TD 11. Les trois montages fondamentaux E.C, B.C, C.C ; comparaisons et propriétés. Association d étages. *** :exercice traité en classe.

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1 TD 11 Les trois montages fondamentaux.,.,. ; comparaisons et propriétés. Association d étages. *** :exercice traité en classe ***exercice 11.1 On considère le montage ci-dessous : V = 10 V R 1 R s v e e R 2 R v s R L R = 500 Ω, R = R L = 4,5 kω, = 50 Ω, R 1 // R 2 = 4,5 kω, R 2 / R 1 = 0,14. R L =.Les paramètres du transistor sont : r = 2,5 kω, β = 100, ρ = 40 kω. 1. De quel montage s agit-il? Donner l expression de la droite de charge statique et la tracer. Trouver la valeur du point de fonctionnement. 2. On s intéresse au comportement de ce montage dans le domaine des fréquences moyennes. Que deviennent les condensateurs? 3. Donner le schéma équivalent au montage dans le domaine des petits signaux. n déduire l expression de la droite de charge dynamique et la tracer. Donner l excursion maximale de la tension de sortie du montage (le transistor fonctionnant en régime linéaire). 4. alculer les gains en tension et en courant ainsi que les impédances d entrée et de sortie. 5. alculer lain composite v s eg de ce montage. exercice 11.2 On se propose d étudier le montage élémentaire précédant utilisant un transistor bipolaire npn, et deux alimentations symétriques +10V et -10V. Les caractéristiques statiques du transistor sont fournies par les figures suivantes: onservatoire National des Arts et Metiers 1

2 Rg = 1 kω 1 Rb 10V i g 2 R L = 10 kω Re = 10 kω V L V e i L -10V Générateur Amplificateur harge Re = R L = 10 kω ; Rg = 1 kω. Figure 3 : gain statique en courant h F = β en fonction du courant I Figure 13: courant I en fonction de la tension V. onservatoire National des Arts et Metiers 2

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4 A tudénérale et polarisation. 1. Quel est le type de montage utilisé pour réaliser cet amplificateur? (..;.;..) 2. Quelles sont les propriétés d un tel étage? (sans faire de calculs!) 3. Quel sont les rôles des condensateurs 1 et 2? 4. Dessiner le schéma valable pour la polarisation. 5. Donner l'équation de la droite de charge statique et tracer cette droite 6. On désire que le point de repos soit I R = 1,5 ma et V R. = 5V. (indice R pour repos). n déduire la valeur de la résistance Rb nécessaire pour obtenir ce point de repos. Détermination du paramètre h11 du transistor. 1. Donner la valeur du paramètre h 11e que l'on déduira des deux graphes du constructeur. 2. omparer cette valeur à la relation du cours tude en petits signaux. βv T h 11 =. I Pour cette étude on supposera que les condensateurs présentent une impédance nulle à la fréquence de travail. On donne les caractéristiques dynamiques du transistor : h 11e = 3kΩ ; h 12e = 0 ; h 21e = 180 ; h 22e = Dessiner le schéma équivalent du montage valable pour les petits signaux. 2. Donner les expressions littérales puis numériques de l impédance d entrée, des gains Av= v L /v e ; Avc = v L / ; Ai = i L /i g ; et de l impédance de sortie de l amplificateur. Re = R L = 10 kω ; Rg = 1 kω; Rb = 510 kω; exercice 11.3 On considère le montage ci-dessous constitué d'un transistor bipolaire npn, d'un générateur d'entrée (, ) en petits signaux et d'une résistance de charge R L en sortie. onservatoire National des Arts et Metiers 4

5 V = 10 V R 1 R s e R 2 v e vs R 1 RL R 2 Les éléments du circuit ont pour valeur : R 1 = 180 Ω, R 2 = 820 Ω, R = 3,6 kω, = 600 Ω, R 1 = 10 kω, R 2 = 2,2 kω; R L = 10 kω. Les paramètres statiques du transistor sont : V on = 0,7 V ; β = 200. Les paramètres dynamiques du transistor sont : h 11 = r = 5 kω, h 21 = β = 200, 1/h 22 = ρ = 100 kω. 1. De quel montage élémentaire s agit-il? 1. Dessiner le schéma équivalent du montage dans le domaine des petits signaux aux fréquences moyennes. 2. alculer les gains en tension et en courant ainsi que les impédances d entrée et de sortie. 3. alculer lain composite v s eg de ce montage. onservatoire National des Arts et Metiers 5

6 Réponses est un montage émetteur commun. quation de la droite de charge statique : I V = R V + R. Point de fonctionnement : V = 5 V, I = 1 ma. 2. Les condensateurs se comportent comme des court-circuits. 3. quation de la droite de charge dynamique : i à crête. c vce =. xcursion maximale : 9,5 V crête R i i b i c i L ve R h 11e h 21e.i b ρ v s R On cherche ici le courant dans la résistance Rc qui représente la charge. 4. A i il β. ρ R = =. i ρ + R R + h 11e = -58. =.( ρ//r ) Z s = R // ρ = 500 Ω. (on cherche vis-à-vis de la sortie) 5. A A = vc v 11e β A v = Ze = h 11 e / / R = 1,6 kω. (h ) Réponses 11.2 Partie A 1. Montage.. 2. Gain en tension voisin de 1; gain en courant élevé; impédance d'entrée élevée; impédance de sortie faible. 'est un adaptateur d'impédance. 3. loquer la composante continue vis à vis du générateur d'attaque et de la charge. 4. On obtient le schéma suivant: onservatoire National des Arts et Metiers 6

7 I Rb I 10V Vce Re = 10 kω -10V 5. Ic = (20- V )/ R soit la droite: I 2 ma 1,5 ma Q V 0 V 5 V 20 V 6. On a l'équation 20 = R I +V +R I On lit sur la courbe 13 que pour I = 1,5mA on obtient V 0,65 V. et β =175 (figure 3) soit R 0,51 MΩ. Partie 1. Il faut étudier les petites variations sur la courbe 13. On prendra le point Ic = 1 ma et le point Ic = 2 ma. h 11e = V / I. On trouve h 11e = mV/1mA = 3,5 kω. 2. Le calcul donne 175.0,025V/1,5mA = 2,9 k Ω. La différence est faible compte tenu de la dispersion des caractéristiques des composants. Partie 1. le schéma équivalent en petits signaux est le suivant: onservatoire National des Arts et Metiers 7

8 i g ib h 11e i L ve R h 21e.i b v s RL R 2.a Z e = R //(h 11 +β R //R L ) = 510k//900k = 320 kω. L'impédance d'entrée est bien très élevée. 2.b A vc = +β R //R L /(h 11 +β R //R L ). n effet Rg est négligeable devant Ze. omme h 11 << +β R //R L alors Avc 1. Lain est voisin de 1. 2.c A i = i L /i g = v L /R L. Z e / = A vc.z e /R L = 32. Lain en courant est élevé. 2.d On retire R L et on court-circuite voir la figure ci-dessous. Attention i b n'est pas nul! Y S = 1/R + β/(h 11 +(R //R G )) soit Z s = 22Ω. La résistance de sortie est bien très faible. i b h 11e i S R h 21e.i b v s R Réponses Montage.. (avec contre réaction d'émetteur) 2. Rg h 11 i βi R L V e R 1 //R 2 V L eg R 1 R 3. A v -(R //R L )/R 1 = -13; Z = R1 // R2 //( h11 + βr1) 1,7 kω A i = R R + R 1 2 β = -2,2 ; Z S = R = 3,6 kω. L R // R R // R + h + βr A V = A v Z /(Z + ) -10 onservatoire National des Arts et Metiers 8