Circuits Analogiques. CHAPITRE 2: Les Circuits Amplificateurs Mono-Etage. BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 1/20

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1 Circuits Analogiques CHAPITRE 2: Les Circuits Amplificateurs Mono-Etage BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 1/20

2 Objectifs A la fin de ce chapitre, vous devez être capable: De reconnaitre les différentes configurations d un circuit mono-étage D expliquer le rôle des capacités de découplage et de liaison De calculer un gain aux moyennes fréquences sur tout circuit mono-étage BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 2/20

3 Sommaire 1. Qu est-ce qu un amplificateur? 2. Passer du transistor à l amplificateur 3. Les différentes configurations 4. La notion de "moyennes fréquences" 5. Le gain en tension: analyse détaillée 6. Formules génériques de gain en tension 7. Points clé 8. Exercices Annexe 1: les différents types de gain BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 3/20

4 1. Qu est-ce qu un amplificateur? Alimentation Source Circuits à dispositifs semiconducteurs Charge (load) transfert d énergie de l alimentation vers la charge en fonction d un signal de commande (source) Amplification: Pload > 1 Psource BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 4/20

5 Sommaire 1. Qu est-ce qu un amplificateur? 2. Passer du transistor à l amplificateur 3. Les différentes configurations 4. La notion de "moyennes fréquences" 5. Le gain en tension: analyse détaillée 6. Formules génériques de gain en tension 7. Points clé 8. Exercices Annexe 1: les différents types de gain BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 5/20

6 2. Passer du transistor à l amplificateur Transistor bipolaire ou MOS: source de courant commandée en tension la "vraie" grandeur de sortie est un courant Il faut polariser le dispositif conflit entre VB DC et VCC VB DC Is l émetteur n est plus à la "masse" petit-signaux BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 6/20

7 2. Passer du transistor à l amplificateur Il faut faire cohabiter polarisation et petit-signal Capacité de liaison isole VB DC de VCC VB DC Is Capacité de découplage maintient un potentiel constant et crée une "masse" petit-signaux Pour l instant, on considère les capacités infinies Ensuite, on calculera les capacités de façon à garantir un potentiel sensiblement constant aux fréquences les plus basses dv i = C dt RAPPEL: dv si C >> alors dt 0 BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 7/20

8 2. Passer du transistor à l amplificateur Il faut éventuellement convertir le courant de sortie Is en tension Vs VCC VCC Is RC RC transforme Is en Vs VB DC Vs C est une configuration dite "émetteur commun" (EC) BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 8/20

9 Sommaire 1. Qu est-ce qu un amplificateur? 2. Passer du transistor à l amplificateur 3. Les différentes configurations 4. La notion de "moyennes fréquences" 5. Le gain en tension: analyse détaillée 6. Formules génériques de gain en tension 7. Points clé 8. Exercices Annexe 1: les différents types de gain BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 9/20

10 3. Les différentes configurations Deux points "d entrée" sur un transistor: VCC Bipolaire: IC = gm Vbe = gm (Vb - ) MOS: ID = gm Vgs = gm (Vg - Vs) C1 R1 Rc C2 VCC R2 Re Vs R1 Rc C2 GND Emetteur commun dégénéré (ECD) Cb R2 Re C1 GND Base commune (BC) Vs C1 R1 VCC C2 R2 Re Vs Collecteur commun (CC) GND BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 10/20

11 Sommaire 1. Qu est-ce qu un amplificateur? 2. Passer du transistor à l amplificateur 3. Les différentes configurations 4. La notion de "moyennes fréquences" 5. Le gain en tension: analyse détaillée 6. Formules génériques de gain en tension 7. Points clé 8. Exercices Annexe 1: les différents types de gain BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 11/20

12 4. La notion de "moyennes fréquences" Gain Zone des "moyennes fréquences" liaison DC capacités de liaison et de découplage capacités parasites (transistor, circuit,...) fréquence Détermination du circuit équivalent aux "moyennes fréquences": capacités parasites: circuit ouvert capacités de liaison et de découplage: court-circuit BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 12/20

13 Sommaire 1. Qu est-ce qu un amplificateur? 2. Passer du transistor à l amplificateur 3. Les différentes configurations 4. La notion de "moyennes fréquences" 5. Le gain en tension: analyse détaillée 6. Formules génériques de gain en tension 7. Points clé 8. Exercices Annexe 1: les différents types de gain BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 13/20

14 5. Le gain en tension: analyse détaillée Exemple: l émetteur commun VCC Rc R1 C1 C2 R2 Re Ce GND Vs Définition du gain en tension (1) : Av = Vs/ Aux moyennes fréquences, les capacités sont des courts-circuits En régime dynamique, l alimentation VCC est un court-circuit Le gain est calculé en utilisant l approximation des petits signaux Schéma équivalent: On FORCE une tension sur l entrée rbb R1//R2 vπ rπ gm vπ go Rc On MESURE une tension Vs sur la sortie Vs GND (1): Il existe 3 autres types de gains, voir annexe BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 14/20

15 Sommaire 1. Qu est-ce qu un amplificateur? 2. Passer du transistor à l amplificateur 3. Les différentes configurations 4. La notion de "moyennes fréquences" 5. Le gain en tension: analyse détaillée 6. Formules génériques de gain en tension 7. Points clé 8. Exercices Annexe 1: les différents types de gain BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 15/20

16 6. Formules génériques de gain en tension Extension aux autres configurations: formules génériques Rc Vbase Rb Q Re metteur Vcollecteur metteur Vbase Vcollecteur Vbase pour VA infini = = Re gm rπ Re gm rbb' + rπ rπ gmrc Re gm rbb' rπ rπ = masse petit signal Vcollecteur rπ = gmrc metteur rπ + Rb + rbb' BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 16/20

17 6. Formules génériques de gain en tension Exemple d utilisation: collecteur commun VCC VCC devient une masse petit-signal C1 R1 R1 C1 et C2 en court-circuit C2 R2 Schéma réel RE GND Vs R2 RE GND Schéma petit-signal aux moyennes fréquences Vs Rc = 0 Re = RE Rb = R1//R2 R1//R2 Identification RE GND Vs Vs metteur = = Vbase RE gm rπ RE gm rbb' rπ rπ BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 17/20

18 7. Points clé Un transistor utilisé en amplificateur doit être polarisé. Les capacités de liaison permettent d appliquer un signal au circuit et de connecter une charge sans modifier le point de polarisation. Les capacités de découplage assurent la présence d une masse petit signal en divers points du circuit. Il existe deux points d entrée (E et B) et deux points de sortie (E et C) possibles. Aux moyennes fréquences, le schéma petit signal ne fait apparaître aucun composant réactif (capacité, self). Les calculs produisent donc des résultats indépendants de la fréquence. Des limitations en fréquence existent cependant qui feront l objet d une étude ultérieure. Amplificateur à 1 transistor: Il existe 4 types de gain définis en fonction des grandeurs d entrée et de sortie. Ces gains sont déterminés à l aide du schéma équivalent petit signal et sont définis comme le rapport entre la MESU- RE d une grandeur en sortie et le FORÇAGE d une grandeur en entrée. Pour les différents gains possibles, des formules génériques peuvent être établies. Elles sont utilisables dans la majorité des cas moyennant une adaptation au circuit étudié (présence ou absence des impédances en E, B et C, rπ infini ou non) BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 18/20

19 8. Exercices 1: Pour les circuits EC, ECD, BC et CC, calculer les résistances pour obtenir IC=1mA et une consommation maximale de 1,1mA sous VCC=12V. Déterminer le VCE nécessaire pour obtenir la plus grande dynamique possible en sortie. On prendra une tension de 1V sur l émetteur pour les circuits EC, ECD et BC. 2: Retrouvez l expression du gain en tension des configurations EC, ECD, BC et CC. Que deviennent ces expressions dans le cas d un MOS? 3: Pour le schéma de la figure P4.83 p 344 du SEDRA-SMITH, utiliser les formules génériques pour calculer le gain Vo/Vb2 du 2eme étage. On prendra VCC=15V, R1=100kΩ, R2=47kΩ, RE=3.9kΩ, RC=6.8kΩ, rbb =0, RL=2kΩ et b=100. 4: Idem exercice 3 avec l émetteur du deuxième étage non découplé. BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 19/20

20 Annexe 1: les différents types de gain Gain en tension Gain de transconductance Av. Gm. Gain de transrésistance Gain en courant Ie Rm.Ie Ie Ai.Ie Il faudra par la suite tenir compte des impédances vues de l entrée et de la sortie BRS - N3/U3 - Sept Les circuits amplificateurs mono-étage 20/20

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