Figure 1 : étage de sortie du MC1530

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1 ETUDE DE L ETAGE DE SORTIE DE L AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL MC Le schéma complet de l amplificater opérationnel MC1530 est donné en annexe. Son étage de sortie (figre 1) est constité par n amplificater contin A 0 rétroactionné par la résistance. Amplificater A 0 VCC = 6V 5 k! R1 T2 eg 6 K! T V VE I T3 T4 vs M (0 V) - VEE = - 6V 30 k! R2 Figre 1 : étage de sortie d MC1530 La températre est fixée à 25 C. Les transistors tilisés sont tos des NPN a silicim ayant n gain en corant! de 100 et ne résistance interne r ce sffisamment importante por être négligée. 1 ère PARTIE : ETUDE EN REGIME CONTINU 1) En imposant à l entrée V E = 3.82 V (qi représente la tension de repos à la sortie de l étage amont), on désire obtenir ne tension de sortie V S nlle. Déterminer alors la valer des tensions par rapport à la masse de tos les nœds d schéma. 2) En négligeant le corant de base de T 2, calcler le corant de collecter d transistor T 1 ainsi qe celle d générater de corant I. 3) Les transistors T 3 et T 4 étant identiqes, rechercher la relation existant entre les corants de collecter I C4 de T 4 et le corant d émetter I E1 de T 1. En dédire la valer d corant de collecter I C2 de T 2. On donne : I C = I SBC exp( V BE U T ) avec I SBC1 = I SBC2 et U T = 25 mv à 25 C. 1 Philippe ROUX

2 2 ème PARTIE : ETUDE DE L AMPLIFICATEUR SANS RETROACTION AUX PETITES VARIATIONS L amplificater A 0 rétroactionné par la résistance, sera isolé comme il est indiqé dans la partie encadrée de la figre 1. 1) On isole d montage le transistor T 3 (monté en diode compte ten d cort circit entre sa base et son collecter). Dessiner son schéma éqivalent ax petites variations et déterminer alors sa résistance interne r d. 2) Dessiner (avec r d ) le schéma éqivalent de l amplificater A 0. Donner la valer des paramètres des transistors. 3) Montrer qe la tension v be4 est sensiblement égale à v 1 /2. 4) En dédire la valer de la résistance d entrée de l amplificater A 0. 5) Déterminer l expression d gain en tension A 0 de l amplificater. 6) Rechercher l expression de sa résistance de sortie R s0 en tilisant la méthode de l ohmmètre. 3 ème PARTIE : ETUDE LE L AMPLIFICATEUR RETROACTIONNE AUX PETITES VARIATIONS 1) Compte ten des résltats précédents, dessiner le schéma ax petites variations et ax fréqences moyennes éqivalent à l ensemble d montage qi devient l amplificater A. (La résistance interne d générater de corant I est spposée infinie). 2) A l aide d schéma défini précédemment, déterminer por l amplificater complet, le gain en tension A = v s /e g (on négligera la résistance R s0 devant ). 3) Déterminer la résistance d entrée R e ve par le générater d attaqe e g (on négligera assi la résistance R s0 devant ). 4) Rechercher par la méthode de l ohmmètre, la résistance de sortie R s. Schéma complet de l amplificater MC1530 et ve de la pce 2

3 CORRECTION 2 1 ère PARTIE : ETUDE EN REGIME CONTINU 1. Tensions par rapport à la masse sachant qe V BE = 0,6V. VCC = 6V IG 3.82 V R1 6 K! VE IR2 B1-4,8V I IB1 T3 5 k! IC3 T1 IE1 0,6V -5,4V IC2 T2 IC4 T4 0V M (0 V) VBE3 VBE4 - VEE = - 6V 30 k! R2 2. Corant de collecter de T 1 : I C1 = V CC "V C1M R 3 =1,08mA I B1 = 10,8 µa. Détermination d corant I : I = I G I R2 " I B1 I G = V E "V B1M R 1 = 1,44mA I R2 = V S "V B1M = 160µA Soit : I " I G = 1,44mA 3. Les transistors T 3 et T 4 ont la même tension V BE avec : I C 3 = I SBC exp( V BE3 ) et U T I C 4 = I SBC exp( V BE4 U T ). On a alors : I C3 = I C4 ainsi qe : I B3 = I B4. Avec : I E1 = I C 3 I B3 I B4, on en dédit : I C 4 = I E1 # I E1 et I C2 = I C4 = 1,06 ma. 1 2 " 2 Philippe ROUX

4 2 ème PARTIE : ETUDE DE L AMPLIFICATEUR SANS RETROACTION AUX PETITES VARIATIONS 1) Isolons le transistor T 3 monté en diode et constrisons son schéma éqivalent ax petites variations. Appliqons n générater (, i) ax bornes d schéma, on alors : r d = /i. i B3 C3 vbe3 rbe3 rce3 gm3 vbe3 Les tensions v be3 et sont égales. Nœd B 3 : i " " g m3 = 0 r d = r be3 i = 1 g m3 1 E3 r be3 " 1 = r be3 = 23$ (1) g m3 # 2) Schéma éqivalent de l amplificater A 0. ib1 B1 vbe1 rbe1 E1 B4 gm1 vbe1 B2 C1 vbe2 rbe2 E2 C4 rd rbe4 gm2 vbe2 gm4 vs E4 C2 Paramètres des transistors : r be1 r be2 r d r be4 g m1 g m2 g m3 g m4 2,31 K! 2,3 K! 23! 2,3 K! 43,2 ms 43,6 ms 43,2 ms 43,6 ms 3) Eqation a nœd E 1 : v 1 " v be4 g m1 v be1 " v be4 = 0 avec : v be1 = v 1 v be4 r be1 r be4 //r d " v 1 g m1 1 % " $ ' = v be4 g m1 1 1 % $ ' # r be1 & # r be1 r be4 //r d & Sachant qe : g m1 >> 1 et r d = 1 << r be4, il vient : v 1 r be1 g m3 Avec g m1 = g m3 v 1 " 2v be4 (2) [ g m1 ] " v be4 g m1 g m3 [ ] 4

5 4) Résistance d entrée de l amplificater A 0 : = v 1 i b1. Nos avons : i b1 = v v 1 " v 1 " v 1 be4 = 2. Soit : = v 1 = 2r be1 = 4,62K" (3) r be1 r be1 i b1 5) Expression d gain en tension A 0 de l amplificater. Por cette étde on choisi le schéma «en! ib» por représenter T 1 et T 2.!ib1 B2 ib1 B1 rbe1 E1 B4 C1 ib2 rbe2 E2 C4 rd rbe4!ib2 gm4 vs E4 C2 Nœd C 4 : (" 1)i b2 # g m4 v be4 = 0 avec la relation (2) : i b2 = g m4 2(" 1) v 1 (4) Nœd B 2 : "#i b1 "i b2 " R 3 = 0 (5) On a de pls : = r be2 i b2 v s (6) L éqation (5) devient alors : "#i b1 "i b2 (1 r be2 R 3 ) " v s R 3 = 0 La relation (3) permet d écrire : i b1 = v 1 $ # On obtient alors : "v 1 g m4 2(# 1) (1 r ' be2 & )) = v s % R 3 ( Application nmériqe : A 0 = A 0 = v $ s # = "R 3 g m4 v 1 2(# 1) (1 r ' be2 & )) * " #R 3 % R 3 ( 6) Expression de sa résistance de sortie R s0 en tilisant la méthode de l ohmmètre. Le schéma d analyse est donné ci-dessos. La tension v 1 étant nlle, il s en sit qe le corant i b1 est nl d après la relation (3), entrainant alors le générater dépendant «!i b1» nl assi. Atre conséqence, la tension v be4 est nlle d après la relation (2) entrainant «g m4 v be4» nl assi. R 3 5

6 !ib1 B2 ib1 B1 rbe1 E1 B4 C1 ib2 rbe2 E2 C4 i rd rbe4!ib2 gm4 E4 Mise en éqations : i = "(# 1)i b2 et = "i b2 (r be2 R 3 ) C2 Résistance de sortie : R s0 = i = r be2 R 3 " 1 Application nmériqe : R s0 = 72,3!. 3 ème PARTIE : ETUDE LE L AMPLIFICATEUR RETROACTIONNE AUX PETITES VARIATIONS 1) Schéma ax petites variations et ax fréqences moyennes éqivalent à l ensemble d montage qi devient l amplificater A. R2 ig R1 E Rs0 S eg Re0 (A0) vs 2) Gain en tension A = v s /e g (on négligera la résistance R s0 devant ). Eqation a nœd E : e " v g 1 " v 1 v " v s 1 = 0 avec : v s = A 0.v 1 R 1 e g1 # 1 1 & = "v s % " ( soit approximativement : v s " # = #5 R 1 $ A 0 (R 1 // // )' e g R 1 3) Résistance d entrée R e. Eqation a nœd E : i g " v 1 A 0 " v 1 = 0 soit : i g = Sachant qe : e g = R 1 ig v 1, il vient : R e = e g i g = R 1 v 1 ig. R e = e g i g = R 1 1" A 0 # R 1 = 6K$ v 1 // 1" A 0 6

7 4) Résistance de sortie R s. Schéma d analyse por la méthode de l ohmmètre, e g en cort circit et placer en sortie n générater qi débite n corant i. R2 R1 E Rs0 S i Re0 (A0) R Expression de la tension v 1 : v 1 = k avec : k = 1 // R 1 // Eqation a nœd S : i " " A (k) 0 " " k = 0 R s0 # & % 1 1 ( Soit : i = % ( R Rs 0 R s = % 2 ( i = Rs 0 R // 2 1" ka 0 1 k = 8,2# $ % 1" ka 0 1 k '( 7

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