Haute école spécialisée bernoise, TI DIVISION MICROTECHNIQUE

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1 3. LE TRANSISTOR 3.. INTRODUTION Le transistor (bipolaire) a été inventé par les messiers ardeen, rattain et Shockley en 948 dans les laboratoires de ell, basé sr la théorie des diodes de Schottky. Il s agit d ne série de trois coches. A l époqe, le germanim a été tilisé comme matériel semi-condcter. Pls tard, le Silicim a pris sa place de à la stabilité thermiqe spériere à celle de Germanim et c est le matériel semi-condcter jsq ajord hi. Le transistor remplaçait le tbe électroniqe qi a été tilisé dans ces temps comme élément amplificater. Ajord hi le transistor est omniprésent. La dénomination transistor est composé de transfert et resistor Transistor Transfer - Resistor 3.. MONTAGE ET FONTIONNEMENT D UN TRANSISTOR t de ce chapitre: omprendre le fonctionnement d n transistor. onnaître le montage d n transistor. Apprendre qelqes caractéristiqes d transistor. Mots clé: Transistor NPN et PNP MONTAGE PRINIPAL D UN TRANSISTOR Le montage principal d n transistor (bipolaire) se présent comme sivant: N P P N transistor NPN N P transistor PNP P. Walther, T. Klter, 00 59

2 Un transistor bipolaire consiste en ne série de trois coches NPN o PNP de matériel dopé semicondcter. Dans le transistor en silicim de nos jors, la série NPN est la pls retrovée. Le montage dont on parle possède dex diodes branchées en série. La zone d milie doit être très mince (env. m). La tabelle ci-après montre les relations. Tabelle Type de transistor Série des coches omparaison de diodes Symbole Transistor NPN N P N ollecter ase Emetter E E Transistor PNP P N P ollecter ase Emetter E E Les trois électrodes sont nommées collecter, base et émetter E. Le nom base a été pris à l époqe parce q elle servait comme fixation d montage d transistor. Le nom émetter signifie émettre des porters de charges et collecter signifie collecter des porters de charge. La base des montages des transistors modernes n a pls rien à voir avec le montage ancien, mais le nom base est qand même resté LE FONTIONNEMENT DES TRANSISTORS Por l exploitation normale d n transistor la diode base-émetter est polarisé a sens directe et la diode collecter-base est bloqé, alors q en principe acn corant porrait passer par le transistor. Mais ici la géométrie d montage joe n rôle important. L épaisser de la coche de la base mesre selement env. m. Ainsi, les dex diodes ne sont pas indépendantes l ne de l atre, voir le montage principal sivant: P. Walther, T. Klter, 00 60

3 ollecter N ollecter ase P U E ase U E U E N U E Emetter Emetter onditions d exploitation d n transistor (ici por NPN). La diode base-émetter est polarisé a sens directe et n corant de base pet passer. La diode collecter-base est bloqée. omme la coche de la base est très mince, des porters de charge (por le transistor NPN des électrons, por le transistor PNP les tros) provenant de l émetter pevent pénétrer dans la zone de diffsions entre collecter et base et sont attirés par le potentiel d collecter et ainsi collectés. Alors il y a assi n corant de collecter. e corant de collecter dépasse même beacop l intensité d corant de base, de sorte qe la plpart des porters de charge passe par le collecter et pas par la base. La relation entre le corant de collecter et le corant de base I /I est ator de 00/ por des transistors por petits signax d applications générales. ette relation est appelée facter d amplification de corant. ollecter Relations des corants d n transistor N I ~99% ase P U E I ~% U E U E N U E I E =00% Emetter P. Walther, T. Klter, 00 6

4 S'il n'y a pas de corant de base, il n'y a pas non pls de porters de charges qi sont injectes de l'émetter dans la base et alors on n'a pas non pls n corant de collecter I. On a donc: I = I. o exprime le facter d'amplification en corant contine ce qi correspond a rapport I /I DES TENSIONS ET OURANTS DU TRANSISTOR Les corants et tensions sivantes joent n rôle important dans le transistor. U On a: I I U E U E = U + U E et U E E I E = I + I I E onvention: A Flèche de tension = U A = -U A Définition: La tension (o potentiel) mesrée a point A par rapport a point Les flèches de corant indiqent la direction d corant conventionnel (d pôle positif a pôle négatif dans le circit externe de la sorce). Qestions de répétition:. omment fonctionne le transistor et qel détail est très important por l effet transistor?. Qelle types de transistors différents y-a-t-il? 3. Qe signifie le rapport I /I? P. Walther, T. Klter, 00 6

5 3.3. LES MONTAGES DE ASE DES TRANSISTORS Il y a de différents circits de base d n transistor por amplifier des signax. Ils sont présentés l n après l atre ci-après. t de ce chapitre: onnaître les montages de base possible avec n transistor Mots clé: Montage émetter commn, montage de base commn, montage de collecter commn LE MONTAGE ÉMETTEUR OMMUN Le montage émetter commn est le montage d amplification le pls important dans la techniqe. L émetter est ici l électrode de référence. La tension d entrée ainsi qe la tension de sortie se réfèrent à l émetter. La figre sivante montre la sitation correspondant. sortie entrée Montage émetter commn Le montage émetter commn est tilisé por des circits d amplification de signax générax, mais assi por des circits interrpters électroniqes simples. e montage permet l amplification la pls élevée en tension. Des circits spéciax seront disctés pls détaillés pls tard. P. Walther, T. Klter, 00 63

6 3.3.. LE MONTAGE ASE OMMUN Dans ce montage, la base sert comme référence. La tension d entrée est entre l émetter et la base. e circit est prédestiné por des applications à hate fréqence, parce qe la base est connectée avec la masse et sert ainsi comme blindage entre la sortie et l entrée. eci évite ne inflence (capacitive) d signal de sortie sr l entrée. Nos ne traiterons pas ce montage a détail parce nos ne nos occperons pas de problèmes à hate fréqence. entrée sortie Montage base commn LE MONTAGE OLLETEUR OMMUN omme troisième possibilité il y a le montage collecter commn. Il n a pas d importance dans la techniqe et il n est pas non pls discté en détail. En effet, ici, l émetter est remplacé par le collecter et vice et versa. entrée sortie Montage collecter commn Qestions de répétition:. Á qoi sert le montage émetter commn?. Á qoi sert le montage base commn? 3. Q est-ce q est typiqe por le montage base commn? P. Walther, T. Klter, 00 64

7 3.4. ARATÉRISTIQUES DES TRANSISTORS Le transistor se laisse décrire par les granders I E, I, I et U E, U E et U. La description d transistor se fait à l aide de 6 différentes granders qi sont représentées graphiqement comme caractéristiqes et familles de caractéristiqes. t de ce chapitre: omprendre le fonctionnement d n transistor à l aide des caractéristiqes. mots clef: La résistance d entrée, la résistance de sortie, le facter d amplification de corant contine le facter d amplification por petits signax, le facter de réaction, paramètres h LES ARATÉRISTIQUES D ENTRÉE Ici, le circit sivant sert comme base: I (A) I I U E const. alimentation U E U U I ircit de mesre U E (V) aractéristiqe I =f(u E ); U E = const. Sim La caractéristiqe d entrée d n transistor correspond à pet prés à celle d ne diode en silicim. La tension de seil est env. de 0.7 V. omme c est déjà conn de la diode la résistance différentielle dépend d point d exploitation sr la corbe et ici por le transistor le point d exploitation où le transistor est tilisé pls tard. La résistance différentielle o dynamiqe r E correspond à la pente de la corbe a point de travail (est traité pls tard). P. Walther, T. Klter, 00 65

8 r E = U I E où por U E on a: U E = const. r E est assi appelée résistance différentielle d entrée et comme paramètre h elle est nommée h e. La figre ci-après montre l allre qalitative de la dépendance de cette caractéristiqe d entrée de la tension de collecter. I U E <U E <U E3 U E LA FAMILLE DES ARATÉRISTIQUES DE SORTIE Ici, le circit sivant est tilisé: I I I U U E variable U E I E ircit de mesre aractéristiqe de sortie I = f(u E ) Sim De cette famille des caractéristiqes, la résistance de sortie différentielle r E se laisse déterminée. P. Walther, T. Klter, 00 66

9 donc: r E = U I E où por I on a: I = const. Le paramètre h e est la valer inverse de la résistance r E. h e =/ r E avec la dimension [S] por la condctance LA ARATÉRISTIQUE DE TRANSFERT Le circit sivant sert por la mesre: I I I I U E = const. A ircit de mesre I = f (I ) por U E = const. Sim Dans cette caractéristiqe on trove le facter d amplification d corant contine, = I I por U E = const.. ainsi qe le facter d amplification por petits signax assi appelé facter d amplification différentielle = I I für U E = const. Le paramètre h correspondant s appelle h e et est identiqe avec. P. Walther, T. Klter, 00 67

10 LA ARATÉRISTIQUE DE TRANSFERT INVERSE Ici, le circit de mesre est tilisé comme base: I I U U E = variable U ircit de mesre U E = f(u E ) por I = const. Ici, il s agit d facter de transfert inverse D de la sortie sr l entrée. D = U U E E avec I = const. e facter D est assi appelé paramètre h e. es qatre caractéristiqes décrites sont en générale représentées dans n graphiqe à qatre qadrants. On gagne ainsi ne sr ve sr des caractéristiqes d transistor. Dans le premier qadrant les caractéristiqes de sortie sont représentées, dans le dexième qadrant les caractéristiqes de transfert sont représentées, dans le troisième qadrant les caractéristiqes d entrées sont représentées et dans le qatrième qadrant les caractéristiqes de transfert inverse sont représentées P. Walther, T. Klter, 00 68

11 i-après le graphe des qatre qadrants à la fois: Qestion de répétition:. omment pet-on déterminer la résistance d entrée d n transistor?. D où pet-on tirer le facter d amplification de corant contine? 3. Q est-ce q est le facter d amplification por petits signax? 4. Q est-ce qe la condctance de sortie? 5. Q est qe le transfert inverse? P. Walther, T. Klter, 00 69

12 3.5. LE POINT D'EXPLOITATION D'UN IRUIT À TRANSISTOR Por q'n transistor pisse être tilisé comme élément d'amplification on doit définir n point d'exploitation. eli-ci correspond a régime statiqe et ainsi a corant contine et tension contine. e point d'exploitation est exigé por le fonctionnement comme amplificater por petits signax. t de ce chapitre: Apprendre ce q'est le point d'exploitation d'n circit amplificater. Maîtriser le choix d point d'exploitation. Apprendre comment on dimensionne n circit d'amplificater. Mots clé: Point d'exploitation, amplification de petits signax, circit d'amplification IRUIT D'AMPLIFIATION SIMPLE Por la discssion nos choisissons le circit d'amplification simple sivant: V R R e +6V a e Re R 0V a Ra 0Meg Por avoir ne symétrie d signal de sortie vers le bas et le hat, on choisit ne tension contine a collecter de 6V (=V/). Por le corant contine de collecter correspondant on choisit ne valer de 3 ma. eci est ne valer pratiqe et resonable est ne se laisse pas facilement expliqer. Por des P. Walther, T. Klter, 00 70

13 transistors por petits signax cette valer se site entre env. ma et 0mA, si on n'a pas d'exigences spplémentaires comme p.ex. application por des très hates fréqences o circit avec petite impédance de sortie etc. On a ainsi ne valer por la résistance R L de k. R = 6V/3mA = k. Por les dex cas extrêmes, où le transistor condit maximal, U E = 0V, et le cas où le transistor est bloqé, U E = V, on obtient les valers extrêmes por les corants de collecter correspondants de: U E = 0V; I = V/k = 6mA et U E = V; I = 0V/k = 0mA. À l'aide de ces valers on pet dessiner la droite de travail dans le I qadrant. 6mA 6V V P. Walther, T. Klter, 00 7

14 Le point de travail qi a été choisi se trove maintenant dans le graphiqe et on povait assi déterminer le corant de base nécessaire d graphiqe d II qadrant. ette méthode n'est pas conseillée, parce q en pratiqe, le facter d'n transistor pet varier jsq'à n facter 6. e qi est pls resonable c'est de baser les réflexions sr la tension de seil entre la base et l'émetter qi est relativement précise a tor de 0,7 V. Le diviser de tension de base composé des R et R est dimensionné de sorte q'n corant I q par R soit relativement élevé, à pet près 5 à 0 fois le corant de base nécessaire por miex négliger l'inflence d corant de base sr le choix des résistances. omme caractéristiqe de base on choisit ne valer minimale por d'env. 00, ce qi est n bon point de départ. Ainsi on pet déterminer les résistances comme sivant: R = V 0.7V 30A 300A 34,k et R = 0,7V 300A,33k Ainsi on a les valers sivantes por le circit discté: V V I q+i I I I R,3V R a R,3V R a e e e Re I q R 0,7V 6V a Ra 0Meg e Re 0.7V 6V a Ra 0Meg ircit standard Sim ircit simplifié Sim Por la valer de R, ici nommée R d circit simplifié à droit on choisit R =,3V / 30A =376k. e circit simplifié n'est pas recommandé por des raisons connes! P. Walther, T. Klter, 00 7

15 3.5.. LA OMMANDE D'UN TRANSISTOR Le point de travail est choisi de sorte qe des variations d signal vers le hat et le bas sont possibles. Dans le cas d'n amplificater por des signax, ne agmentation et ne dimintion d corant de collecter doit être possible. Les points de travail sont indiqés dans le graphiqe des caractéristiqes d transistor à qatre qadrants. Por notre exemple on a les valers sivantes: - U E = 6V, - I = 3mA, - I = 30A, et - U E = 0,7V.. Si le corant de base de repos, ici de 30A sperposé d'n corant de signal de +/- 0A, on a n corant de base minimal de 0A et n corant de base maximal de 40A. De la caractéristiqe d transistor I -I (II. Qadrant) les corants de collecter se laissent déterminer. Mais assi totes les atres granders typiqes correspondantes a point d'exploitation se laissent déterminer à l'aide de cette représentation graphiqe à qatre qadrants, comme la résistance d'entrée r E et à l'aide de la droite de travail même le signal de sortie. On tient compte des faits qe: Alors on a: I. La direction d corant dans n transistor reste conservée. II. Selement les intensités des corants sont variables.. Le corant total de la base se compose d corant de repos I et d corant de signal i.. Le corant de collecter se compose d corant de repos de collecter I et d corant d signale i. 3. La tension de base totale se compose de la tension de base-émetter de repos U E et de la tension base-émetter de signal E. 4. La tension de collecter totale se compose de la tension de collecter de repos U E et de la tension d signale E. Remarqe: Por le dimensionnement d'n circit d'amplification selement de petits signax en font partie, por qe le comportement d circit soit linéaire c.à.d. pas de distorsions d signal. P. Walther, T. Klter, 00 73

16 Dans notre exemple ne variation d corant de base de +/- 0A mène à ne variation de la tension de base de +/-50mV (attention pas de relation linéaire entre I et U E!). La variation d corant de collecter correspondant est env. +/- ma, c qi mène à ne variation de la tension U E de +/-V Un étage d amplificater pet être caractérisé par les granders sivantes: Amplification en tension: v U = Û Û E E, où v U est l amplification en tension, Û E la tension de crête entre le collecter et l émetter et Û E la tension de crête entre la base et l émetter. Amplification en corant: v I = Î ÎI, où v I est l amplification en corant, Î le corant de crête de collecter et Î le corant de crête de base. Dans notre exemple alors: v U = Û Û E E = V/50mV = 40, v I = Î Î = ma/0a = 00, v P = v U * v I = 00 * 40 = (Amplification en pissance). Remarqe: La phase d signal de sortie est déphasée de 80 par rapport a signal d entrée. Des caractéristiqes on pet observer q il y a ne relation à pet près linéaire entre le corant d entrée et le corant de sortie. Entre la tension d entrée et le corant d entrée il n y a pas d tot ne relation linéaire à case de la non-linéarité I - U E. est la raison porqoi de tels circits sont dimensionnés por des petits signax (totes les granders concernées sont linéaires). P. Walther, T. Klter, 00 74

17 Si on vet amplifier ne tension alternative à l aide d n circit à transistor sans distorsions, on est obligé d assrer q il y a ne relation linéaire entre la tension d entrée et le corant d entrée. eci se laisse réaliser avec ne sorce de tension dont la résistance interne R i est élevée o avec ne résistance mise en série à la base dans le circit d entrée, voire circit ci-après: UA R R a Ri e khz R Ra a Sim Si la résistance interne R i de la sorce de tension est assez grande, on a ne relation entre la tension d entrée e et le corant d entrée i e proportionnel. e mode est appelé commande de corant et correspond a mode le pls tilisé por des transistors bipolaires. Remarqe a facter d amplification: Pisqe le facter n est pas très bien précis, le facter d amplification ne se laisse pas très précisément déterminer. Si on désire n facter d amplification v précis, le circit d amplification doit être atrement conç (contre-réaction), pls de détails pls tard STAILISATION THÉRMIQUE DU POINT DE TRAVAIL Un atre inconvénient d n circit d amplification nos occpe maintenant et c est l inflence d point d exploitation et les variations des caractéristiqes d circit d amplification des ax variations de la températre. De la description mathématiqe de la diode on sait qe sa caractéristiqe dépend de la températre. Elle condit miex à des températres élevées q à de basses températres. I F I Rmax (e UF mu T ) P. Walther, T. Klter, 00 75

18 avec: UT kt e ; (U T = 5mV à températre ambiante.) k =,38E-3 J/K et T = +73; e =,6E-9 La diode base-émetter d n transistor possède n comportement semblable à celi d ne diode. Si la températre d cristal agmente, le corant de base I agmente également por ne tension constante entre la base et l émetter U E. Le facter d amplification por corant contin et le facter d amplification por petits signax en soit ne dépendent pas très fortement de la températre, de sorte q ne agmentation d corant de base I par ne agmentation de températre mène assi à ne agmentation d corant de collecter I. e fait déplace le point d exploitation. À l aide d ne contreréaction dans l émetter cette inflence se laisse rédire. On place ne résistance R E d ne valer resonable en série à l émetter, voir circit ci-après: UA V V -0m/0mV U e R R I a khz I E Ra R U RE U RE E Por miex comprendre l inflence de la résistance R E, voici n exemple: Sim Spposons: orant de repos à basse températre I 0 = 0mA (par choix de R et R ) U E = 0,7V R E = 00. U E = I E * R E = 0mA * 00 = V. Ainsi on a U R = U RE + U E = V + 0,7V =,7V et U R = U -,7V = V -,7V = 0,3V. Maintenant les résistances R et R se laissent déterminer. Lers valers doivent être choisies qe U R =,7 V. I doit être négligeable. eci est jste si I R = Iq >> I. P. Walther, T. Klter, 00 76

19 Sos l effet de cette résistance R E. Si par agmentation de la températre le corant de collecter agmente d'env. 0mA à 0,5 ma, la tension ax bornes de la résistance R E agmente assi de,0 V à,05 V. U RE = U E = I E * R E = 0,5mA * 00 =,05V. (I = I E ) U R ne change pas par agmentation de la températre, elle reste alors,7v. Ainsi la tension U E dimine à 0,65V. U E =,7V -,05V = 0,65V. omme on pet voir, cette résistance R E agit contre l inflence de la températre. Une atre possibilité de compenser l inflence de la températre est l tilisation d ne thermistance NT dans le circit de base, comme le montre l exemple ci-après: UA R R a e NT R La températre de la thermistance NT doit être la même qe celle d transistor. Une agmentation de la températre agment le corant de collecter I, mais en même temps la tension à la base U E se rédit, pisqe la résistance de la thermistance NT dimine en agmentant la températre, de sorte qe le corant de collecter I est presqe indépendant de la températre. Qestions de répétition:. À qoi sert le point d exploitation?. Par où commence-t-on à choisir le point d exploitation? 3. À qoi fat-t-il faire attention en choisissant les résistances de la base? 4. Le condensater à l entrée sert à qoi? 5. omment fonctionne l amplification de la tension d signal? 6. omment pet-t-on minimaliser l inflence de la températre sr le point d exploitation? P. Walther, T. Klter, 00 77

20 3.6. IRUIT EQUIVALENT POUR PETITS SIGNAUX Après avoir dimensionné le circit d amplificater de transistor por n point d exploitation por le préparer d amplifier n signal, nos nos occpons maintenant comme n tel circit pet être compris comme lackbox, qi ne possède q n comportement linéaire et simplifie les calcls nécessaires. Des réflexions sr le point d exploitation ne sont pas nécessaires. Un tel circit est représenté comme qadripôle. t de ce chapitre: omprendre le circit d amplificater comme lackbox. omprendre les caractéristiqes d entrée et de sortie d n circit d amplificater. Faire connaissance à des paramètres h, ainsi qe de la représentation d n circit d amplificater comme qadripôle et d n transistor comme qadripôle. Mots clef: ircit éqivalent por petits signax, paramètres h, qadripôle, LE IRUIT D AMPLIFIATEUR OMME QUADRIPÔLE Un circit d amplificater se laisse représenter comme qadripôle possédant dex connexions d entrée et dex de sortie, comme la figre ci-après le montre: R G i i G G Qadripôle linéaire R L entrée sortie qadripôle général linéaire P. Walther, T. Klter, 00 78

21 aractéristiqes d qadripôle: Les amplifications sont: en tension: v = / en corant: v i = i / i L impédance d entrée: r e = / y e = / i L impédance de sortie: r a = / y a = / i UG = 0V Por le dimensionnement des caractéristiqes d n qadripôle avec des transistors bipolaires por petits signax on tilise n système d éqations avec des éléments matriciels hybrides. = h i + h i = h i + h où les éléments matriciels on la signification sivant: h résistance d entrée por petits signax ( = 0V; sortie en cort-circit) h gain en tension inverse por petits signax (i =0A; entrée overte) h gain en corant por petits signax ( = 0V; sortie en cort-circit) h résistance de sortie por petits signax (i = 0A; entrée overte) représentation vectorielle: i i H où h h H. h h Por comparer d atres éqations de qadripôles: représentation sos forme de condctances: i = y + y i = y + y P. Walther, T. Klter, 00 79

22 représentation vectorielle: i i Y où y y Y. y y représentation sos forme de résistance: = r i + r i = r i + r i représentation vectorielle: R i où r r R. r r remarqe: totes les granders sont en générale des granders complexes. Por de basses fréqences comme dans le cas présent, on pet assi tiliser qe les valers absoles. Totes les paramètres d'n qadripôle mentionnés ci-desss se laissent déterminer par la mesre des qatre granders,, i et i. Mais il fat respecter les conditions correspondantes. Les qatre cas sivants sont tiles por déterminer les paramètres y xx : ) i i qadripôle déterminer r, r ) i = 0A; sortie overte i i qadripôle déterminer y, y, h et h = 0V; sortie cort-circitée P. Walther, T. Klter, 00 80

23 3) i i qadripôle déterminer r, r, h et h i = 0A; entrée overte 4) i i qadripôle déterminer y, et y = 0V; entrée cort-circitée Par l'expériment les paramètres de la condctance et d'atres se laissent déterminer comme sivant: Prenons le cas ), alors on a: i = 0V; => i = y => y = 0 i = y => y = i 0 por le cas 4) on a alors: i = 0V; => i = y => y = 0 i i = y => y = 0 On obtient les paramètres hybrides d'ne manière semblable: h = i 0 résistance d'entrée (sortie en cort-circit) P. Walther, T. Klter, 00 8

24 h = i0 gain en tension inverse (entrée overte) i h = i 0 gain en corant (sortie cort-circitée) i h = i0 condctance de sortie (entrée overte) Por n transistor bipolaire on pet ainsi constrire n circit éqivalent dans leqel tot les paramètres h apparaissent: i i h e h e i ~ h e ~ h e sorce de tension sorce de corant e circit éqivalent est constrit por les paramètres h IRUITS ÉQUIVALENTS POUR LES TROIS MONTAGES DE ASES On trove ci-après les circits éqivalents por petits signax simplifiés. Les points d exploitations ne joent ici acn rôle. a) montage en émetter commn i i I I E E E E E h e ~ h e i E E P. Walther, T. Klter, 00 8

25 b) Montage base commn E i E i E I E ~ I E E h b h b i E c) Montage collecter commn i i E I h i E E E h c i ~ E Le gain en tension inverse h e pet être négligé dans la pls part des cas. Des fois la condctance de sortie h est prise en considération. Alors le modèle sivant est appliqé: I I E h e ~ h e E h e i E E remarqe: La condctance de sortie h e dépend comme totes les atres valers d point d'exploitation. Avec ce circit éqivalent por transistor por petits signax, il est possible d'établir n circit éqivalent por petits signax por le circit d'amplificater complet. e circit est tile por déterminer les caractéristiqes de l'étage d'amplification, comme résistance d'entrée, facter d'amplification etc. P. Walther, T. Klter, 00 83

26 UA R = 376k R R a R = k R = k Ri e R i = k khz R Ra R L Hh e = 00 h e =,7k h e = 8S Le circit por petits signax correspondant est le sivant: R R5 R VG.0k.0k R4 R7 R3 R6 VG.0k.0k R i R R h e h e R R L h e i G À déterminer soient les résistances d entrée et de sortie d circit d amplificater complet por petits signax, sans R L. r e = R // R // h e =, k r a = (h e + / R ) - = (8S + 500S) - =,95k IRUIT D AMPLIFIATION À DEUX ÉTAGES Por agmenter le facter d amplificater on pet brancher plsiers étages d amplificater en série. iaprès est montré n circit d amplificater à dex étages avec le circit éqivalent por petits signax. P. Walther, T. Klter, 00 84

27 Le facter d amplificater total est le prodit des facters d amplificater des étages simples. Exemple de circit: UA V R R R R V -m/mv khz Ri e R T k R T a RL Sim Les dex étages d'amplification doivent être dimensionnés d point v de point d'exploitation séparément. Le circit por petits signax se présente comme sivant: VG R6.0k R5.0k R4 R8 R R VG3 R3.0k R.0k R0 R9 R7.0k R.0k VG e T K T a R i R L G R R h e h e R R R h e h e R Le calcle se fait comme déjà traité por les éqations des nœds et des mailles por et i. = h e i + h e éqation des mailles à l'entrée i = h e i + h e éqation des nœds à la sortie Por terminer ce chapitre encore le calcle précis de l amplification a détail d n circit d amplificater de transistor à l aide des paramètres h. Partant des éqations des nœds et des mailles on a: P. Walther, T. Klter, 00 85

28 = h e i + h e éqation de la maille à l entrée i = h e i + h e éqation d nœd à la sortie et h h H avec: det H = h h - h h h h Ainsi qe le circit éqivalent petits signax por transistor i Transistor nœd i h e h e i i h e maille R R ~ h e ~ h e R remarqe por : le sens de cette tension est donné par le sens de i! Analyse des nœds: h e i + i he + i = 0 h e i + h e + = 0 R où: i he = h e ; et i = R ainsi on a: h e i = - (h e + ) => R hei he R remarqe: sens de est opposé à h e i, pisq il s agit d ne sorce. P. Walther, T. Klter, 00 86

29 eci nos permet de calcler le facter d amplification v : v hei he R h i h e e h hei he R hei i he he R e h h e e he R he he R Le facter d amplificater d n étage sans tenir compte de R L! v h e h h e e h e R Dans des livres on trove très sovent l éqation: v et des fois assi: h e her h e h R e v h e h e h h e e R hehe R où h e h e - h e h e = det omme déjà plsiers fois mentionnées h e et h e (si h e <<R - ) pevent sovent être négligés. Alors q on a à pet près: h v ~ h e e R P. Walther, T. Klter, 00 87

30 Por n amplificater à dex étages: v = v I v II La phase d signal à la sortie est de LES GRANDEURS DE TRANSFER D UN QUADRIPÔLE Les granders d n qadripôle G(p) sont en général des granders complexes. Elles pevent être des tensions des corants o des pissances. Por déterminer les caractéristiqes d n qadripôle on pet encore simplifier le qadripôle. On tilise n diagramme de flx de signal, voir figre ci-après: x (p) G(p) x (p) p = j Ici on a x (p) et x (p) les granders de signax et G(p) décrivant les caractéristiqes d qadripôle. Alors on a: G(p) = x (p) / x (p) o pls simple G = x / x Les qatre granders les pls importantes sont: a) La caractéristiqe de transfert de corant G i, sovent assi nommé V i G i = V i = i / i b) aractéristiqe de transfert de tension G, sovent nommé V G = V = / c) aractéristiqe de transfert de pissance G p, sovent assi nommé V p G p = V p = p / p P. Walther, T. Klter, 00 88

31 d) Des caractéristiqes de transfert logarithmiqes Dans n système avec beacop d étages d amplification, à l époqe, il était difficile de mltiplier les facters d amplification des étages sans calclatrice. Alors on tilisait ne grander logarithmiqe qi permettait d additionner les logarithmes por déterminer le facter d amplificater o de l amortissement a lie de mltiplier les facters correspondants. Ici on a le népér, le bel (o décibel d). Les calcls ont été prévs por déterminer la pissance de l amplification. Définition d népér (Np): G = / (ln p / p ) = a + jb; avec ln = Logarithme natrel (o népérien) O on a: a, l amortissement en népér (Np) b, la phase en rad p, p les pissances d entrée et de sortie Définition d décibel (d): G = 0 log(p / p ) = a + jb; avec log = Logarithme de rigg Ici on a: a, l amortissement en décibel (d) b, la phase en rad p, p les pissances d entrée et de sortie De ses définitions les granders sovent tilisées, comme le transfert de la tension, l amortissement o le facter d amplification sivant sont déviées. partant de et introdit: p i i = /z et i = /z p i p z = p z z z P. Walther, T. Klter, 00 89

32 Dans la techniqe à hate fréqence on tilise sovent des impédances bien définies dans n système comme p. ex o 40 etc. de sorte qe le rapport z / z =. Si en pls acn déphasage entre les signax de sortie et d entrée est à prendre en considération, on ne doit pas tiliser les nombres complexes por décrire les caractéristiqes. Alors qe por G la relation la pls tilisé pet être formlée: G = 0 log (d); G = 0 (log ( ) log( ) )= 0 ( (log( ) (log( )) )) o G = 0 log = 0 log por le cas d amortissement (si > ), o por le cas d amplification G = 0 log Qestions de répétition:. À qoi sert le modèle d n qadripôle?. Qe signifient les paramètres h h e jsq à h e? 3. omment pet-on les déterminer? 4. Montrer le circit éqivalent por le transistor? 5. eli d n amplificater simple? 6. Qelle est la formle d facter d amplificater por le cas simplifié? 7. Qe signifie le décibel? P. Walther, T. Klter, 00 90