Laboratoire 6. Le transistor bipolaire (BJT) en mode linéaire. ELE Circuits électroniques. Département de Génie Électrique Hiver 2008.

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1 Laboratoire 6 ELE Circuits électroniques Département de Génie Électrique Hiver 2008 Titre Le transistor bipolaire (BJT) en mode linéaire Professeur Nom Abdelhakim Khouas Bureau M-5416 Téléphone (514) Courriel Disponibilité Lundi 10-12h et sur rendez-vous Chargé de laboratoire Nom Mohammed Mekideche Bureau M-5661 Téléphone (514) Courriel Disponibilité Mardi 15h30-18h30 et sur rendez-vous Date de la séance 07 avril 2008 (Gr 02) 14 avril 2008 (Gr 01) Horaire et salle Date de remise Chute M h45 A avril avril 2008 École Polytechnique de Montréal 1

2 1. Note La préparation du laboratoire et les simulations sont à effectuer avant la séance de laboratoire. La feuille de préparation en page 7 ainsi que les résultats de simulation doivent être remis personnellement en début de séance (en garder une copie pour vous). 2. Objectifs Ce laboratoire tend à vous familiariser, avec l utilisation et le fonctionnement du transistor bipolaire ou BJT (de l anglais Bipolar Junction Transistor). À la fin de ce laboratoire, l étudiant sera en mesure de : 1. polariser convenablement un transistor BJT ; 2. comprendre les configurations classiques du BJT en petit signal : collecteur commun, émetteur commun et, base commune ; 3. mesurer les paramètres décrivant ces trois configurations. 3. Mandat Réaliser les trois configurations de base d un BJT, tracer leur réponse en fréquence. 4. Travail préparatoire (à faire avant de venir au laboratoire) 1. Répondre sur la feuille de préparation aux questions de la page 4. Les spécifications du transistor bipolaire de type 2N2222 sont : Type V Package CE max Icmax P TOT h FE min h FE max f T number V ma mw β β MHz 2N2222 TO Pour plus de renseignements se référer aux spécifications disponibles sur le site web des laboratoires à l adresse : 2. Simuler le circuit de la figure 1 pour toutes les configurations de l amplificateur universel (voir tableau 1 pour la configuration des cavaliers et la tension de sortie) en utilisant comme BJT, un transistor de type 2N2222 et sans la capacité parasite C p. Tracer pour ces configurations le gain en tension petit signal, en fonction de la fréquence. Identifier pour chaque configuration les fréquences de coupure et mesurer la tension de sortie maximale sans qu il y ait écrêtage (prendre par exemple V in1 = 0.01V). École Polytechnique de Montréal 2

3 B 5. Travail à effectuer au niveau du laboratoire 1. Monter le circuit de la figure 1 sans les cavaliers J 1 et J À l aide d une sonde d oscilloscope mesurer et noter dans un tableau les tensions de polarisation. 3. En suivant les indications du charge de laboratoire mesurer l impédance d entrée du circuit configuration émetteur commun découplé. 4. Après avoir placé le cavalier J 1 en A et retiré la résistance R E2 du circuit de la figure 1, mesurer et noter dans un tableau de mesure les gains de tension en fonction de la fréquence (couvrir au moins la plage de 5Hz à 3MHz) et ce pour les configurations collecteur commun et émetteur commun non découplé (voir tableau 1 pour l emplacement de la tension de sortie). 5. Mesurer la tension maximale de sortie possible, sans qu il y ait écrêtage (déformation du signal par coupure de ses crêtes positives ou négatives) pour chaque cas de l étape précédente. 6. Replacer R E2 au niveau du circuit de la figure 1 de l étape précédente. Tracer pour les configurations, émetteur commun découplé et partiellement découplé (voir tableau 1) la réponse en fréquence (utiliser le pont d impédance disponible en salle de lab). Identifier les fréquences de coupure basse f L et haute f H. Mesurer la tension maximale à la sortie sans qu il y ait écrêtage. 7. Remplacer C E au niveau du circuit de la figure 1 de l étape précédente par un autre condensateur de valeur 10μF. Relier à travers J 1, le condensateur de découplage de la base (C B ) à la masse (J1 en B) et placer J 2 en C. On obtient ainsi la configuration base commune. Tracer la réponse en fréquence de ce montage, identifier les fréquences de coupure et mesurer la tension maximale à la sortie sans qu il y ait écrêtage. 8. Mettre en évidence l effet des capacités internes du BJT, matérialisées ici par le condensateur parasitaire C p =47pF, sur la bande passante du circuit. Pour cela, choisir parmi les configurations étudiées, celle qui est la plus sensible aux effets des capacités internes du transistor. Pour la configuration choisie et pour diverses valeurs de C p, mesurer la fréquence de coupure f c, puis tracer la caractéristique f c = f (C p ). École Polytechnique de Montréal 3

4 6. Contenu du rapport Introduction : Décrivez le sujet de ce laboratoire (une demi-page de texte différent de l énoncé). Analyse des circuits : Donner le schéma du circuit avec les valeurs des composants réellement utilisés, ainsi que son analyse théorique y compris la simulation (faite dans la préparation). Résultats et discussion : Donner les valeurs des mesures faites en laboratoire : 1. mesures des courants et tensions de polarisation ; 2. tableau des gains mesurés et calculés, des fréquences de coupure et des tensions maximales de sortie sans écrêtage ; 3. les courbes de gain en fonction de la fréquence pour chaque cas. Commenter les résultats obtenus et en déduire les avantages et inconvénients de chaque configuration. Comparer les résultats de mesure obtenus à ceux de la simulation, identifiez les sources d erreurs possibles. Est-il plus avantageux d utiliser ce type de transistors (BJT) en mode commuté, pour par exemple réaliser une porte logique, à la place des transistors MOS étudiés au laboratoire précédent? Justifier votre réponse. Note : Il faut respecter la date de remise des rapports (-1pt/jour de retard). Notes : Figure 1 : Amplificateur à un étage avec transistor NPN 1. Pour les configurations base commune et émetteur commun, le gain étant élevé, il est possible qu il faille utiliser un diviseur de potentiel à l entrée pour obtenir un signal ne causant pas de distorsion (bien s assurer d être dans le cas petit signal). 2. Le condensateur C p de 47pF placé au niveau du collecteur du transistor est utilisé pour faire ressortir l effet des capacités parasites sur la fréquence de coupure. École Polytechnique de Montréal 4

5 B Configuration émetteur-commun découplé J 1 en A V out en V c J 2 en D Config. émetteur-commun partiellement découplé J 1 en A V out en V c J 2 ouvert J 2 ouvert Config. émetteur-commun non découplé J 1 en A V out en V c et R E2 ouvert J 2 en C Config. base-commune J 1 en B V out en V c et R E2 ouvert Config. collecteur-commun J 1 en A V out en J 2 J 2 ouvert Tableau 1 : Différentes configurations de l amplificateur C E est dit condensateur de découplage (en émetteur commun), de découplage partiel (en collecteur commun), et de couplage (en base commune), C B est dit condensateur de couplage (en émetteur commun ou en collecteur commun), et de découplage (en base commune). 7. Questions (à répondre sur la feuille de préparation) Q1 : De quel type est le transistor 2N2222 (NPN ou PNP)? Q2 : En vous referant au circuit de la figure 1 sans les cavaliers et les condensateurs, donner la tension V th et la résistance R th du circuit de Thévenin équivalent au circuit vu par la base du transistor. (β identifie le gain en courant du transistor, il est donné dans la partie «caractéristiques petit signal» de la fiche technique. Pour la suite des questions, prendre,vt = 25 mv et V BE = 0,7V). Q3 : En vous referant au même circuit calculer les courants et tensions de polarisation : I E I C, I B, B V V E, V BB et V CE C,, Q4 : Quelle est l impédance d entrée R in (aux fréquences moyennes) du montage de la figure 1 en configuration émetteur commun découplé (indication : faire le circuit équivalent petit signal et considérer C E et C B B comme étant des court-circuits).. Q5 : Calculer, pour β=100 et β=300 et pour les configurations émetteur commun découplé et collecteur commun, les valeurs maximum du gain en tension A V aux fréquences moyennes (les condensateurs C E et C B B seront considérés comme étant des CC). Q6 : Quel sera l effet de l ajout d une résistance de charge R L de 10 kω au niveau du collecteur à travers un condensateur C L = 1μF : Sur la polarisation du circuit de la figure 1? Sur le gain en tension A V en configuration émetteur commun? École Polytechnique de Montréal 5

6 8. Feuille de préparation personnelle à conserver Nom et prénom : Matricule : Q1. Type de transistor : Q2. V th = R th = Q3. I C I E V C V CE Q4. R in = Q5. Gain maximum A Vmax Emetteur commun découplé Collecteur commun β = 300 Q6. Effet(s) sur la polarisation du circuit de la figure 1 : Effet(s) sur le gain A V en configuration émetteur commun : École Polytechnique de Montréal 6

7 9. Feuille de préparation personnelle à remettre avec le rapport du laboratoire Nom et prénom : Matricule : Note : ( /5) Q1. Type de transistor : Q2. V th = R th = Q3. I C I E V C V CE Q4. R in = Q5. Gain (émetteur commun) Gain (collecteur commun) Q6. Gain maximum A Vmax Intervalle de fréquence Q7. Effet(s) sur la polarisation du circuit de la figure 1 : Effet(s) sur le gain A V en configuration émetteur commun : École Polytechnique de Montréal 7

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