COMPOSANTS ELECTRONIQUES

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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOKRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M HAMED BOUGARA DE BOUMERDES FACULTE DES SCIENCES - DÉPARTEMENT PHYSIQUE Option : INFOTRONIQUE V.Tourtchine COMPOSANTS ELECTRONIQUES TRAVAUX PRATIQUES 15 V R 1 R 2 R 100 U 1 15 V P R 1 k 100 R' 1 V 1-15 V V U 2 2 R' 2-15 V Manuscrit élaboré selon le programme officiellement agrée et confirmé par le conseil Scientifique de la Faculté des Sciences BOUMERDES

2 TP N 01 CARACTERISTIQUE D UNE DIODE A JONCTION But Le but du TP est de tracer la caractéristique I D = f(u D ) d une diode à jonction P-N en sens direct et de valider la loi de variation tension - intensité du courant. Matériel Plaque perforée DIN A Résistance 100 5% 2W Résistance 10 5% 2 W Diode Si 1N Diode Ge AA Alimentation CC 0 15 V Multimètre analogique Multimètre numérique GDM 352A 1 Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu Cavalier Schéma R1 A 100 E R2 10 D V ma K Fig.1-2 -

3 Montage - V ma - V Fig.2 I. Taches à réaliser avant le TP Expérimentalement, on constate qu une jonction P-N se comporte comme une valve qui laisse passer le courant électrique quand la tension appliquée est positive entre P et N, puis qui le bloque totalement si la tension est inversée. Dans le schéma (figure 1), on désigne par anode A la borne P et par cathode K la borne N. La diode est représentée par un triangle orienté dans le sens passant. On rappelle l équation du courant I D dans une diode à jonction U D I UT D IS e 1, où (1) U D est la tension aux bornes d une diode. kt U T est la tension thermique, donnée par UT, avec k : constante de Boltzmann, T : qe température en Kelvin, q e : charge électrique d un électron. Pour la jonction idéale à la température ordinaire U T = 26 mv. est le facteur du semi-conducteur et de l intensité; il dépend de la température et il n a pas la même valeur, pour un semi-conducteur donné, en courants forts et en courants faibles

4 I S est le courant inverse de saturation de la diode, il est de l ordre du na (na = 10-9 A) à la température ordinaire et qui ne dépend pas de la tension pour U D 0. Considérons, avec la relation (1), les deux sens : passant et bloquant. a) Cas de V AK = U D 0 (sens passant) Pour U D 0,1 V, U D UT e 1 et donc D S U D UT I I e (2) b) Cas de V AK = U D 0 (sens bloquant) Si U D 0,1 V, UD UT e 1 on considère que I D - I S. Dans le tableau ci-dessous sont représentés les résultats de mesures du courant I D en fonction de tension U D dans le cas passant d une diode. U D (V) I D (ma) 1,0 3, ,0 16,0 20,0 31,0 40,0 50,0 T.1. Tracer sur le papier millimétré (annexe 1) la courbe représentante la variation I D en fonction de U D, c'est-à-dire la caractéristique courant - tension de cette diode I D = f (U D ). T.2. Déterminer, d après la courbe obtenue, la tension seuil U S de la diode pour laquelle le courant commence à passer, de façon non négligeable. T.3. Déterminer la tension maximale aux bornes de la diode D (figure 1) dans le cas où la source de tension E est réglée sur la valeur maximale : E = 15,0 V. Quel est le rôle de résistances R1 et R2 si on considère l intervalle de réglage de la tension U D entre 0,1 et 1,0 V? T.4. Déterminer le point de fonctionnement de la diode si la tension d alimentation est réglée sur la valeur E = 7,7 V. T.5.Calculer la résistance dynamique directe R D de la diode au point de fonctionnement déterminé précédemment : R D U U U D I I I D D2 D1 D2 D1 T.6. Redessiner sur le papier millimétré (annexe 2) la caractéristique da la diode dans l échelle semi- logarithmique : - 4 -

5 Ln (I D ) = f (U D ) (3) T.7. Exprimer la relation (2) dans la même échelle. Quelle est la pente de cette courbe? T.8. Déterminer le courant I S et la valeur du produit U T en déduire le facteur. On utilisera la transformation (3) pour la caractéristique de la diode I D = f (U D ) puis on la traitera par la méthode des moindres carrés (voire annexe 3). II. Déroulement de l expérience 1. ETUDE D UNE DIODE AU SILICIUM a) Relevé de la caractéristique d une diode au silicium 1A.1. Réaliser le montage du circuit d après le schéma électrique (figure 1) en utilisant une plaque perforée. Disposer le matériel, par exemple, comme c est indiqué sur la figure 2. 1A.2. Faire vérifier le montage (par l enseignant).. 1A.3. Mettre le circuit sous tension. 1A.4. Faire varier la valeur de la tension d alimentation E à partir de 0 V et lire sur le voltmètre les valeurs correspondantes de la tension U D aux bornes de la diode. Pour chaque valeur de U D avec la précision 0,002 V indiquée dans le tableau 1, lire l intensité de courant correspondante sur l ampèremètre. Compléter le tableau 1. Tableau 1 U D (V) I D (ma) 1A.5. Tracer sur le papier millimétré le graphique I D =f (U D ) de façon qui permet d obtenir une courbe bien continue reliant les points expérimentaux. 1A.6. Régler la source de tension pour obtenir la valeur de E = 7,7 V. Mesurer U D et I D pour ce point de fonctionnement et l indiquer sur le graphique représenté dans 1A

6 b) Observation qualitative 1B.1. Retirer la diode D et inverser le sens de branchement (sens bloquant). Réinsérer la diode. 1B.2. Retirer la résistance R2. 1B.3. Faire varier progressivement la tension d alimentation de 0 à 15 V. Observer la variation du courant inverse traversant la diode. Noter le résultat d observation. 1B.4. Réinsérer la résistance R2. 1B.5. Eteindre la source de tension. c) Exploitation du graphique expérimental 1C.1. Déterminer la tension seuil U S de la diode. 1C.2. Déterminer la résistance dynamique R D au point précisé dans 1A6. 1C.3. En utilisant la méthode des moindres carrés pour le lissage de la caractéristique obtenue expérimentalement I D =f (U D ) déterminer : a) Le courant inverse de saturation I S. b) Le facteur en prenant la tension thermique U T pour une jonction idéale. 1C.4. Tracer sur le papier millimétré (annexe 4) la courbe théorique It ( U ) I UT e. D D S UD 1C.5. Sur le même papier millimétré tracer une droite de charge statique pour la tension d alimentation E = 7,7 V et déterminer le point de fonctionnement sur la caractéristique réelle I D (U D ) et celle théorique It D (U D ). 2. ETUDE D UNE DIODE AU GERMANIUM a) Relevé de la caractéristique d une diode au germanium 2A.1. Remplacer dans le montage précédent la diode au silicium par la diode au germanium. 2A.2. Mettre le circuit sous tension. 2A.3. Faire varier la tension U D aux bornes de la diode avec la précision 0,002 V et compléter le tableau

7 Tableau 2 U D (V) I D (ma) 2A.4. Tracer sur papier millimétré le graphique I D =f (U D ). Réaliser par analogie toutes les étapes d étude, comme dans le cas d une diode au silicium : b) Observation qualitative (de 2B.1 à 2B.5). c) Exploitation du graphique (de 2C.1 à 2C.5). III. Exploitation et interprétation des résultats des manipulations (L étudiant doit répondre aux questions ci-dessous pour rédiger son compte rendu) Q.1. Les diodes sont t ils des composants passifs linéaire ou non linéaires? Commenter la réponse en s appuyant sur les résultats trouvés. Q.2. Une diode idéale se comporte comme un interrupteur commandé. Déduire la réponse des résultats obtenus. Q.3. Qu est ce qu une diode? Commenter. Q.4. Comment circule le courant dans une diode? Expliquer le phénomène en se basant sur les résultats de manipulation. Q.5. Quelle est la différence entre une diode au silicium et une diode au germanium? Déduire la réponse par les données de mesure. Q.6. Pour quel type de diode le courant I S est plus grand? Démontrer par les données de mesure. Q.7. Comment peut-on expliquer la différence entre la caractéristique obtenue expérimentalement et celle obtenue par lissage? - 7 -

8 Q.8. Comment construire la droite de charge d un circuit et déterminer sure elle le point de fonctionnement d une diode? Quelle est son utilité? Q.9. Est-ce que la résistance dynamique directe d une diode est constante ou non? Pourquoi? Q.10. Dans le calcul des circuits contenants des diodes faut-il prendre obligatoirement ou non en considération les valeurs de U S et de R D? Déduire la réponse par les données de mesure. Q.11. Le courant admissible pour une diode au silicium 1N 4007 est de 100 ma. Peuton brancher cette diode dans le sens passant directement sur une pille de 1,5 V? Pourquoi? Q.12. Lorsque la température s élève, est ce que le courant I S augmente ou diminue? Est que la tension de claquages dépend de la température? Expliquer

9 ANNEXE 1 I D (ma) (V) 0,0 0, ,7 0,8 U D - 9 -

10 ANNEXE 2 Ln (I D ) 0,5 0,6 0,7 U D (V)

11 ANNEXE 3 Lissage de la caractéristique I D = f(u D ) d une diode par la méthode des moindres carrés i min. D après cette méthode on cherche y y 2 NP i 1 Pour le lissage de la caractéristique I D = f (U D ) d une diode on utilise la fonctionne de régression suivante : y = b kx, où y = ln (I D ) et x = U D. NP La fonction y y 2 i suit : i 1 b atteint sa valeur minimale si on calcule les coefficients b et k comme NP NP NP NP NP NP NP 2 yi ( xi ) - xi yi xi NP xi yi xi yi i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 et k NP NP NP NP NP NP 2 2 NP ( xi ) xi xi NP ( xi ) xi xi i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 APPLICATION NUMERIQUE NP 10 Ud i i 1 NP Id i NP s1 x i i 1 ( s2 s4 s3 s1) b NP s4 s1 s1 Is x Ud i i e b Is NP s2 y i i 1 y i ln Id i NP s3 i 1 ( NP s3 s1 s2) k NP s4 s1 s1 1 Ut k Ut x y i i NP s4 x i 2 i 1 Ud i Ut Itd Is e i Caractéristique réelle Id (Ud) Caractéristique théorique Itd (Ud) Id i 0.02 Itd i Ud i Ud i

12 TP N 02 CARACTERISTIQUES DES DIODES ELECTROLUMINESCENTES But Déterminer les caractéristiques de diodes électroluminescentes de différentes couleurs et calculer les longueurs d onde d émission correspondantes. Matériel Plaque perforée DIN A Résistance 680 5% 2W Résistance 470 5% 1.4W Diode luminescente verte, LED 1, verticale Diode luminescente rouge, LED 2, verticale Diode luminescente jaune, LED 3, verticale Diode luminescente infrarouge, horizontale Alimentation CC 0 15 V Multimètre analogique Multimètre numérique GDM 352A 1 Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu Cavalier Schéma R1 P E 680 R2 470 LED V ma N Fig

13 Montage - V ma - V Fig.2 I. Aperçu théorique (l étudiant doit approfondir ses connaissances sur cette partie à la salle ressources d InfoTronique) a) Définition et symbole d une diode électroluminéscente. Les diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais : Light Emitting Diode) sont des composants optoélectroniques qui émettent sous certaines conditions, une radiation électromagnétique. Le spectre d émission est très étroit, et la longueur (nm) d onde dépend du matériau (fig.3). Ce n est pas la couleur du boîtier qui fait que tel composant émettra dans cette même couleur mais la nature précise du matériau semi-conducteur. Les techniques de fabrication permettent d obtenir des diodes électroluminescentes à émission super rouge, rouge, orange, jaune, verte et bleue et aussi infrarouge (nm) Bleue Verte Jaune Rouge Fig.3 On obtient de la lumière infrarouge pour le silicium et l arséniure de gallium (GaAs), de la lumière visible pour le phosphure de gallium (GaP), l arséniophosphure de gallium (GaAsP)

14 etc. Les LED émettant dans le visible ont un pic dans le rouge (GaAsP 0,4 ), le vert (GaP), le jaune (GaAsP 0,85 ). La longueur d onde est reliée avec la tension de seuil U S d une diode électroluminescente par la relation : / U S. Le symbole d une LED est représenté sur la figure 1. b) Fonctionnement Lorsqu une jonction P-N est parcourue par un courant direct, il se produit des recombinaisons entre les porteurs de charge, qui s accompagnent d une libération d énergie. Une partie de l énergie libérée est émise sous forme de lumière. Le fonctionnement est le même que celui d une diode. Cependant une LED ne supporte pas de tension inverse élevée plus de 5 V, ni une trop grande intensité du courant (10 à 50 ma). Les conditions optimales sont fournies par le constructeur (voir le tableau ci-dessous). Couleur de LED Tension nominale directe Un, V Tension maximale directe Um, V Courant maximale direct, Im, ma Rouge 1,7 2,5 20 Jaune 2,0 2,5 20 Verte 2,2 2,8 20 Infrarouge 1,1 1,5 10 Une LED doit être monté en série avec une résistance «de protection» Rp limitant le courant à la valeur préconisée. II. Déroulement de l expérience D.1. Réaliser le montage du circuit d après le schéma électrique (fig.1) en utilisant une plaque perforée. Disposer le matériel, par exemple, comme c est indiqué sur la figure 2. Effectuer une première manipulation avec LED 1. D.2. Faire vérifier le montage (par l enseignant). D.3. Mettre le circuit sous tension. D.4. Augmenter très progressivement, à partir de 0,00 V, la tension délivrée par la source E jusqu à ce que la LED s allume : la tension aux bornes de la LED est appelée tension de seuil U S. Noter la valeur de cette tension. D.5. Continuer d augmenter très progressivement la tension délivrée par la source E jusqu à obtenir aux bornes de la LED sa tension nominale Un. Enregistrer alors l intensité du courant traversant la LED : c est l intensité nominale notée In

15 D.6. Continuer d augmenter très progressivement la tension délivrée par la source E sans dépasser la tension maximale de diode. Noter la valeur du courant I D. D.7. Calculer la valeur de la longueur d onde. D.8. Vérifier sur le spectre (fig.3) la couleur correspondante à la longueur d onde déterminée par calcul. D.9. Relever la caractéristique I D = f(u D ) sous la forme d un tableau (voir TP N 01). D.10. Ne démonter pas votre montage pour continuer les manipulations avec d autres LED. D.11. Effectuer les mêmes manipulations avec LED 2 puis avec LED 3 et enfin avec une diode infrarouge. D.12. Représenter toutes les caractéristiques obtenues sur le même papier millimétré. III. Exploitation et interprétation des résultats de manipulations (L étudiant doit répondre aux questions ci-dessous pour rédiger son compte rendu) Q.1. La LED est passante si : a) la tension à ses bornes est positive b) la tension à ses bornes est supérieure à sa tension seuil c) quelque soit la tension à ses bornes Q.2. Lorsque la LED est allumée : a) l intensité du courant dans le circuit varie progressivement b) l intensité du courant dans le circuit est toujours proche de In de la LED c) l intensité du courant dans le circuit dépend peu de la tension aux bornes de la LED Q.3. Pourquoi une diode est-elle toujours associée à une résistance de protection Rp? Q.4. La LED utilisée est caractérisée par Un = 1,2 V et In = 15 ma. La source de tension délivre une tension de 6 V. La résistance de protection Rp = 320 permet-elle à LED de fonctionner dans les conditions nominales? Q.5. La LED utilisée a la tension de seuil U S = 2,3 V. Quelle couleur émet-elle?

16 TP N 03 LA DIODE ZENER : TRACÉ DE CARACTERISTIQUE ET STABILISATION DE TENSION Buts On cherche dans ce TP à mettre en évidence les propriétés de la diode Zener. Pour cela, on trace sa caractéristique, c est-à-dire la courbe U Z = f (I Z ) représentant la tension à ses bornes en fonction du courant qui la traverse. On étudie ensuite la stabilisation de tension en amont et en aval de la diode Zener. Matériel Plaque perforée DIN A Résistance 100 5% 2W Résistance 10 5% 2W Potentiomètre W Diode Zener 57855/54 1 Cavalier Alimentation CC 0 15 V Multimètre analogique Multimètre numérique GDM 352A 1 Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu I. Rappel théorique (à préparer avant le TP) Caractéristiques Si l épaisseur de la jonction P-N est faible et si le taux de dopage est important, on obtient des diodes qui présentent un courant inverse intense au-delà d une valeur U Z de la tension inverse qui est la tension de coude ou de Zener. Le claquage inverse de la jonction résulte soit d un claquage par avalanche par ionisations dans la zone de déplétion par les porteurs, soit d un claquage par effet Zener qui correspond au passage des électrons de la bande de valence à la bande de conduction sous l effet du champ électrique. Si la construction de la diode permet la dissipation de la puissance dégagée, le claquage est réversible. On obtient alors une diode Zener. Sa caractéristique directe est identique à celle d une diode classique. Pour les diodes Zener avec U Z 6 V la résistance dynamique est voisine de quelques ohms et le coude très brutal (claquage par avalanche). Selon le courant débité, la tension aux bornes de la diode sera d autant plus stable que la résistance dynamique de celle-ci sera faible. Stabilisation de tension Il est possible de réaliser un stabilisateur de tension en utilisant une diode Zener (fig.1). On suppose que le courant inverse I Z dans la diode est tel que le point de fonctionnement est situé dans la partie linéaire de la caractéristique. Il est alors possible de modéliser la diode par l association d une source de tension V Z en série avec une résistance dynamique inverse R Z de la diode (fig.2)

17 R S I R S I I Z I RCh I Z I RCh E D Z U 0 R Ch E U 0 R Ch V Z Fig.1 Fig.2 Remplaçons le générateur E, la résistance série R S et la résistance de charge R Ch par leur équivalent Thévenin (fig.3) : E E R R R R S Ch Th Ch; Th RS RCh RS RCh Le point de fonctionnement P F de la diode est obtenu en cherchant l intersection de sa caractéristique U = V Z R Z I Z avec la droite de charge d équation U = E Th R Th I Z (fig.4). R Th I I Z R Z = 0 R Z > 0 E Th R Z U 0 P F V Z Fig.3 Fig.4 V Z E Th U On retrouve graphiquement le fait que le système ne fonction que si E Th > V Z. Si la charge varie, (stabilisation amont) les courants dans la charge et dans la diode varient mais U 0 V Z reste constant car la pente de la droite de charge varie. De même si la tension de la source E varie (stabilisation aval) U 0 V Z reste également constant car la droite de charge se déplace parallèlement à elle-même. II. Etude expérimentale E.1 Relevé de la caractéristique

18 Montage E1.1. Réaliser le montage d après la figure 5. Ici la résistance R = 100. Question : Quelle manipulation sur le circuit doit-on opérer pour soumettre cette diode à une tension négative, ceci sans inverser la position de la diode sur la plaque perforée? vers la source de tension CC R V D Z ma Fig.5 E1.2. Faire vérifier le montage (par l enseignant). Mesures M1.1. Mettre le montage sous tension. M1.2. Régler la source de tension de façon à imposer les différentes valeurs du tableau 1. Relever alors pour chacune de ces valeurs de I Z ou de U Z selon ce qui est demandé (on n oubliera pas la manipulation à effectuer concernant les valeurs négatives du tableau 1). M1.3. Tracer la caractéristique de la diode étudiée sur une feuille de papier millimétrée. M1.4. En déduire la tension de Zener U Z et la résistance dynamique R Z dans la partie et puis la tension de seuil U D et la résistance dynamique R D dans la partie positive. Tableau 1 U Z (V) I Z (ma) U Z -5,00-1,00 0,00 0,20 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,

19 (V) I Z (ma) U Z (V) I Z (ma) E.2 Stabilisation de tension Schéma d expérience Le schéma est représenté sur la figure 6. Ici le potentiomètre P est destiné pour varier la charge. R S E V D Z M 1 ma M2 ma R Ch P 10 U 0 V Fig. 6 Montage E2.1 Réaliser le montage d après la figure 7. Les appareils de mesure sont correctement branchés en respectant les polarités indiquées. Les choix des calibres sont adaptés. E2.2. Faire vérifier le montage (par l enseignant)

20 vers la source de tension à CC - V R S M 1 ma D Z R Ch P d f b g a ma M 2 Mesures Fig. 7 M2.1. Positionner le curseur du potentiomètre P sur «g» (charge minimale). M2.2. Mettre le montage sous tension. Faire varier la tension d entrée E. Compléter le tableau 2. Tableau 2 E (V) M 1 (ma) M 2 (ma) U 0 (V) M2.3. Régler la source de tension E sur 0 V. Retirer la diode Zener. M2.4. Faire varier la tension d entrée E. Compléter le tableau 3. M2.5. Régler la source de tension E sur 0 V. Réinsère la diode Zener. M2.6. Ajuster la source de tension E sur 14 V. Faire varier le potentiomètre P de la valeur minimale à la valeur maximale. Résultats d observations représenter dans le tableau 4. M2.7. Retirer la diode Zener. Faire varier à nouveau le potentiomètre P. Noter la variation de la tension U

21 Tableau 3 E (V) M 1 (ma) M 2 (ma) U 0 (V) Position du curseur de potentiomètre P M 1 (ma) M 2 (ma) U 0 (V) Tableau 4 a b c d e f g III. Analyse et interprétation des résultats Q.1. L existence d une tension aux bornes de la diode Zener implique t-elle toujours l existence d un courant? Donner alors les valeurs approximatives des deux tensions pour lesquelles le courant commence à circuler. Q.2. Lorsque la diode est parcourue par un courant, que peut-on dire de l évolution de la tension? Q.3. Que peut-on dire de la tension aux bornes de la diode en fonction de la tension aux bornes de la source de tension? Q.4. En utilisant la caractéristique obtenue représentée sur le papier millimétré et les résultats de mesures (tableau 2) montrer graphiquement l effet de stabilisation de tension en aval. Q.5. En utilisant la même caractéristique de la diode et les résultats d observations représentés dans le tableau 4 donner l interprétation graphique de la stabilisation en amont. Q.6. Donner l explication théorique des résultats représentés dans les tableaux 3 et 4. Conseil : Exprimer la tension de sortie U 0 sous la forme : U0 U Z 0 ke R0 ICh, avec : RS RZ RS RZ U Z 0 U Z, k et R0 R R R R R R S Z S Z S Z

22 TP N 04 LE TRANSISTOR BIPOLAIRE : COURBES CARACTERISTIQUES Buts L étude du composant «transistor bipolaire» par: une présentation rapide. l obtention des courbes caractéristiques de ce composant. l exploitation de ces caractéristiques permettant la mise en lumière de plusieurs états de fonctionnement. Matériel Plaque perforée DIN A Résistance 100 5% 2W Résistance 10 k 1% 0.5W Potentiomètre W Transistor BC Cavalier Alimentation CC 0 15 V Multimètre analogique Multimètre numérique GDM 352A 1 Multimètre numérique GDM Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu Câble d expérience, 50 cm, noir I. Présentation du transistor bipolaire. Le transistor (mot anglais, de transfer resistor, résistance de transfert) c est un dispositif à semi-conducteur, qui peut amplifier des courants électriques. Il est obtenu en insérant un barreau semi-conducteur de type opposé aux deux cristaux de même type. On obtient ainsi 2 possibilités : transistor NPN (fig.1) et transistor PNP (fig.2). Les noms des 3 bornes ainsi constituées sont : la base (B), l émetteur (E) et le collecteur (C). Les représentations symboliques des transistors informent sur leur type (NPN ou PNP) ainsi que sur le sens des courants (fig.1 et fig.2)

23 Collecteur (C) I C C N C Base (B) I B V CE B P B V BE I E N Emetteur (E) E E Fig.1 Emetteur (E) E E V EB I E P Base (B) I B V EC B N B P I C Collecteur (C) C C Fig.2 Deux jonctions constituent le transistor, jonction que l on peut assimiler à 2 diodes (entre B- C et B-E) dont le sens dépend du type de transistor. Ainsi, pour permettre le passage d un courant à travers le transistor, il faut d abord s assurer de la conduction ou du blocage de ces jonctions. On distingue 3 modes de fonctionnement du transistor : le mode linéaire et non linéaire (ou saturé). La courbe ci-contre représentant le courant de collecteur (I C ) en fonction du courant de base (I B ) permet d identifier ces 3 cas de fonctionnement : bloqué : il n y a pas de courant dans le transistor. linéaire : le courant I C est directement proportionnel au courant I B. saturé : à partir d un certain courant I B, appelé courant de saturation I Bsat, le courant I C atteint une valeur maximale, le transistor est dit «saturé»

24 I C Fonctionnement non linéaire Fonctionnement linéaire I B Bloqué I Bsat Le transistor peut être utilisé dans les trois montages fondamentaux (émetteur commun, collecteur commun, base commune) et par conséquent, les courbes caractéristiques seront fonction du montage particulier examiné. Le transistor possède quatre grandeurs électriques. Cela apparaît à la figure 3. Ve Ie Circuit d'entrée Transistor Fig.3 Is Circuit de sortie Vs Ces quatre grandeurs électriques sont les deux tensions Ve et Vs, et les deux courants Ie et Is. La tension Ve, appliquée entre l électrode de commande et l électrode commune et le courant Ie parcourant l électrode de commande définissent le circuit d entrée du transistor. De la même façon, la tension Vs, appliquée entre l électrode de sortie et l électrode commune, et le courant Is circulant dans l électrode de sortie définissent le circuit de sortie du transistor. Une courbe caractéristique représente la relation entre deux grandeurs électriques. Dans le cas présent, il y a quatre grandeurs électriques. Il est donc possible de tracer six courbes caractéristiques (Ve-Ie, Vs-Is, Ve- Is, Vs-Ie, Ve-Vs, Ie-Is). Les quatre grandeurs électriques sont toutes dépendantes l une de l autre. Par conséquent, pour un couple de grandeurs donné, il existe plusieurs caractéristiques que l on appelle un réseau de caractéristiques. A titre d exemple soit le couple Vs-Is. Dans un transistor le courant Is est fonction du courant Ie (Is est également fonction de la tension Ve puisque celle-ci détermine Ie). Par conséquent, il est possible de tracer une courbe caractéristique pour chaque valeur du courant Ie. Ie est le paramètre relatif au réseau de caractéristiques Vs-Is. II. Relevé des courbes caractéristiques relatives au montage émetteur commun d un transistor NPN au silicium Réaliser le montage d installation expérimental d après le schéma électrique, représenté sur la figure 4, en tenant compte des explications données ci dessous. Schéma La source de tension E1 polarise en directe la jonction base-émetteur. Le potentiomètre P permet de faire varier la tension V BE entre la base et l émetteur. Cette tension V BE est mesurée avec le multimètre M 2, tandis que le courant de base I B est mesuré avec le multimètre M

25 La résistance R B est destinée pour limiter le courant base. La source de tension E2 réglable de 0 à 15 V polarise en inverse la jonction collecteur- base. La tension entre le collecteur et l émetteur V CE est mesurée avec le multimètre M 4 et le courant du collecteur avec le multimètre M 3. La résistance R C est destinée pour limiter le courant collecteur. Montage La figure 5 montre un exemple de la disposition des composants sur la plaque perforée. Ici : M1 et M3 multimètres analogiques ; M2 - multimètre numérique GDM 352A et M4- multimètre numérique GDM 356. M 3 A R C 100 E1 5 V P M 1 A 220 R B 10 k M 2 B V C E M 4 V E V Fig.4 Caractéristique d entrée : I B = f(v BE ) (couple Ve-Ie, où Ie = I B et Ve = V BE, paramètre Vs = V CE ) CE.1. Régler la source de tension E2 pour obtenir la tension V CE = 1 V. CE.2. En déplaçant le potentiomètre P (pour obtenir les différentes valeurs de I B ) mesurer la tension V BE pour chaque valeur du courant I B en jouant très progressivement sur l alimentation E2 pour maintenir la tension V CE = 1 V. Les résultats de mesures doivent être reportés dans le tableau 1. CE.3. Changer la valeur du paramètre V CE = 5 V et recommencer la même série de mesures pour une seconde caractéristique et ainsi de suite pour remplir le tableau 1. CE.4. Tracer le réseau des caractéristiques d entrée : V BE = f(i B ). Porter la tension V BE sur l axe horizontal du repère cartésien, tandis que le courant I B sur l axe vertical. CE.5. Constater l influence de la tension V CE sur la tension V BE ainsi que sur le courant I B

26 5 V V 0 M3 M1 R B BC 140 R C P M2 M4 Fig.5 Tableau 1 I B ( A) V CE = 1 V V BE (V) V CE = 5 V V BE (V) V CE = 10 V V BE (V) Caractéristique de sortie : I C = f(v CE ) (couple Vs-Is, où Is = I C et V S = V CE, paramètre Ie= I B ) CS.1. Positionner le potentiomètre P pour obtenir le courant de base I B = 10 A. CS.2. Faire varier V CE en mettant des valeurs de la source de tension E2 comprises entre 15 V et 0 V. Remarque : entre 1 et 0 volts jouer très progressivement sur l alimentation E2 en ajustant le potentiomètre P pour maintenir le courant de base I B = 10 A. CS.3. Pour chaque valeur de V CE mesurer la valeur du courant I C correspondant. reporter les résultats de mesures sur le tableau

27 CS.4. Changer la valeur du paramètre I B = 20 A et recommencer la même série de mesures pour une seconde caractéristique et ainsi de suite pour remplir le tableau 2. CS.5. Tracer le réseau des caractéristiques de sortie : I C = f(v CE ). Porter la tension V CE sur l axe horizontal du repère cartésien, tandis que le courant I C sur l axe vertical. E2 (V) V CE (V) I C (ma) V CE (V) I C (ma) V CE (V) I C (ma) V CE (V) I C (ma) CS.6. Faire l analyse du réseau des caractéristiques obtenu lorsque V CE est nulle, puis lorsque la tension V CE varie légèrement et quand la tension V CE atteint un certain seuil. Tableau I B = 10 A I B = 20 A I B =. A I B = 100 A Caractéristiques de transfert en courant : I C = f(i B ) (couple Is-Ie, où Is = I C et Ie =I B, paramètre Vs = V CE ) CTC.1. Régler la source de tension E2 pour obtenir la tension V CE = 1 V. CTC.2. En déplaçant le potentiomètre P (pour obtenir différentes valeurs de I B ) mesurer le courant I C pour chaque valeur du courant I B en jouant très progressivement sur l alimentation E2 pour maintenir la tension V CE = 1 V. Reporter les résultats de mesures sur le tableau 3. CTC.3. Changer la valeur du paramètre V CE = 5 V et recommencer la même série de mesures pour une seconde caractéristique et ainsi de suite pour remplir le tableau

28 CTC.4. Tracer le réseau des caractéristiques de transfert en courant : I C = f(i B ). Porter le courant I B sur l axe horizontal du repère cartésien et le courant I C sur l axe vertical. CTC.5. Faire l analyse du réseau des caractéristiques I C = f(i B ). CTC.6. Calculer la valeur de et la comparer à l indication donnée par le constructeur : 50 < < 200. Tableau 3 I B ( A) V CE = 1 V I C (ma) V CE = 5 V I C (ma) V CE = 10 V I C (ma) Caractéristiques de transfert en tension : V BE = f(v CE ) (couple Vs-Ve, où Vs = V CE et Ve =V BE, paramètre Ie = I B ) CTT.1. Positionner le potentiomètre P pour obtenir le courant de base I B = 10 A. CTT.2. Faire varier V CE en mettant des valeurs de la source de tension E2 comprises entre 15 V et 1 V. CTT.3. Pour chaque valeur de V CE mesurer la valeur de tension V BE correspondante. Reporter les résultats de mesures sur le tableau 4. CTT.4. Changer la valeur du paramètre I B = 20 A et recommencer la même série de mesures pour une seconde caractéristique et ainsi de suite pour remplir le tableau 4. Tableau 4 E2 (V) I B = 10 A V CE (V) V BE (V) I B = 20 A V CE (V) V BE (V) I B = A V CE (V) V BE

29 (V) I B = 100 A V CE (V) V BE (V) CTT.5. Tracer le réseau des caractéristiques de transfert en tension : V BE = f(v CE ). Porter la tension V CE sur l axe horizontal du repère cartésien et la tension V BE sur l axe vertical. CTT.6. Faire l analyse du réseau des caractéristiques V BE = f(v CE ). Diagramme des caractéristiques du transistor NPN monté en émetteur commun. Tracer les réseaux caractéristiques obtenus en CE, CS, CTC et CTT dans les coordonnées représentées sur la figure 6. I C (ma) 10 TRANSFERT EN COURANT I C = f(i B ) à V CE constante SORTIE 5 I C = f(v CE ) à I B constante I B ( A) ,5 15 V CE (V) ENTREE I B = f(v BE ) à V CE constante 0,5 1 TRANSFERT EN TENSION V BE = f(v CE ) à I B constante V BE (V) Fig.6 III. Exploitation des caractéristiques du transistor bipolaire. Q.1. Pour E2 = 10 V, trouver la relation liant V CE, R C, I C et E2 (loi des mailles). Montrer que cette équation s écrit : I C = kv CE b et donner les valeurs numériques de k et b. Q.2. L équation I C = kv CE b représente une droite qui s appelle la droite de charge statique du transistor. Tracer cette droite sur le réseau obtenu en 2.3e. Q.3. Déterminer alors le point de fonctionnement (I C ; V CE ) du transistor pour I B = 100 A

30 Q.4. Pour V BE = 0 V, le transistor est dit «bloqué». Pourquoi? Q.5. Pour 0 < I B < I Bsat, le transistor fonctionne en régime linéaire. Par quoi cela se traduit-il? Q.6. Pour I B > I Bsat, le transistor est dit «saturé», donner une explication et donner la valeur obtenue par V CE au maximum dans cet état de fonctionnement

31 TP N 05 POLARISATION D UN TRANSISTOR BIPOLAIRE But Le but de ce TP est l étude des montages de polarisation pour le transistor bipolaire : On commence par mesurer le du transistor utilisé, ainsi que la valeur minimale de saturation du courant de base I Bsat. On poursuit avec l étude des montages de polarisation du transistor BC 140 (NPN). On fini avec des calculs de puissances à l entrée et à la sortie du transistor. Matériel Plaque perforée DIN A Résistance 100 2W Résistance 1 k 5% 1.4W Résistance 10 k 1% 0.5W Potentiomètre W Potentiomètre 47 k 1,5 W Transistor BC Cavalier Alimentation CC 0 15 V Multimètre analogique Multimètre numérique GDM 352A 1 Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu Câble d expérience court 20 cm, noir 1 I. Polarisation du transistor (à préparer avant TP) 1.1 Point de repos Polariser le transistor, c est l amener grâce aux alimentations et résistances extérieures dans un état électrique donné. C est état se traduit graphiquement par un point appelé point de repos (en réalité quatre points correspondant aux quatre types de caractéristiques). Le point de repos Q O se situe obligatoirement sur une caractéristique du transistor car celles-ci représentent l ensemble des états possibles du transistor. Ses coordonnées sont affectées de l indice zéro : I BO, I CO, U BEO et U CEO

32 1.2 Droite de commande On appelle ainsi la droite de charge de l entrée du transistor, elle est tracée dans le repère (I B, U BE ). I R I B B B B E B / R B I BO E B E U BEO E Fig.1 U BE Son équation est EB RB IB UBE (fig.1) Soit IB 1 E U B BE RB RB Elle coupe les axes aux points de coordonnées : (I B = 0, U BE = E B ) et en (U BE = 0, I B = E B / R B ). Son intersection avec la caractéristique d entrée fournit le point de repos de l entrée de coordonnées I BO et U BEO (fig.1) (on suppose que toutes les caractéristiques d entrée sont confondues). 1.3 Droite de charge Elle concerne la sortie du transistor, elle est donc tracée dans le repère (I C, U CE ). I C E / R C I C C E I CO Q 0 I B = I BO E U CEO E U CE Fig.2 Elle a pour équation E = I C R C U CE (fig.2)

33 Soit IC 1 E UCE R C R (1) C Elle coupe les axes en (I C = 0, U CE = E) et en (U CE = 0, I C = E / R C ). Le point de repos Q 0 du transistor se situe à l intersection de la caractéristique tracée pour la valeur particulière I BO de I B et de la droite de charge statique (1). On en déduit ses coordonnées (U CEO, I CO ) (fig.2). On trouve également I CO en utilisant la caractéristique de transfert en courant. Pour rester le plus possible dans le domaine linéaire, on cherchera parfois à placer le point de repos au milieu de la droite de charge statique. 1.4 Puissance consommée Le transistor consomme une puissance égale à U CB I C, entre bornes B et C, et une puissance égale à U BE I E entre bornes B et E (fig.3). Toute cette puissance électrique est transformée en chaleur par effet Joule. I C B I C C I E E P = P MAX U CE Fig.3 Puissance consommée par le transistor (En hachuré : la zone interdite au point de repos). La puissance totale consommée est : P = U CB I C U BE I E Souvent I E est voisinage de I C, donc P (U CB U BE )I C = U CE I C Si l on note P MAX la valeur maximale de la puissance admissible par le transistor, la relation I C = P MAX / U CE se représente par une hyperbole dans le réseau de sortie (fig.3). Le point de repos du transistor doit obligatoirement se situer en deçà de cette hyperbole. 1.5 Polarisation du transistor pour l amplificateur classe A. La classe A : le transistor fonction toujours dans le domaine linéaire ; au repos le point de polarisation a comme coordonnées (I CO, U CEO, I BO, U BEO )

34 a) Polarisation par résistance de base La résistance de base R B placée entre V CC et la base fixe le courant : V CC IB O VCC UBE RB O (2) R B I BO R C I CO R C permet de limiter le lieu des points (I C, U CE ) à une droite de charge. U BEO I EO U CEO L inconvénient de cette méthode de polarisation est qu elle n empêche pas l emballement thermique du transistor : si la température augmente, le coefficient d amplification de courant (gain ) augmente qui à son tour produit une augmentation de I CO = I BO,, et cela jusqu à la destruction du transistor. Fig.4 b) Polarisation par réaction de collecteur Le mot «réaction» signifie qu une grandeur de sortie (I C ) fait varier une grandeur d entrée (I B ). L élément de réaction (commun à l entrée et à la sortie) est ici la résistance de collecteur R C. Dans le montage de la figure 5 : V CC = R C (I CO I BO ) R B I BO U BEO. Mais I B est négligeable devant I C en fonctionnement normal et I CO = I BO alors V CC = R C I BO R B I BO U BEO, d où on a: R B U BEO I BO V CC R C I CO I EO U CEO VCC UBE ( V ) O CC UBE O IB, I O CO IBO RC RB RC RB (3) Fig.5 On montre que I CO dépend beaucoup moins de que dans le cas précédent. En particulier si R B est négligeable devant R C, le courant I CO est indépendante de et vaut : VCC UBE I O CO (4) RC c) Polarisation par pont de base et résistance d émetteur C est le montage le plus fréquent. Pour rendre indépendant le courant collecteur I C des variations du gain, on utilise un diviseur de tension nommé «pont de base». Le pont diviseur maintient constant U BM (fig.6a) à condition que les variations du courant base I B puissent être négligeable devant le courant I 1 qui circule dans les résistances du pont de base (I 1 = entre 5 et 10 fois I BO ). En remplaçant R 1 et R 2 par le générateur de Thévenin équivalent (fig.6b), on tire : R2 R1R E ; 2 Th VCC RTh R1 R2 R1 R2 Soit : U BM = E Th - R Th I BO et si I BO << I 1 alors U BM = E Th

35 La stabilisation en température est assurée par une résistance R E placée en série avec l émetteur : si la température augmente, I CO augmente, I EO augmente, la tension sur l émetteur R E I EO augmente, la tension U BEO diminue en entraînant une diminution de I BO qui rétablit la valeur initiale de I CO. V CC V CC R 1 R C R C I BO I CO I CO R Th I BO I 1 B U CEO I EO E Th I EO R 2 R E R E M a) b) Fig.6 II. Etude expérimentale 2.1 Détermination de et I Bsat du transistor Le transistor utilisé BS 140 est un NPN dont le constructeur indique : 100 < < 200. On aimerait avoir une meilleure précision sur ce chiffre, ainsi que la valeur du courant de base I B qui définit la limite entre la zone linéaire et la zone de saturation. DB.1. Réaliser le montage d après le schéma électrique représenté sur la figure 7. R C 100 M 2 A E1 5 V P 220 R B 1 k M 1 A B C E M 3 V E V Fig

36 La figure 8 montre un exemple de disposition des composants sur la plaque perforée. E1 5 V - E V - 0 R C P R B M1 A BC 140 M2 M3 A V Fig.8 DB.2. Faire vérifier le montage (par l enseignant). DB.3. Régler la source de tension E2 pour obtenir à la sortie une tension de 10 V. DB.4. En déplaçant le potentiomètre P (pour obtenir différentes valeurs de I B ) mesurer le courant I C correspondant pour chaque valeur de I B ainsi que U CE. Reporter les résultats de mesures sur le tableau 1. Tableau 1 I B (ma) M1 I C (ma) M2 U CE (V) M3 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5-36 -

37 DB.5. Tracer le graphe I C = f(i B ) et en déduire la valeur de. En déduire également la valeur de I Bsat, valeur limite de I B pour entrer dans le domaine de saturation. DB.6. Pour I B > I Bsat, mesurer la valeur de V CE. 2.2 Etude de la polarisation par résistance de base PRB.1. Réaliser le montage (fig.9) en modifiant le montage précédent d après le schéma électrique représenté sur la figure 4. Ici la résistance de base R B est composée par une résistance de 10 k branchée en série avec une résistance réglable P1de 47 k. Faire vérifier le montage (par l enseignant). PRB.2. Tracer l allure de la droite de charge en utilisant l équation (1). PRB.3. Calculer la valeur de la résistance de base R B pour obtenir I BO = 0,4 ma. Utiliser l équation (2) en supposant que U BEO = 0,7 V. Vérifier que I BO < I Bsat. PRB.4. Calculer alors la valeur de I CO et celle de V CEO, c est-à-dire déterminer le point Q 0. PRB.5. Placer ce point sur la droite de charge précédemment tracée. Le point de repos Q 0 est-il au milieu de la droite de charge? E1 5 V - E V - 0 P1 47 k R C P R B M1 A BC 140 M2 M3 A V Fig

38 PRB.6. Ajuster la source de tension E2 pour obtenir à la sortie V CC = 10 V. PRB.7. A l aide du potentiomètre P1 régler le courant de base I BO = 0,4 ma. PRB.8. Mesurer ensuit les valeurs de I CO et U CEO. Placer ce point de repos expérimental Q ' 0 sur la droite de charge précédemment tracée en 2.2e. PRB.9. Laisser le montage fonctionner un moment 10 minutes et reprendre les mesures de I BO, I CO, et U CEO. Que peut-on constater? PRB.10. Explique ce phénomène en considérant que augmente avec la température. PRB.11. Eteindre la source de tension et mesurer la résistance de base R B. Que peuton constater? 2.3 Etude de la polarisation par réaction de collecteur PRC.1. Faire petite modification du montage précédent (fig.9) d après le schéma de la figure 5 (déplacer en bas sur une case la résistance de 47 k et un cavalier). Faire vérifier le montage (par l enseignant). PRC.2. Brancher la source de tension et l ajuster pour obtenir la tension V CC = 10 V. PRC.3. A l aide du potentiomètre P1 régler le courant de base I BO = 0,4 ma. PRC.4. Mesurer ensuit les valeurs de I CO et U CEO. Placer ce point de repos expérimental Q '' 0 sur la droite de charge précédemment tracée en 2.2e. PRC.5. Laisser le montage fonctionner un moment 10 minutes et reprendre les mesures de I BO, I CO, et U CEO. Que peut-on constater? PRC.6. Eteindre la source de tension et calculer le courant I CO d après la formule (3) puis d après (4). Que peut-on constater? 2.4 Etude de la polarisation par résistance de base et d émetteur PBE.1. Suivant le schéma électrique représenté sur la figure 6a modifier le montage précédent comme c est indiqué sur la figure 10. Ici : R 1 = R 2 = 10 k et R C = R E = 100. Faire vérifier le montage (par l enseignant). PBE.2. Pour le schéma de la figure 6b calculer les valeurs de E Th et R Th en prenant V CC = 10 V. PBE.3. Donner l équation de la droite d attaque, c est-à-dire l équation liant U BE, V CC, R C, R E et I C, sachant que I E I C

39 E1 5 V - E V - 0 P1 R C P 47 k R 1 R 2 M1 A BC 140 M2 M3 A V R E Fig.10 PBE.4. En prenant l équation de la droite d attaque, montrer que : ETh U I BEO BO RTh RE et ETh U I BEO CO RTh RE (5) PBE.5. Montre que si R E est grand devant R Th, la valeur de I CO ne dépend plus de et vaut E I Th CO (6) R E PBE.6. Déterminer le point de repos Q O en calculant préalablement I BO et I CO en utilisant les équations (5) puis (6), sachant que U BEO = 0,7 V. PBE.7. Tracer la droite de charge I C = f(u CE ). PBE.8. Placer le point Q O sur la droite de charge précédemment tracée en 2.4h

40 Q.1. Le point de repos Q O est-il au milieu de la droite de charge? Q.2. Si augment, le point de repos Q O se déplace-t-il? Q.3. Quel est intérêt de ce montage par rapport au précédent? PBE.9. Brancher la source de tension et l ajuster pour obtenir la tension V CC = 10 V. PBE.10. Mesurer les valeur de I BO, I CO et U CEO. PBE.11. Retrouver la valeur de. PBE.12. Placer le point de repos expérimental Q ' 0 précédemment tracée en 2.4h. sur la droite de charge PBE.13. Laisser le montage fonctionner un moment 10 minutes et reprendre les mesures de I BO, I CO, et U CEO. Que peut-on constater? PBE.14. Pour les valeurs mesurées précédemment calculer : La puissance utile : P UCEO ICO La puissance de commande : P ' UBEO IBO Comparer les deux valeurs. Commentaires? III. Exploitation des polarisations du transistor bipolaire Le point de fonctionnement d un transistor bipolaire est dépendant de la dispersion de son paramètre technologique et de la température de la jonction émetteur-base. La nature du circuit de polarisation permettant de «fixer» ce point de fonctionnement est, de ce fait, de la plus grande importance. Dans ce problème considérer deux circuit élémentaires que l on peut utiliser avec ce composant actif. Il s agit des circuits de «polarisation par la résistance de base (fig.4)» et de «polarisation par la résistance de base et d émetteur (fig.6)». Considérer le transistor utilisé dans ce TP donc le gain est connu ainsi que U BEO == 0,7 V et on impose un courant I CO = 50 ma et V CC = 10 V. 3.1 Circuit de polarisation par la résistance de base (fig.4 et le montage de la figure 8) Q1.1. Déterminer les valeurs de R C et R B afin que le point de fonctionnement soit situé au milieu de la droite de charge statique. I Q1.2. Calculer la dispersion relative C du courant collecteur pour une variation de I CO température de jonction T = 20 C. On admettra que :

41 1 1% / C T 3.2 Circuit de polarisation par résistance de base et d émetteur (fig.6 et le montage de la figure 10) Le circuit de la figure 6 est à polarisation mixte réalisée à l aide d un pont de base (R 1 et R 2 ) et d une résistance sur l émetteur R E. Q2.1 Quelles doivent être les valeurs de R C, R E, R 1 et R 2 pour que le point de fonctionnement Q 0 soit situé au milieu de la droite de charge statique et le courant collecteur soit encore de I CO = 50 ma? Q2.2. Déterminer la valeur de la dispersion température de T = 20 C. I C I CO pour la même variation de Directives pour la solution : 1. Polarisation pour que le point Q O soit situé au milieu de la droite de charge et pour lequel on souhaite obtenir un courant I CO précis 1.a - Règle du dixième : choisir une tension d émetteur U EM approximativement égale au dixième de la tension d alimentation V CC, soit : U EM = 0,1 V CC 1.b - Choisir un point Q O environ au milieu de la droite de charge statique, soit : U CE = 0,5 V CC 1.c - Par addition des tensions sur la maille collecteur, il s ensuit qu une tension d environ 0,4V CC apparaît aux bornes de la résistance collecteur, d où : R C = 4R E 1.d - L indépendance de I C par rapport à entraîne la règle du choisira le plus petit auquel on risque d être confronté : R E R Th = 100 1, d où l on R Th = 0,01 R E 1.e - En sachant que R Th < R 2 soit R Th R 2 on calcule R 1 selon la règle de proportionnalité du diviseur de tension (voire la figure 6a et 6b) :

42 2. Dispersion ΔI C I CO VCC E R Th 1 R E 2 Th 2.a - Polarisation par résistance de base L expression permettant le calcul de la variation relative du courant collecteur sera obtenue à l aide de l équation suivante (voire l expression 2) : VCC V I I BEO CO BO R B En admettant que les termes V CC et R B ne dépendent pas de la température, la différentielle de l expression précédente donnant le courant collecteur s écrit : En passant aux accroissements, il vient : dic VCC U BEO d R B I C I CO 2b.- Polarisation par résistance de base et d émetteur Pour évaluer l influence de la température sur I CO, on exprime ce courant en fonction de I BO à l aide de l équation (3) : ICO IBO ( VCC UBE O ) RC RB On trouve la différentielle de courant I CO en fonction de : dic ETh U R BEO ( Th ) d R 2 2 ( Th R E ) Ce qui donne, en passant aux accroissements : IC R Th ICO RTh RE IV. Conclusion Faire la conclusion en quelques lignes

43 Buts TP N 06 AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL : CARACTERISTIQUES EN COURANT CONTINU 1. Déterminer la réponse en tension avec contre-réaction. 2. Déterminer le facteur d amplification et le courant de sortie maximum d un circuit à inverseur et analyser le courant dans la branche de contre-réaction. 3. Déterminer le facteur d amplification d un circuit de sommation. 4. A partir du rapport de l amplification du signal différentiel à l amplification à double action, déterminer le rapport d atténuation à double action de l amplificateur différentiel. Matériel Plaque perforée DIN A Résistance 100 2W Potentiomètre 1 k 1 W Potentiomètre 47 k 1.5 W Résistance 4.7 k 5% 1.4W Résistance 10 k (soit 15 k ) 1% 0.5W Amplificateur opérationnel Cavalier Alimentation CC 0 15 V Multimètre analogique Multimètre numérique GDM 352A 2 Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu I. Caractéristiques d un amplificateur opérationnel en courant continu (préparer avant TP) Un amplificateur opérationnel (AO) comporte (fig.1): 2 entrées l'une inverseuse (-) l'autre non inverseuse () 1 seule sortie, où le signal U S est mesuré par rapport à un point commun

44 Une source d alimentation externe à courant continu 15 V par rapport au point commun. L AO est un amplificateur différentiel à grande gain en boucle ouverte A ol (ol : open loop), c est-à-dire en absence de contre-réaction. V CC I I - - U U - - V CC - Source à CC U S Point commun Fig.1 L AO idéal (parfait) remplit les conditions suivantes : Un gain différentiel infini en boucle ouverte : U S Aol, où U -U La tension de sortie est nulle en absence de signal d entrée. Les courants sur chaque entrée sont nuls : I = I - = 0. L impédance d entrée différentiel est infini : Z e =. Une impédance de sortie nulle : Z s = 0. L AO idéal est équivalent à la sortie à une source de tension U S de résistance nulle. L AO est caractérisé par sa réponse en tension (tension de sortie en fonction de la tension différentielle d entrée). La caractéristique U S = f( ) comporte 3 zones : U U > U - U S = V CC - zone de saturation positive S U = U - = 0 - régime linéaire V CC U = U - U S = - V CC - zone de saturation négative -V CC L AO réel diffère sensiblement de l AO idéal. Le gain en boucle ouverte n est pas infini, mais de l ordre de 10 4 à L impédance d entrée n est pas non plus infinie, d où des courants I et I - non nuls. L impédance de sortie n est plus nulle, et le courant de charge sera donc limité