TP-COURS : Amplificateur de tension inverseur à émetteur commun Circuit linéaire et circuit non linéaire

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1 Introduction : Les consignes propres à tout TP concernant la sécurité et les méthodes de Travail, seront copiées/collées en pages de garde du compte rendu, lues, appliquées et signées. Ces consignes peuvent être trouvées, entre autres sur le serveur pédagogique dans le Répertoire «Ressources de la classe» à la rubrique Physique Appliquée. Il convient de se faire un document TP modèle qui aura ces consignes en introduction. But : Quadripôle amplificateur de tension à émetteur commun. Comparaison avec les paramètres théoriques. Application à l amplification d antenne pour réception. Limites de linéarité. Montage :Montage émetteur commun à émetteur découplé : RB = 1 MΩ ; Rc= 1 KΩ ; R = 100Ω ; Ru = 1 KΩ ; f = 20 KHz ; T : 2N2222A (NPN) ; U = 18 V; Cle = 100 µf ; Cls= 10 µf; Cd = 470µF 1:metteur 2: Base 3:Collecteur soudé au boitier Q +18 V Modèle du transistor le plus simple adopté en première approximation. GBF ~ ve max= f = M ve ie CLe Rb + Caractéristique d entrée du transistor NPN, Q2N2222 pour Vce = 0.1 V à Gauche et 5.1V à D. B R C T Rc + CLs + Cd is S M vs Ru Du ib B C ib β. er ib, l'intensité de courant de base est la grandeur de commande du transitor bipolaire. lle commande la source de courant de sortie : ic = β.ib Caractéristiques de sortie du transistor NPN (Q2N222) Circuit permettant la simulation(dc SWP) et le tracé des caractéristiques d entrée.le «Seuil» de conduction de la jonction base-émetteur augmente si V2=Vce augmente. Circuit permettant le tracé (V1 de 0 à 5V-DC Sweep)des caractéristiques de sortie pour ib=100µa,200µa,..,500µa. Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 1 / 7

2 1. PRÉPARATION 0/ Rappeler la définition d'un circuit linéaire, d'un composant linéaire, ainsi que la nature des signaux dans tout le circuit si l'excitation (signal d'entrée) est sinusoîdale. Comment peut on vérifier si un circuit est linéaire à l'aide d'un oscilloscope et d'un GBF? De même avec un analyseur de spectre? Tracer le spectre d'amplitude d'un signal sinusoïdal et d'un signal carré. 1/ Tracer le modèle aux variations du montage(autour des points de repos (Vbe, Ib ;Vce, Ic ) permettant un fonctionnement linéaire sur les valeurs de ve utiles. Les condensateurs de liaison Cle et Cls et de découplage Cd sont équivalents à des «court-circuits» aux fréquences utilisées. 2/ Calculer les paramètres de Thévenin du quadripôle et faire l application numérique : 2. Procédure xpérimentale ou mesures : * On ajustera Rb tq Ib ~ 55 µa (ajustement du point de fonctionnement ou de polarisation continue pour avoir un fonctionnement linéaire dans les conditions nominales ) relever ve et vs en régime linéaire à l oscilloscope à mémoire et faire tracer le spectre d amplitude des 2 signaux. Vérifier que l impédance des condensateurs est négligeable( en régime linéaire). Préciser la méthode de mesure. Faire de même après avoir provoqué une distorsion de vs (saturation de T) par augmentation de ve max. Comparer les spectres et monter que le circuit n est plus linéaire lorsque T est saturé. tude en fréquence ou étude harmonique: balayer en fréquence ve de f = 100Hz jusqu au maximum du GBF et relever les variations extrêmes d amplitude de vs et les fréquences correspondantes. 3. XPLOITATION: 1. Calculer le coefficient d'amplification en tension du montage Av XP = Vs / Ve ; Comparer avec le résultat théorique Av THO. Donner une idée de la précision sous forme : ValeurMesurée +/- rreur 2. xpliquer les limites de fonctionnement linéaire. Marquer les zones de distorsion ainsi que leurs causes (Saturation, Blocage...). Indiquer les solutions pour y remédier. 3. xpliquer la méthode de vérification de l'importance négligeable de l'impédance des condensateurs de liaison. xpliquer leur rôle. 4. Indiquer sur les spectres les différences entre les spectres d'un circuit linéaire et un circuit non linéaire. 5. Donner la bande passante à -3 db de l'amplificateur, ainsi que le type de circuit. Passe Haut et Passe Bas ou Passe Bande. Au cas où vous ne parviendriez pas à obtenir les signaux demandés ( problème de montage...), vous exploiterez les signaux simulés ou relevés ci-dessous. Veuillez lire le texte, signaler les éventuelles erreurs ou imprécisions, Inscrire lu et approuvé et Signer : Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 2 / 7

3 QULQUS MSURS FFCTUÉS PAR UN GROUP D'ÉLÈVS D TL Sp(ve) 1. vs écrêté pour ve faible donc pour ib faible Tbloqué => AUGMNTR IB => DIMINUR RB 2. vs écrêté pour ve fort donc pour ib fort ( ic <. Ib Tsaturé => Diminuer Ib 2. => AUGMNTR RB 3. vs écrêté symétriquement 4. => ve fort => diminuer ve. Sp(vs) Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 3 / 7

4 QULQUS MSURS FFCTUÉS PAR UN GROUP D'ÉLÈVS D TL (SUIT) Sp(ve) Sp(vs) Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 4 / 7

5 SIMULATION : Paramètres du modèle du transistor utilisé par le logiciel PSPIC(Fichier Output): BJT MODL PARAMTRS Q2N2222A :NPN IS : BF NF 1 : VAF : IKF.2847 IS :N 1.307:BR NR 1 : RB 10 : RBM 10 : RC 1 CJ :MJ.377 CJC :MJC.3416 TF :XTF 3 :VTF 1.7 ITF.6 :TR :XTB 1.5 BF :β maximal, RB :résistance entre base et jonction Numérotation des nœuds utilisé par PSPIC Q1(c=$N_0001 b=$n_0004 e=$n_0002 ) Point de fonctionnement du transistor(saturé) pour RB = 100KΩ et paramètres du modèle utilisé : MODL Q2N2222A IB IC ;VB VBC :VC BTADC :GM RPI :RX RO :CB CBC :CBX CJS :BTAAC FT Point de fonctionnement du transistor pour RB = 200KΩ et paramètres du modèle utilisé : MODL Q2N2222A IB ; VB IC ;VC VBC ;BTADC GM ;RPI RX ;RO CB ;CBC CBX ;CJS BTAAC ;FT Avec CL1 = 1µF ; CL2 = 1µF ; Cd = 470µF Avec CL1= 1µF ;CL2=1µF ; Cd = 470µF Avec CL1 = 1µF ; CL2 = 1µF ;Cd = 470µF Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 5 / 7

6 SIMULATION( SUIT) : Avec CL1= 100µF ;CL2=10µF ;Cd=470µF-Saturation Avec CL1= 100µF ;CL2=10µF ; Cd=470µF - Fonctionnement linéaire Avec CL1= 100µF ;CL2=10µF ;Cd=470µF-Saturation Avec CL1= 100µF ;CL2=10µF ;Cd=470µF-Fonctionnement linéaire Saturation Le Spectre d amplitude de vs fait apparaître des harmoniques nouveaux. L Harmonique 2 est fort, il apparaît en plus les harmoniques 3,4,5 à 60KHz,80KGz,100KHz et une composante continue. Fonctionnement quasi linéaire. Le Spectre d amplitude de vs ne fait pas apparaître d harmoniques nouveaux. L Harmonique 2 à 40Khz est relativement faible. Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 6 / 7

7 Simulation ORGANO (logiciel libre: Licence GPL) Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 15/09/09-TP-NPN-com-CircLinNlin.odt-Djl-Page: 7 / 7