la périod T t on aura : T T ΔV ' trm T st faibl dant l unité, on put donc fair un déloppmnt au prmir ordr d l xponntill t utilisr l approximation x x, c qui donn : T T ΔV soit ΔV f a alur moynn d la tnsion obtnu st : V ΔV f n général la résistanc n st pas connu t c st plutôt l courant moyn fourni par l alimntation ainsi obtnu qui prmt d la caractérisr. Sachant qu V st oisin d, on put écrir à la plac d V c qui donn / d où : ΔV t V f f pplication numériqu : 9V, f 50 Hz, 4700 µf ΔV / m 00 m 500 m ΔV 0.06 V 0. V.06 V.3 V V 8.89 V 8.79 V 7.94 V 6.87 V Dans l cas du rdrssmnt doubl altrnanc, l amplitud d l ondulation st diisé par, n fft,

21 lctroniqu Numériqu par. OUMND D Sctur D D4 ~ D Sctur V D ~ D3 Fig. 0 : rdrssurs doubl altrnanc ac filtrag T/ T Fig. : rdrssmnt doubl altrnanc t filtrag a décharg s fait pndant un dmipériod d V (ou d V ) d où : T T ΔV ' n utilisant la mêm approximation pour l xponntill, on obtint : ΔV 4f 4f

22 lctroniqu Numériqu par. OUMND V. TNSSTO JONTON OU TNSSTO PO l st constitué d trois couchs d smiconducturs xtrinsèqus (Fig. V). On distingu dux typs d transistors bipolairs, ls transistors NPN t ls transistors PNP. NPN N P PNP P N transistor NPN st constitué par : Un couch N fortmnt dopé constituant l émttur. Un couch P très minc t faiblmnt dopé constituant la bas. Un couch N faiblmnt dopé constituant l collctur. N P Fig. V : transistors bipolairs transistor PNP st constitué par : Un couch P fortmnt dopé constituant l émttur. Un couch N très minc t faiblmnt dopé constituant la bas. Un couch P faiblmnt dopé constituant l collctur. V. Princip d fonctionnmnt : fft transistor. n l absnc d polarisation (Fig. V), ls porturs majoritairs diffusnt d part t d autrs ds dux jonctions PN, prooquant la création d dux zons dépuplés (d déplétion) où règnnt dux champs i qui s opposnt à la diffusion t ngndrnt un situation d équilibr.. N P N i i Fig. V : NPN non polarisé Si on appliqu un génératur xtrn ntr l collctur t l émttur (Fig. V3), la jonction collcturbas st polarisé n inrs, sa zon N dépuplé dint plus larg, aucun courant n Vcc circul ntr l collctur t l émttur. i i P Si on appliqu un duxièm génératur ntr la bas t l émttur (rrur! Sourc du rnoi introuabl.), la jonction bas émttur s trou N polarisé n dirct, la zon d déplétion qui l ntourait disparaît t un courant dirct circul Fig. V3 : alimntation du collctur ntr la bas t l émttur, on l appll l courant d bas. a polarisation d la jonction n dirct a êtr à l origin d un duxièm courant dans l transistor, n fft, l émttur fortmnt dopé N injct un grand nombr d élctrons dans la bas (diffusion ds porturs majoritairs), cs

23 lctroniqu Numériqu par. OUMND 3 élctrons n ont pas tous êtr récupérés par l c N circuit xtériur, car, comm la bas st très minc, un grand nombr d ntr ux a s trour au Vcc oisinag d la jonction bas collctur. Pour ctt i P jonction, ls élctrons du côté d la bas constitunt V ls porturs minoritairs dont l passag côté N collctur st fortmnt ncouragé par l champ important qui règn autour d ctt jonction. l n résult la circulation d un courant important ntr l collctur t l émttur à trars la bas (Fig. fig. V : NPN polarisé V4), c phénomèn st applé fft transistor. courant l l émttur st noté, clui d la bas st noté t clui du collctur st noté. s trois courants obéissnt aux rlations suiants : α β α st oisin d l unité (0.95 à 0.99) c qui prmt sount d considérr, par contr, l rapport β ntr l courant du collctur t clui d la bas st important, il ari ntr qulqus dizains à qulqus cntains, c st l gain n courant du transistor. Dans ls ourags anglophons, β st sount noté h ou h f n résumé, l transistor st un composant élctroniqu géré par la rlation β. tt rlation traduit la possibilité d contrôlr un courant important ( ) à l aid d un courant baucoup plus faibl ( ) d où son utilisation à grand échll n amplification. n réalité, l fonctionnmnt du transistor st légèrmnt plus complx, il faut tnir compt ds courants inrss ds jonctions. Si la bas n st pas polarisé (Fig. V3), l courant ntr l collctur t l émttur n st pas tout à fait nul mais il a un faibl alur, on l not O. D la mêm façon si on laiss l émttur ourt t on polaris la jonction n inrs, ll st trarsé par un courant inrs qui sra noté O. a rlation β dint β O, ac O β O. N P élctrons i N Fig. V4 : fft transistor V. ésau d caractéristiqu du transistor st un résau d courbs qui décrit l éolution du courant du collctur n fonction d la tnsion V t cci pour différnts alurs du courant d bas. f ( V ) n obsrant l résau d caractéristiqus d Fig. V5, on put fair dux obsrations : t

24 lctroniqu Numériqu par. OUMND 4 pour ls mêms ariations du courant, c (m) s courbs sont plus spacés pour ls alur important d, c qui ut dir qu β n st pas réllmnt un constant µ 0µ mais augmnt ac. a ariation d β ac l courant n st pas très 0 00µ important, dans la suit d c cours nous considérrons qu β st un onstant qui n dépnd qu du typ du transistor. ) Pour ls alurs importants d, ls µ 60µ 40µ 0µ courbs n sont plus tout à fait Vc horizontals mais légèrmnt inclinés. Fig. V5 : caractéristiqus d un transistor bipolair Dans c cas la rlation β drait êtr rmplacé par β /ρ V. ρ st la résistanc intrn d sorti du transistor, ll ari d un transistor à l autr. D un manièr général sa alur st suffisammnt important pour puiss négligr l trm /ρ V dant β. Dans ls ourags anglophons, /ρ st sount noté h ou h o V.3 Polarisation du transistor Pour fonctionnr corrctmnt, l transistor doit aoir sa jonction basémttur polarisé n dirct c qui ngndr un courant dans la bas t un courant β dans l collctur. état du transistor st caractérisé par c qu on appll l point d fonctionnmnt corrspondant au coupl (V, ) qui sont la tnsion ntr l collctur t l émttur ainsi qu l courant du collctur. V.3. Polarisation par un résistanc d bas On détrmin l courant n écriant la loi d Ohm dans la maill d ntré : Vcc 0. 7 ( ) n rmplaçant par β, on obtint : V 0. 7 ( β ) b b c c Vcc courant du collctur st β a tnsion V st obtnu n écriant la loi d Ohm dans la maill d sorti : Vcc V ( ) soit V V ( ) Fig. V6 : polarisation par un résistanc

25 lctroniqu Numériqu par. OUMND 5 pplication numériqu : VccV, β00, 750KΩ, KΩ, 4KΩ. alculr l point d fonctionnmnt K 0k 3. 3μ μ. 33m V ( 4K K ). 33m k 3. 3 μ 5. 35V l arri qu l problèm soit posé à l nrs, c st à dir qu on s donn un point d fonctionnmnt t qu on chrch ls alur ds résistancs qui prmttnt d obtnir c point d fonctionnmnt. xmpl : Soit un transistor d gain β00, polarisé à l aid d un alimntation VccV, alculr,, t pour obtnir l point d fonctionnmnt {V 5V, m} Si on écrit la loi d Ohm dans ls dux maills d ntré t d sorti, on s aprçoit qu nous n aons pas suffisammnt d donné pour calculr ls trois résistancs. l faut fixr un donné supplémntair, fixons la tnsion d l émttur à V V. / β m / m V V 0.7.7V V V KΩ 00. m V V 98. KΩ 0. m V V V 5 5 KΩ m V.3. Polarisation par pont a bas st polarisé par un "pont" constitué d dux résistanc t (Fig. V7). Pour facilitr la calcul, on appliqu l théorèm d Thénin au circuit d'ntré t on obtint l schéma d Fig. V8 c qui prmt d ramnr l problèm à un polarisation par un résistanc d bas. V V q c b c Vcc p b b Fig. V7 : polarisation par pont

26 lctroniqu Numériqu par. OUMND 6 // q courant st détrminé à partir d : V 0. 7 ( ) q q n rmplaçant par β, on obtint : Vq 0. 7 ( β ) courant du collctur st q β a tnsion V st obtnu n écriant la loi d Ohm dans la maill d sorti : Vcc V ( ) soit V V ( ) q q b Fig. V8 c c Vcc pplication numériqu : VccV, β00, 56KΩ, 0KΩ, KΩ, 0KΩ. alculr l point d fonctionnmnt. On tou : V q.8 V, q 8 KΩ d'où μ 8K 0 k μ 0. 53m V ( 0 K K ) 0. 53m k 5. 3 μ 5. 6V ********************* VccV, β00, alculr,,, t pour obtnir l point d fonctionnmnt : {V 5.5V, m, V V}. s donnés n suffisnt pas pour calculr ls dux résistancs du pont, ll prmttnt sulmnt d calculr q. Pour lr ctt indétrmination, on s donn un ds dux résistancs t on calcul l'autr. Un duxièm solution consist à s donnr l rapport ntr l courant du pont P t l courant d bas. Si on not l courant dans t l courant dans, on a, si st grand dant, on put négligr t on obtint P courant du pont. Prnons P 30. / β m / m V V 0.7.7V V V. 7 V KΩ 59. KΩ m m V V V V V 5. 5 KΩ 55. KΩ 0. m m

27 lctroniqu Numériqu par. OUMND 7 V.4 'opération d'amplification Un amplificatur st un montag qui fournit à sa sorti un tnsion égal à la tnsion d ntré multiplié par un constant supériur à l unité. tt constant s appll l gain n tnsion d l amplificatur, on la not sount V. V Vs. V Fig. V9 V.4. Grandurs caractéristiqus d'un amplificatur Un amplificatur put êtr rprésnté par l schéma d Fig. V0. mpédanc d'ntré : Z i s i Gain n tnsion : Zs V Z mpédanc d sorti : s) co Z s i s) cc i s Vs Fig. V0 : rprésntation d Thénin d'un amplificatur Vu d l'ntré, l'ampli s comport comm un résistanc qu'on appll résistanc ou impédanc d'ntré. Vu d la sorti, il s comport comm un génératur d tnsion intrn i V t d résistanc d sorti s ou Zs. V.4.. Msur ds grandurs caractéristiqus d'an amplificatur Pour msurr Z, on put utilisr dux méthods : a) On branch un génératur à l'ntré, on msur t i t on n déduit Z / i b) On branch un génératur è trars un résistanc connu (Fig. V), on msur g t t on n Vg déduit Z à l'aid d l'xprssion du diisur d potntil : Z Z g Z g Pour msurr V, on branch un génératur à l'ntré, t on msur t la tnsion d sorti a id s. gain n tnsion st V s /. Pour msurr l'impédanc d sorti Zs, on procèd n dux tmps : a) on msur la tnsion d sorti à id s ) co c qui prmt d détrminr la tnsion intrn i car, à id, l courant d sorti i s st nul, donc i s ) co maintnant qu i st connu, on courtcircuit la sorti t on msur l courant d sorti i s ) cc. a loi d'ohm i Zs i s ) cc donn Zs i / i s ) cc V Z Fig. V : msur d Z

28 lctroniqu Numériqu par. OUMND 8 V.5 Transistor bipolair n amplification Nous aons u commnt on calcul la polarisation c.a.d l point d fonctionnmnt continu (statiqu) du montag d Fig. V7. n utilisra un indic 'o' pour désignr ls tnsions t ls courants corrspondant au point d fonctionnmnt statiqu qu'on désign aussi par position d rpos. Nous allons oir maintnant c qui s pass si (à partir d'un instant t o ) on fait arir légèrmnt l courant autour d sa position d rpos 0. Si augmnt β augmnt aussi (β fois plus it). Si diminu β diminu aussi (β fois plus it). Si ari sinusoïdalmnt autour d 0 (Fig. V) ac un amplitud Δ, alors ari sinusoïdalmnt autour d 0 ac un amplitud Δ β Δ, n fft : 0 Δ sin(wt) 0 i b c β β 0 β Δ sin(wt) 0 Δ sin(wt) c i c gardons maintnant commnt ari la tnsion V. V V ( ), donc, si augmnt, V a diminur, t si diminu, V a augmntr, on dit qu V ari n opposition d phas ac. (Fig. V) 0 Δ 0 β 0 Δ β Δ to t to t V ΔV ( ) c Δ V 0 to t Fig. V : Variation d,,t V Fig. V3 illustr graphiqumnt la rlation ntr ls ariations d, t V. n fft, ls courants t ls tnsions dans un montag à transistor sont gérés par la loi d'ohm t la rlation β. a loi d'ohm dans la maill d sorti {V V } s'appll la droit d charg, on l'écrit d sort à c qu'll xprim n fonction d V : V V c.

29 lctroniqu Numériqu par. OUMND 9 Sur Fig. V3, la droit β détrmin ls ariations d à partir ds ariations d, t la droit d charg prmt d détrminr graphiqumnt ls ariations d V à partir ds ariations d. c (m) (µ) Vc (V) Fig. V3 : mplification par transistor Pour injctr la tnsion altrnati sans qu cla n'altèr la polarisation du transistor n modifiant l point d fonctionnmnt statiqu, on utilis ds capacité d liaison (Fig. V4) qui sront considérés comm ds courtscircuits parfaits pour ls signaux altrnatifs t comm ds circuits ourts pour ls courants t ls tnsions continus. a tnsion sur la bas du transistor st la somm d la tnsion continu V t d la tnsion d'ntré (ariabl). a ariation d V prooqu la ariation du courant, t par conséqunt cll d, V t s.. Pour calculr la rlation ntr la arions d V ( ) t la ariation d V ( s ), on utilis un modèl du transistor plus adapté pour l calcul ds signaux ariabl. b b Vcc c s Fig. V4 : mplificatur ac ls capacités d liaison V.5. Schéma équialnt du transistor pour ls ptits signaux utour d'un point d polarisation, ls rlation ntr ls faibls ariations sont décrits par : V hi h i hi h

30 lctroniqu Numériqu par. OUMND 30 s rlations décrint ls lois élctriqus du schéma ci dssous (Fig. V5) qu'on appll schéma équialnt pour ls ariation ou schéma équialnt n dynamiqu du transistor. i i h h β i h Fig. V5 : Schéma équialnt n dynamiqu du transistor h st l'impédanc d'ntré du transistor : h : ΔV Δ V Sa alur dépnd du transistor ( β ) t du point d fonctionnmnt statiqu ( ) h 6β h st l gain du transistor : h Δ β Δ V h st un trm d réaction intrn, il donn la ariation d V n fonction d cll d V : h ΔV ΔV t ) m t, sa alur st très faibl, il sra l plus sount négligé. h st l'impédanc d sorti du transistor, c'st la pnt d la caractéristiqu f(v ) à t.: h Δ ΔV horizontal, h st faibl t sra l plus sount négligé. t t. a caractéristiqu étant quasimnt V.5. Schéma équialnt simplifié s trms h t h étant très faibls, on ls néglig pour obtnir l schéma équialnt simplifié cidssous (Fig. V6). i i h β i Fig. V6 : Schéma équialnt simplifié

31 lctroniqu Numériqu par. OUMND 3 V.6 Montag émttur commun () Vcc b c // b s i h i β i i c S Fig. V7 : Montag émttur commun Fig. V8 : Schéma équialnt d l'émttur commun 'st l montag illustré sur Fig. V7. Son nom int du fait qu l'émttur st rlié à la mass (commun). 'st l montag amplificatur l plus utilisé. schéma équialnt global (Fig. V7) st obtnu comm suit : transistor st rmplacé par son schéma équialnt n dynamiqu simplifié. s condnsaturs d liaisons sont rmplacés par ds courtscircuits? 'alimntation V st rmplacé par la mass, car c montag st clui ds ariations t ls ariations d V sont nulls car c'st un tnsion constant. V.6.. Gain n tnsion D'après l schéma d Fig. V7 on put écrir : h i i i b s c c cβ b d'où l'xprssion du gain n tnsion du montag émttur commun : s c β h N: c V V t β 00 alculr la résistanc pour aoir { V 6V, m } puis calculr l gain n tnsion V 6V / m 6 KΩ, h 6 * 00 / 600 Ω, V 00 * 6000 / montag tl qu'il st présnté sur Fig. V7 présnt l'inconénint suiant: Sous l'fft du courant qui trars l transistor, la tmpératur d cluici augmnt légèrmnt à caus la puissanc dissipé par fft joul. tt augmntation d tmpératur augmnt l nombr d porturs par l mécanism d création d pairs élctrons trou. a conséqunc dirct d l'augmntation du nombr d portur st l'augmntation du courant qui ngndr un augmntation du courant qui à son tour a ngndrr un augmntation supplémntair d la tmpératur du transistor t prooqur c qu'on appll un mballmnt thrmiqu.

32 lctroniqu Numériqu par. OUMND 3 Pour rmédir à c problèm, on ajout un résistanc sur l'émttur du transistor (Fig. V9). tt résistanc jou un rôl d stabilisation d la tmpératur car, si augmnt, alors la tnsion V augmnt donc la tnsion V diminu prooquant la diminution d t donc d. Vcc c b b s Fig. V9 : montag ac résistanc d stabilisation d tmpératur i i i h β i c S Fig. V0 : Schéma équialnt du montag ac résistanc d stabilisation thrmiqu schéma équialnt n dynamiqu dint clui d Fig. V0. l gain n tnsion st donné par : ( ) h i ( β ) i h ( β ) i b b b s h s ci c cβ i b βc ( β ) N: c l point d fonctionnmnt { V 5V, V V, m }, on obtint 6 KΩ, (mêm alur qu précédmmnt), t KΩ, c qui donn un gain n tnsion d sulmnt : V 6 KΩ / KΩ 6 On constat qu la résistanc d'émttur jou un rôl important pour la stabilisation d la tmpératur, mais ll a un influnc néfast sur l gain n tnsion V. Pour b b car (β ) >> h Vcc c s Fig. V : ac résistanc d'émttur découplé

33 lctroniqu Numériqu par. OUMND 33 rmédir à c problèm, on plac un condnsatur (d découplag) n parallèl sur (Fig. V). condnsatur n'intrint pas n continu, donc la résistanc jou plinmnt son rôl d stabilisation thrmiqu, alors qu'n altrnatif, l condnsatur st rmplacé par un courtcircuit c qui nous ramèn au schéma équialnt d Fig. V7 qui, comm nous l'aons u, procur un gain n tnsion important. V.6. mpédanc d'ntré l paraît éidnt d'après l schéma équialnt (Fig. V7) qu : Z h // h h Pour s'n assurr il suffit d'écrir la loi d'ohm dans la maill d'ntré, Z i ( // h ) i V.6.3 mpédanc d sorti à aussi, on oit bin sur l schéma équialnt qu Z S Pour s'n assurr, s ) co β i b, i s ) cc β i b Z S s ) co / i s ) cc V.7 Montag collctur commun () Vcc i i b b s h i S βi Fig. V3 : montag collctur commun i i i b h i montag (Fig. V3) doit son nom au fait qu l collctur st rlié à V (commun pour ls ariation). signal d sorti st pris sur l'émttur. schéma équialnt st illustré (sous dux rsion) sur Fig. V. ip βi s Fig. V : schéma équialnt du collctur commun V.7. Gain n tnsion h i ( β ) i b s ( β ) i b b s ( β ) h ( β )

34 lctroniqu Numériqu par. OUMND 34 On rmarqu qu l montag collctur commun a un gain n tnsion oisin d l'unité, pour ctt raison, on l'appll aussi, montag émttur suiur car la tnsion sur l'émttur suit cll d la bas. Si l gain n tnsion st égal à, on put s dmandr qu'll st l'utilité d c montag, c'st c qu nous rrons un pu plus loin dans c cours. V.7. mpédanc d'ntré Z i i i p b or i p h i ( β ) i h ( ) i Z' i [ β ] b b b b Z' st l'impédanc d'ntré sans la résistanc (u à droit d ) Z' Z / / Z' Z' Z' ( ( β ) ) Z // Z' // h N: 47 K, 64 K, 6 K > Vq 6.99 V, q 7. K,.04 m 7 K, t h 5.3 K Z 6.5 K V.7.3 mpédanc d sorti courant d'ntré sra noté i i t l courant dans sra noté i p. s) co Z s i s) cc i s) co ( β ), or h i i b b ( β ), b d'où ( β ) s) co h ( β ) i' b h i ( β ) i' or h i s) cc b ' d'où b ip β i h s) cc βi' is)cc h h Z s h ( β ) β Fig. V4 tt xprssion d Z S n corrspond pas au cas l plus général car ll suppos qu st issu d'un génératur parfait d résistanc intrn g 0. g i i i b h i Si l signal d'ntré st issu d'un ip génératur rél (Fig. V5), on a érifir qu l'impédanc d'ntré du g montag dépnd aussi d la βi résistanc intrn g du génératur Fig. V5 s

35 lctroniqu Numériqu par. OUMND 35 d'attaqu. On put simplifir l montag d Fig. V5 n utilisant l théorèm d Thénin au point, on obtint l schéma d Fig. V6. ' b gb g // b, g g i s) co s) cc ( β ) h ' gb ( β ) ( β ) h ' g gb Z S b g g ( gb ) h g h g h // h ( β ) β β gb N : Zs 8 Ω On rmarqu d'après c qui précèd qu l montag collctur commun n'st pas un bon amplificatur car il a un gain oisin d l'unité mais il a un impédanc d'ntré élé t un faibl impédanc d sorti. On s'n srt comm adaptatur d'impédanc. gb ' g i b h Fig. V6 i βi s

36 lctroniqu Numériqu par. OUMND 36 V. MPFTU OPTONN V. Définition amplificatur opérationnl st un amplificatur différntil qui a ls caractéristiqus suiants : Son gain n boucl ourt bo st très élé, au moins 0 5 t courammnt 0 6. impédanc d ntré sur chacun d cs ntré st très élé. plus sount on la considèr comm infini, c qui impliqu qu ls courants d ntrés sont nuls. impédanc d sorti st quasimnt null. ε bo s S. ε.( ) bo bo Fig. V : mplificatur opérationnl V. pproximation amplificatur opérationnl st n général alimnté par un alimntation symétriqu {V,V} n dépassant pas {5V, 5V}. Dans la suit d c cours, on prndra l plus sount V V t VV. Sachant qu la tnsion d sorti d un amplificatur n put jamais dépassr sa tnsion d alimntation, V S n put pas dépassr V pour ls alur positis t V pour ls alur négatis. a alur max. qu on put donnr à la tnsion différntill d ntré sans qu il y st distorsion d la tnsion d sorti st ε max tll qu bo ε max V c qui donn : V ε max µv 6 0 On s aprçoit donc qu ls tnsions sur l ntré inrsus () t sur l ntré non inrsus () rstnt toujours très oisins puisqu la différnc ntr ls dux n dépass guèr qulqus microolts. Dans la pratiqu pour facilitr ls calculs, on prndra : Vs V Vs ε max V Fig. V : tnsion d sorti t caractéristiqu d transfrt d un ampliop V ε o,

37 lctroniqu Numériqu par. OUMND 37 V.3 Montag NVSU st l montag à amplificatur opérationnl l plus utilisé. ntré st rlié à la mass, V 0 omm V V, on a aussi V 0, on dit qu on a un mass irtull sur l ntré, c qui prmt d écrir : V, V S D où s s mass irtull Fig. V3 : mplificatur inrsur s V.4 Montag NONNVSU tt fois, l ntré st rlié à la tnsion d ntré, V V omm V V, on a aussi V V, c qui prmt d écrir : V V S V D où s s tt fois, l gain st positif, il st toujours supériur à, on n put donc pas utilisr c montag comm atténuatur. Fig. V4 : mplificatur noninrsur s V.5 Montag SUVU V S V. s Fig. V5 : mplificatur suiur

38 lctroniqu Numériqu par. OUMND 38 V.6 Montag SOMMTU NVSU V V / V V / V S ( ) (V / V / ) V V V s Si Vs (V V ) Fig. V6 : Sommatur inrsur s V.7 Montag SOMMTU NONNVSU, s s s ( ) ( ) s Si, 'xprssion dint : ( ) s Fig. V7 : Sommatur inrsur Si n plus on obtint : s V.8 mplificatur différntil, S S s s Fig. V8 : amplificatur différntil ou ncor :

39 lctroniqu Numériqu par. OUMND 39 Si s, 'xprssion dint : ( ) s Si n plus on obtint : s V.9 Montag intégratur i i dq Q V, dv dt dt V i( t) dt c S i mass irtull i i s s ( t) dt Fig. V9 : montag intégratur V.0 Montag dériatur i dv d dt dt s i s d dt mass irtull i i s Fig. V0 : montag dériatur V. onrtissur courant tnsion S i x i i s Fig. V : conrtissur courant tnsion