TP N 7 Amplificateur symétrique classe A

Transcription

1 Polyteh'Nie, Département d'eletronique 4 e année TP Eletronique TP N 7 Amplifiateur symétrique lasse A 1 Prinipe On onsidère un montage amplifiateur (figure 1) onçu en vue d'une appliation en audiofréquene (étage de sortie d'une haîne Hifi). Il est hargé par une résistane relativement importante ([20] ), afin de limiter la puissane demandée à la soure d'alimentation. Le fontionnement en lasse A permet d'obtenir un taux de distorsion très faible. L'entrée de l'amplifiateur se trouve entre le point E et la masse. Le point E servira uniquement à mesurer l'impédane d'entrée en E. La harge R = [20] est plaée entre le point de sortie S et la masse. Figure 1: Montage amplifiateur symétrique Classe A En régime ontinu, le ourant de repos des transistors T 3 et T 4 peut être ajusté au moyen des potentiomètres P1 et P2. Le point A devra être à un potentiel E 0/2 par rapport à la masse. (Les réglages sont effetués, ne pas les modifier). Le transistor T 1 monté en émetteur ommun amplifie la tension d'entrée. Le transistor T 2 permet d'attaquer en opposition de phase aux bases des transistors T 3 et T 4. Ces deux transistors, rigoureusement identiques, sont montés en émetteur ommun. Ils débitent l'un dans l'autre en régime ontinu et dans la harge R (vu leur attaque en opposition de phase) en régime alternatif.

2 Une ontre-réation globale de tension est appliquée entre le point A et l'émetteur du transistor T 1. Elle permet la stabilisation du point de fontionnement et du gain. La résistane R = [8] plaée en série ave le ondensateur de apaité C f = [47] nf permet, dans le as f où la harge est un haut-parleur, de ompenser l'augmentation d'impédane de elui-i et la rotation de phase de la tension de sortie vers les hautes fréquenes. 2 Rappel théorique - préparation On onsidère les deux étages amplifiateurs de la figure 2. On suppose que les transistors sont rigoureusement identiques et qu'ils sont polarisés au même point de fontionnement (les iruits de polarisation ne sont pas représentés). Dans les deux as, les transistors débitent l'un dans l'autre en régime ontinu et dans la résistane R en régime dynamique, vu l'attaque en opposition de phase. Figure 2: Étages amplifiateurs équivalents En régime dynamique lasse A, les transistors débitent simultanément et de façon umulative dans la résistane R. Le ondensateur de liaison qui joue le rôle de réservoir d'énergie aura une apaité C L de très forte valeur. On voit que les deux étages amplifiateurs sont stritement équivalents. Le montage le plus ouramment utilisé est évidemment elui ne néessitant qu'une seule soure de tension ontinue. On pourra mettre à profit ette omparaison pour répondre aux questions posées à la fin du texte. 2.1 Mise en équations En régime dynamique, on peut remplaer les transistors T 3 et T 4 par des soures de ourant i 3 et i 4, respetivement. Les entrées des deux transistors étant en opposition de phase ( vbe 3 = vbe 4 = u), les deux ourants sont opposés, i 3 = i 4. Le ourant de la résistane est alors: 1 is = is = 1 i 3 i4 i3 i4 = 2i 3 = 2i 4.

3 1. Montrer que, pour haque transistor, la tension totale (d+a) olleteur-émetteur est reliée au ourant total (d+a) olleteur par l'équation: v V 2R I 2R i. CE = CEQ C CQ C C On note que, en statique, les transistors sont parourus par le même ourant I CQ3 = ICQ4 = ICQ et polarisés au même point de fontionnement V CEQ3 = VCEQ 4 = VCEQ. 2. Donner la relation entre v CE3 et v CE4 ; en déduire leurs valeurs extrêmes. 3. Traer la droite de harge dynamique i f ( v ) de haque transistor. transistor. C = CE 4. Donner l'expression analytique du point de fontionnement V, I ) de haque ( CEQ CQ Respeter soigneusement la onvention vab = VABQ vab = VABQ Vabsin( t ) pour noter la tension totale v AB, ontinue V ABQ et alternative v ab (d'amplitude V ab ) entre deux points A et B. 3 Manipulation On prendra soin, au ours de ette manipulation, de ne jamais travailler ave un signal de sortie distordu. 3.1 Fontionnement en statique Prendre une tension d'alimentation E 0 = [20] V. Mesurer le ourant de repos des transistors T 3 et T 4. (On supposera qu'il est peu différent du ourant total onsommé par l'amplifiateur). Mesurer la tension au point A. Le réglage de l'amplifiateur est-il orret? (On ne tentera pas de modifier le réglage). 3.2 À une fréquene de [1] khz Déterminer la tension de sortie maximale effiae sans distorsion et la tension d'entrée orrespondante. En déduire la puissane de sortie maximale. Mesurer l'impédane d'entrée de l'amplifiateur au point E. En déduire le gain en puissane de l'amplifiateur. Caluler le rendement en puissane de l'amplifiateur (à puissane de sortie maximale). 3.3 Gain en tension

4 Mesurer à l'aide de l'analyseur dynamique HP3562A (f. Annexe) la ourbe de réponse en fréquene du gain en tension (à puissane maximale). Déterminer la bande passante à [ 3] db. 3.4 Mesure du temps de montée Appliquer à l'entrée de l'amplifiateur un signal arré de fréquene [10] khz donnant en sortie des réneaux de [5] V rête à rête. Mesurer le temps de montée t r du signal de sortie ( t r représente l'intervalle de temps séparant les instants où le signal de sortie vaut 10% et 90% de sa valeur finale). Caluler le temps de montée théorique de la réponse à l'éhelon d'un filtre passebas du 1e ordre, ayant pour fréquene de oupure la fréquene de oupure haute à [ 3] db de l'amplifiateur. Conlusion: l'amplifiateur se omporte-t-il au voisinage de la fréquene de oupure haute omme un filtre passe bas du 1e ordre? 3.5 Mesure de l'affaiblissement (TILT) Appliquer à l'entrée de l'amplifiateur un signal arré de fréquene [200] Hz donnant en sortie des réneaux de [5] V rête à rête. Mesurer l'affaiblissement du signal de sortie. L'exprimer en pourentage par rapport à l'amplitude du signal. Caluler l'affaiblissement théorique donné par un filtre passe-haut du 1e ordre ayant pour fréquene de oupure la fréquene de oupure basse à [ 3] db de l'amplifiateur. Conlusion: l'amplifiateur se omporte-t-il au voisinage de la fréquene de oupure basse omme un filtre passe-haut du 1e ordre? 4 Questions supplémentaires Pour l'étage de sortie de l'amplifiateur étudié on demande: 1. Quelle est l'amplitude maximale théorique du signal de sortie? 2. Comparer ave la valeur expérimentale et expliquer, en les hiffrant, les différenes éventuelles. 3. Quelle est l'amplitude de l'intensité du ourant traversant R orrespondante? 4. Quel est le rendement théorique maximal de et étage: (a) en lasse A? (b) en lasse B?

5 Appendix 5 HP 3562A Dynami Signal Analyser L'analyseur dynamique HP 3562A permet de visualiser diretement sur l'éran la fontion de transfert d'un filtre. Pour ela, relier la sortie SOURCE de l'analyseur à la fois sur l'entrée CHAN1 de l'analyseur et sur l'entrée du filtre. Relier la sortie du filtre sur l'entrée CHAN2 de l'analyseur. Figure 3: Analyseur dynamique HP3562A 5.1 Proédure d'initialisation de l'appareil MEAS MODE LOG RES PRESET SOURCE SOURCE LEVEL entrer [1]V AVG taper 10 puis ENTER STABLE (MEAN) MEAS DISP FREQ RESP START 5.2 Fontions partiulières COORD FREQ START FREQ FREQ FREQ SPAN SPCL MARKER SLOPE