Montage émetteur commun

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1 tour au menu ontage émetteur commun Polarsaton d un transstor. ôle de la polarsaton La polarsaton a pour rôle de placer le pont de fonctonnement du transstor dans une zone où ses caractérstques sont lnéares. Ub g Fg Uc Pour cela, on applque sur les tros électrodes du transstor des potentels contnus de valeurs connables. Nous allons étuder les montages dans lesquels l électrode commune est l émetteur. n entrée, on mpose et et en sorte, on dédut et.. Pont de fonctonnement A partr des réseaux de caractérstques, l est asé de détermner le pont de fonctonnement. drote de charge statque F drote d'attaque statque F F F La connassance du pont de repos à l entrée permet de dédure, va la caractérstque de transfert en courant, la valeur du courant de sorte et donc de détermner le pont de repos en sorte. n entrée, le générateur U débte dans la résstance G et dans la joncton base-émetteur du transstor. omme les caractérstques d entrée sont confondues dès que > 0,65, le pont d entrée est défn par l ntersecton de la caractérstque d entrée du transstor ac la drote de charge de ce générateur. L équaton de cette drote, dte «drote d attaque» est : = U. Fg

2 La connassance du pont d entrée ( F, F ) permet la détermnaton, va le réseau de transfert en courant, du courant de sorte F. n sorte, l équaton de la drote de charge du générateur U qu débte dans et dans l espace collecteur émetteur du transstor est : = U. L ntersecton de la caractérstque de sorte du transstor (correspondant au courant F d entrée) ac la drote de charge de ce générateur défnt le pont de repos en sorte caractérsé par F et F.3 éalsatons pratques de la polarsaton Le montage de la fgure est fonctonnel, mas l nécesste deux sources de tenson. n pratque, les montages utlsent un seul générateur contnu. r Polarsaton par résstance de base S ce montage est très smple, l est auss sensble à la dér thermque. n effet : = β + 0. Un accrossement du courant entraîne une élévaton de température de la joncton et un accrossement de 0 et par sute de. e type de polarsaton ne devrat jamas être employé pour un transstor utlsé en amplfcateur. Nous rrons ultéreurement qu l est tolérable pour un transstor utlsé en commutaton. b La lo des malles permet d écrre : =. (ac 0,65 ) = ( )/ / Pour le crcut de sorte, on peut écrre : =. Fg 3 r Polarsaton par réacton d émetteur b c e Fg 4 L ntroducton d une résstance entre l émetteur et la masse est une façon de compenser les varatons de β. S le gan augmente, et donc augmentent. Le potentel d émetteur ( =. ) croît ans que le potentel de base ( 0,65 ) ce qu dmnue ans le courant base pusque = ( )/. Le mot «réacton» sgnfe qu une grandeur de sorte ( ) fat varer une grandeur d entrée ( ). L élément de réacton (commun à l entrée et à la sorte) est c la résstance d émetteur. r Polarsaton par réacton de collecteur b c S le gan augmente, augmente donc dmnue (en effet =. ) ans que la dfférence de potentel aux bornes de la résstance de base. Le courant base dmnue et contrebalance l accrossement du gan. ette méthode, ben que melleure que la précédente, n est pas très satsfasante. Fg. 5 r Par pont de base et résstance d émetteur Pour rendre ndépendant le courant collecteur des varatons du gan, on utlse un deur de tenson nommé «pont de base».

3 Fg. 6 Le pont deur mantent constant à condton que les varatons du courant base pussent être néglgées devant le courant qu crcule dans les résstances du pont de base. =. = + et (0,65 ). = / = (. 0,65)/ as comme << on a : La valeur de est ndépendante du gan. AQU : t t n mposant le potentel de la base, on mpose le potentel de l émetteur donc le courant d émetteur et donc le courant de collecteur. b c n remplaçant et par le générateur de Thénn équvalent, on tre : T = + Sot : = T T. ; T. = + Fg. 7 S << alors = T Transstor en régme varable D après le prncpe de superposton, l est possble de séparer l étude du régme contnu (polarsaton) de celle du régme varable. Le transstor est placé, par la polarsaton, dans une zone où ses caractérstques sont lnéares ( F, F, F et F ). On applque sur sa base un sgnal varable qu va provoquer des varatons du courant base F. es varatons sont amplfées par le transstor et son courant de sorte présente des varatons par rapport à la valeur au repos F. Le générateur contnu permet la polarsaton. est auss lu qu fournra l énerge nécessare à l amplfcaton du sgnal.. Schéma du montage utlsé e c e Fg. 8 d s On utlse une polarsaton par pont de base et résstance d émetteur. et S sont des condensateurs de lason. Leur rôle est de permettre le passage des sgnaux d entrée et de sorte sans que les potentels contnus présents sur la base et le collecteur du transstor nfluent sur le fonctonnement du générateur et de l étage suvant. Leur mpédance nfne en contnu dot être très fable en régme varable. On utlse des condensateurs polarsés de forte valeur (> 50µF) pour que leurs mpédances restent très fables même pour les basses fréquences. La résstance d émetteur est nécessare pour polarser correctement le transstor, mas sa présence dmnue beaucoup le gan en régme varable. On place, en parallèle à cette résstance, un condensateur de forte valeur ( D ) qu se comporte comme un court-crcut en alternatf et comme une

4 mpédance nfne en contnu. D est un condensateur de découplage. e montage est nommé «émetteur commun découplé». La tenson de repos entre le collecteur et l émetteur est chose pour obtenr F = /. e chox sera justfé ultéreurement. Les valeurs des résstances du montage sont calculées pour obtenr le pont de fonctonnement chos. La valeur du courant de collecteur F est chose en foncton de l applcaton enagée (et des étages qu peunt suvre). Pour la drote de charge, on a : =. +.. omme <<, cette relaton s écrt : = ( + ). xpérmentalement, on constate que la stablsaton thermque du montage est satsfasante quand le potentel d émetteur est tel que : /0 < < /4. ette condton permet de chosr et d en dédure la valeur de. La résstance totale + du pont deur de la base est chose pour que le courant base sot néglgeable devant celu qu trarse le pont ( ). omme d autre part on a : =. =. et = + ac 0,65, on en dédut la valeur de. Le chox du courant dans le pont deur résulte d un comproms. dot être grand devant ce qu suppose d utlser des résstances et fables, mas comme on le rra par la sute on dmnue alors l mpédance d entrée du montage. nfn l énerge prélevée au générateur pour la polarsaton n est pas de l énerge «utle» et l faut la lmter au maxmum en augmentant et.. Drote d attaque nstantanée On applque à l entrée, donc entre la base et l émetteur, une tenson g(t) qu est le sgnal que l on souhate amplfer. On peut remplacer les résstances du pont de base par P =. /( + ) et détermner ensute g (t) et du g générateur de Thénn équvalent. Un tel modèle est valable en régme varable car l mpédance des g g condensateurs est alors néglgeable. p Drote d'attaque nstantanée ar tq ue d 'entrée actér s Fg.0 Fg. 9 g(t) v t L équaton de la drote d attaque est donc : v (t) = g (t). (t) Le pont de fonctonnement nstantané est défn par l ntersecton de la drote d attaque ac la caractérstque d entrée. ette drote d attaque se déplace au cours du temps. lle possède une pente constante et passe par le pont (t) = g (t). On en dédut graphquement les varatons de v et de en foncton du temps. S la caractérstque d entrée n est pas lnéare et s on applque une tenson g(t) snusoïdale, la tenson v (t) n est pas snusoïdale. l y a dstorson du sgnal.

5 .3 Attaque en courant, attaque en tenson S est fable alors v g (courbes ). On fat une attaque en tenson. Le rsque de dstorson du sgnal est mportant car la drote d attaque passera au cours du fonctonnement dans la zone du coude de la caractérstque. S est grand (courbes ) alors : g /. On fat une attaque en courant. La drote d attaque est presque rtcale et les rsques de dstorson sont plus fables. Fg.4 tude graphque du fonctonnement L équaton de la drote de charge est : = ( + ).. Pour le régme varable, la résstance est mse en court-crcut par le condensateur de découplage. La drote de charge pour les sgnaux varables nommée drote de charge dynamque a donc pour équaton : v = U. lle passe par le pont de fonctonnement ( F, F ). On a donc : U = F +. F Le pont d entrée nstantané étant connu (cf..), le pont de sorte nstantané dans le réseau de sorte se dédut à partr du réseau de transfert en courant. F locage F F F Fg. Saturaton Dstorsons par écrêtage l faut noter que les tensons d entrée et de sorte sont en opposton de phase. La tenson de sorte est comprse entre 0 et U. S l ampltude du sgnal d entrée est trop mportante, l y aura un écrétage du sgnal de sorte. Pour obtenr la plus grande plage possble de varaton de la tenson de sorte sans déformaton du sgnal, l faut donc chosr le pont de polarsaton sensblement au mleu de la drote de charge. ec justfe le chox ntal de F = ½. lquez c pour examner en détal le fonctonnement du montage. AQU : Le chox du pont de polarsaton du montage de la fgure est ncorrect. Du fat de la pettesse du courant de repos, la drote d attaque coupe la caractérstque d entrée dans sa parte coudée. l en résulte une dstorson mportante du sgnal de sorte..5 Schémas équvalents

6 n accord ac le prncpe de superposton, nous avons séparé l étude des sgnaux contnus correspondant à la polarsaton du transstor de celle des sgnaux varables ac le temps et qu contennent l nformaton utle. Pour modélser l amplfcateur, on utlsera deux schémas dfférents. Pour établr le premer (Fg. 4) qu correspond au régme contnu, on dot remplacer les condensateurs par des mpédances nfnes. Pour le schéma aux «varatons» les condensateurs étant de forte valeur seront remplacés par des courts-crcuts. onformément au prncpe de superposton les générateurs de tenson contnue seront remplacés par leurs résstances nternes (Fg 5). Le crcut équvalent fnal (Fg. 6) est obtenu en remplaçant le transstor par son crcut équvalent smplfé. On symbolse par U l mpédance de charge du montage qu peut être l mpédance d entrée de l étage suvant. e s d Fg 3 : Schéma théorque de l amplfcateur Fg 4 : Schéma smplfé en contnu e crcut smplfé permet de décrre le fonctonnement du montage en régme varable. Les valeurs h, h et h retenues pour la modélsaton du transstor correspondent au pont de repos du montage mposé par la polarsaton du crcut. e schéma présente l ntérêt de séparer les grandeurs d entrée et de sorte. Fg 5 : Schéma smplfé en régme varable g g v S S h h. h u Fg 6 e schéma correspond unquement au régme varable. Son utlsaton pour l étude en régme contnu est à exclure. 3 Paramètres de l amplfcateur Le schéma équvalent permet de modélser l amplfcateur par le quadrpôle de la fgure 7. Pour détermner ses paramètres fondamentaux, on peut donc utlser les formules générales du chaptre 5. Le calcul drect est plus smple. On dstnguera les paramètres du transstor de ceux du montage. r ésstance d entrée

7 Transstor seul = v / = h ontage = v / G = ( // // h ) La résstance d entrée est donc nféreure à h. De plus on vot que les résstances du pont de polarsaton dmnuent encore l mpédance d entrée : leurs valeurs ne dont pas être trop pettes. e ze zs s A. v ze A. v zs Fg 7 Dans le montage émetteur commun découplé, est de l ordre du kω. r ésstance de sorte Transstor seul S = v S /. S = h - ontage S = v S / S S = ( U // // h - ) La résstance de sorte S est nféreure à la résstance de collecteur. Dans le montage émetteur commun découplé, S est de l ordre du kω. r Gan en tenson A = v S /v v S = u. S = S. = h.s.. De plus : v = h. h. s A = = s. S h A est donc du même ordre de grandeur que h. A est négatf : la tenson de sorte est en opposton de phase ac la tenson d entrée. Un étage amplfcateur à émetteur commun découplé est caractérsé par des résstances d entrée et de sorte moyennes et par un gan en tenson mportant et négatf. AQUS Le gan du montage non chargé ( S = ) est ndépendant du courant de polarsaton quand le montage est polarsé à /. n effet dans ce cas. = / et : h. h.. A = =. h h. β. A température ambante h. 5 m, h β et donc : A 0 Le quotent h / h est la résstance dynamque de la dode d entrée r. On peut consdérer que le crcut de sorte (de résstance S ) et le crcut d entrée (de résstance r ) sont parcourus par le même courant ( ). Le gan en tenson est donc égal au rapport de ces résstances. tour au menu