Lab #4 : Transistor à jonction bipolaire (BJT)

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1 GEF341 : Dispositifs et circuits électroniques Lab #4 : Transistor à jonction bipolaire (BJT) Objectif Polariser un BJT à un point d opération satisfaisant pour construire un amplificateur de puissance. Mesurer les caractéristiques d amplificateur émetteur commun et collecteur 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 Figure 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 Figure 2 Figure 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 Figure 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 2N3904 et marquez-les de façon à pouvoir les reconnaître. Les broches de ce transistor sont identifiées à la figure 5. Figure 5 Measurement of h ie : 1. Build the circuit of figure 6 with v source (t) = 0, R = 0, R v = max. 2. Slowly decrease R v until V o (t) = 10 volts. 3. Adjust v source (t) such that V o (t) is a sinewave of about 1 khz and peakpeak value of about 10 to 13 volts, while ensuring that V o (t) is not clipped. If it is clipped lower the amplitude of the input signal v source (t). 4. Adjust R in such a way that V y (t) = V x (t)/2. 5. Remove R from the circuit and measure it with an ohmmeter. This value of R is h ie at the biasing point (V CE = 10 V, I C = 5 ma). Measurement of h fe : 1. Repeat steps 1, 2, 3 above. 3

4 Figure 6 2. Keeping R = 0, measure as accurately as possible the peak-peak values of V y (t), V o (t). 1 Calculate the ratio A peak-peak value of V o(t) peak-peak value of V y (t) 3. h fe is given by : h fe = A h ie 2 kω Common-Emitter Amplifier (with unbypassed emitter resistor) : 1. Using a static current gain β = 100, calculate resistors R 2, R C in the circuit of figure 7, such that the transistor is biased at the point (V CE = 10 V, I C = 5 ma). Use the available resistor values that are the closest to the calculated values. 2. Build the biasing circuit of figure 7 with R = 0 and measure voltages V B, V E, V C. Notez lequel des transistors vous utilisez. 3. Complétez la construction du circuit de la figure 7 et appliquez à l entrée une sinusoïde de fréquence 1 khz et environ 100 mv crête-à-crête. Assurez-vous 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 beaucoup plus grande. 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. 1. If the line is fat on the oscilloscope then take your reading in the middle of the line. 4

5 Figure 7 8. Mesurez la réponse en fréquence (amplitude seulement) entre 1 Hz et 500 Hz en prenant 4 à 5 lectures par décade. Assurez-vous que la sortie n est pas écrêtée. Si elle l est, diminuez l amplitude de l entrée. Common-Collector Amplifier : 1. Using a static current gain β = 100, calculate resistors R 2, R E in the circuit of figure 8, such that the transistor is biased at the point (V CE = Figure 8 10 V, I C = 5 ma). Use the available resistor values that are the closest to the calculated values. 2. Build the biasing circuit of figure 8 and measure voltages V B, V E, V C. Notez lequel des transistors vous utilisez. 5

6 3. Complétez la construction du circuit de la figure 8 et appliquez à l entrée une sinusoïde de fréquence 1 khz et environ 3 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 l entré et la sortie ont à peu près la même amplitude et 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 1 Hz et 500 Hz en prenant 4 à 5 lectures par décade. Assurez-vous que la sortie n est pas écrêtée. Si elle l est, diminuez l amplitude de l entrée. 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. 6