Lab #3 : Transistor à l effet de champ (FET)

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1 GEF341 : Dispositifs et circuits électroniques Lab #3 : Transistor à l effet de champ (FET) Objectif Polariser un FET à un point d opération satisfaisant pour construire un amplificateur de puissance. Mesurer les caractéristiques d amplificateur source commune et drain commun et vérifier qu elles sont identiques à ce que prédit la théorie. Théorie On désire mesurer les caractéristiques suivantes d amplificateurs : a. gain voltage, b. impédance d entrée, c. impédance de sortie, et d. réponse en fréquence. 1. Considérons un amplificateur de puissance quelconque tel que sur la figure Fig. 1 a. le gain voltage est mesuré en injectant une sinusoïde à l entrée de l amplificateur. On doit s assurer que l entrée et la sortie ne sont pas écrêtées. En mesurant les amplitudes à l entrée, v i (t), et à la sortie v o (t) on obtient le gain voltage par le simple calcul A V = amplitude de v o(t) amplitude de v i (t) On précise alors la fréquence à laquelle le gain voltage a été mesuré. Pour être plus exact on spécifie de plus le déphasage φ entre les sinusoïdes d entré et sortie, et on dit alors que le gain voltage est (sous forme exponentielle complexe) : A V = amplitude de v o(t) amplitude de v i (t) ej φ

2 Fig. 2 Fig. 3 Par exemple si l entrée et la sortie sont déphasées de 180 alors : A V = amplitude de v o(t) amplitude de v i (t) b. Pour mesurer l impédance d entré on trace un graphique de A V amplitude de v i(t) amplitude de v i (t) en fonction de 1 A V R pour différentes valeurs de R d après le circuit de la figure 2. L allure générale du graphique est présentée sur la figure 3, et on a Z in = pente du graphique On précise alors la fréquence à laquelle la mesure est faite. c. pour mesurer l impédance de sortie on trace un graphiques de A V en fonction de A V /R L pour différentes valeurs de la charge R L. L allure générale du graphique est présentée sur la figure 4, On a alors Z out = - pente du graphique où la mesure est faite dans la portion pour laquelle la sortie n est pas écrêtée. On précise alors la fréquence à laquelle la mesure est faite. d. La réponse en fréquence est tracée à partir des mesures de gain voltage à différentes fréquences. Elle comprend les deux graphiques suivants : 2

3 Fig. 4 i. gain voltage en db versus la fréquence en Hz avec une échelle logarithmique de fréquence, ii. déphasage en degrés versus la fréquence en Hz avec une échelle logarithmique de fréquence. Première partie expérimentale :mesure des paramètres des transistors Procurez-vous deux transistors de 2N5459 et marquez-les de façon à pouvoir les reconnaître. Les broches de ce transistor sont identifiées à la figure 5. Obtenez Fig. 5 la caractéristique statique de vos FETs à l aide du transistomètre. Tracez en les courbes de I D en fonction de V GS lorsque V DS = 10 volts, et estimez les paramètres V P et I DSS de chacun des transistors. Deuxième partie expérimentale : amplificateur source commune et drain commun Amplificateur source commune : 1. Calculez les résistances R S et R D du circuit de la figure 6 afin que le point d opération du transistor soit (I D = I DSS /2, V DS = 10 V). Utilisez la valeur de résistance disponible qui est la plus près des valeurs calculées, et mesurez les. 2. Construisez le circuit de polarisation de l amplificateur de la figure 6 et mesurez les voltages V G, V D, V S. Calculez d après ces valeurs le point d opération du transistor. Notez lequel des transistors vous utilisez. 3

4 Fig Complétez la construction du circuit de la figure 6 et appliquez à l entrée une sinusoïde de fréquence 1 khz et environ 0.5 V crête-à-crête. Assurezvous que la sortie n est pas écrêtée. Si elle l est, diminuez l amplitude de l entrée. Si l amplificateur fonctionne bien alors la sortie est hors de phase avec l entrée et d amplitude trois fois plus grande environ. 4. Mesurez le gain voltage. 5. Mesurez l impédance d entrée. 6. Mesurez l impédance de sortie. 7. À partir des valeurs mesurées en 4, 5 et 6, calculez le gain courant à environ 1 khz. 8. Mesurez la réponse en fréquence (amplitude seulement) entre 10 Hz et 1 khz en prenant 4 à 5 lectures par décade. Amplificateurs drain commun 1. Calculez les résistances R 1, R 2, R S du circuit de la figure 7 pour que Fig. 7 4

5 le point d opération du transistor soit (I D = I DSS /2, V DS = 10 volts). Utilisez des résistances dont la valeur disponible est la plus près des valeurs calculées et mesurez les. 2. Construisez le circuit de polarisation de l amplificateur de la figure 7 et mesurez les voltages V G, V D, V S. Calculez d après ces valeurs le point d opération du transistor. Notez lequel des transistors vous utilisez. 3. Complétez la construction du circuit de la figure 7 et appliquez à l entré une sinusoïde de fréquence environ 1 khz et 4 volts crête-à-crête. Assurezvous que la sortie n est pas écrêtée. Si l amplificateur fonctionne bien alors l entrée et la sortie ont à peu près la même amplitude et les deux sinusoïdes sont en phase. 4. Mesurez le gain voltage. 5. Mesurez l impédance d entrée. 6. Mesurez l impédance de sortie. 7. À partir des valeurs mesurées en 4, 5 et 6, calculez le gain courant à environ 1 khz. 8. Mesurez la réponse en fréquence (amplitude seulement) entre 10 Hz et 1 khz en prenant 4 à 5 lectures par décade. Rapport : théorie. Comparez les mesures expérimentales aux valeurs prédites par la Remarque. Placez tous les détails des calculs ainsi que tableaux de données en Appendice. 5