CIRCUITS A SEMICONDUCTEURS DANS L INDUSTRIE TOME II AMPLIFICATEURS ET OSCILLATERURS A.VATASESCO H. SINNREICH ST. GAVAT R.STERE R. PIRINGER TABLE DES MATIERES Symboles littéraux 13 CHAPITRE 1 Transistors bipolaires 1.1 Le transistor considère comme un quadripôle 19 1.2 Paramètres à signal de forte amplitude 20 1.2.1 Effet de transistor 20 1.2.2 Les gains en courant alpha et bêta 21 1.2.3 Courant résiduel 22 1.2.4 Equations de fonctionnement 24 1.3 Régimes de fonctionnement 25 1.3.1 Régime bloqué normal et inverse 25 1.3.2 Régime actif normal 27 1.3.3 Régime saturé normal et inverse 31 1.4 Limites de fonctionnement (limites absolues) 33 1.4.1 Température maximale de la jonction 34 1.4.2 Courant de collecteur maximal 34 1.4.3 Puissance dissipée maximale 35 1.4.4 Tensions maximales admissibles 36 1.4.5 Tension de pénétration 40 1.4.6 Claquage secondaire 40 1.5 Circuits de polarisation 42 1.5.1 Choix du point de fonctionnement 42 1.5.2 Conditions imposées au circuit de polarisation 43 1.5.3 Paramètres statiques sensibles à la température 43 1.5.4 Calcul simplifié des circuits de polarisation 45 1.5.5 Calcul détaillé des circuits de polarisation 47 1.5.6 Exemple de calcul 49 1.5.7 Polarisation des étages à la liaison directe 50 1.6 Sensibilité du point de fonctionnement 54 1.6.1 Définition des facteurs de sensibilité 54 1.6.2 Calcul des facteurs de sensibilité 54
1.6.2 Calcul des facteurs de sensibilité 54 1.7 Compensation thermique 56 1.7.1 Insensibilisation par compensation thermique 56 1.7.2 Compensation par résistances 57 1.7.3 Compensation par diodes 57 1.8 Emballement thermique 58 1.8.1 Effet de l'échauffement cumulatif sur le point de fonctionnement 58 1.8.2 Une condition particulière de stabilité il l'emballement thermique 59 1.8.3 Condition générale de stabilité il J'emballement thermique 60 1.8.4 Calcul des températures d'amorçage et d'arrêt de l'emballement 61 1.8.5 Exemple de calcul 62 1.9 Paramètres de faible signal 63 1.9.1 Transistors de faible signal 63 1.9.2 Circuit équivalent à paramètres h 63 1.9.3 Circuit équivalent naturel 66 1.9.4 Circuit équivalent à paramètres y 68 1.10 Fréquences caractéristiques 72 1.10.1 Fréquence de coupure, x 72 1.10.2 Fréquence de coupure, B 73 1.10.3 Produit gain-largeur de bande T 74 1.10.4 Fréquence maximale d'oscillation. max 75 BIBLIOGRAPHIE 75 CHAPITRE 2 Transistors unipolaires 2.1 Transistors à effet de champ (TEC ou FET) 77 2.2 Paramètres à signal de forte amplitude 77 2.2.1 Effect du champ électrique 77 2.2.2 Variantes de TEC, symboles et indices 79 2.2.3 Equations de fonctionnement 81 2.3 Régimes de fonctionnement 83 2.3.1 Régime saturé 83 2.3.2 Régime en triode 85 2.4 Limitations dans le fonctionnement 87 2.4.1 Limitations dans le fonctionnement du TECJ. 87 2.4.2 Limitations dans le fonctionnement du TECMOS 87 2.5 Polarisation des transistors il effet de champ 88 2.5.1 Choix du point de fonctionnement 88 2.5.2 Choix du circuit de polarisation 88 2.6 Sensibilité du point de fonctionnement 91 2.6.1 Paramètres sensibles à la température 91 2.6.2 Calcul de l'insensibilisation du TECJ 92 2.6.3 Calcul de l'insensibilisation du TECMOS 92 2.7 Caractéristiques dynamiques 93 2.7.1 Paramètres à faible signal 93 BIBLIOGRAPHIE 94 CHAPITRE 3 Bruit des amplificateurs a transistors 3.1 Quadripôles à bruit 97 3.2 Bruit des transistors bipolaires 99 3.3 Bruit des transistors' à effet de champ 101 3.4 Bruit des amplificateurs à contre-réaction 103
BlBLIOGRAPHIE 105 CHAPITRE 4 Amplificateurs pour faibles signaux 4.1. Circuits de liaison et caractéristiques de fréquence 106 4.1.1 Découplage de l'émetteur 107 4.1.2 Etages à liaison RC 109 4.1.3 Liaison par transformateur 111 4.2 Etages d amplification 114 4.2.1 Paramètres de faible signal 114 4.2.2 Fréquence de coupure haute de l'étage en montage EC 119 4.2.3 Caractéristiques de fréquence de plusieurs étages en cascade 120 4.2.4 Etages à transistors il effet de champ 121 4.2.5 Etages à impédance d'entrée élevée 122 4.2.6 Etage différentiel 125 4.2.7 Caractéristiques dans le domaine temps des amplificateurs à faible signal 127 BIBLIOGRAPHIE 130 CHAPITRE 5 contre-réaction 5.1 Paramètres des amplificateurs à réaction 131 5.1.1 Notions générales 131 5.1.2 Etage d'amplification à réaction série 134 5.1.3 Etage d'amplification à réaction parallèle 135 5.1.4 Etage d'amplification à réaction combinée (série et parallèle) 137 5.1.5 Etage à charge divisée 139 5.1.6 Connexion en cascade des étages à réaction 140 5.1.7 Amplificateurs à réaction sur deux étages 141 5.2 Réponse des amplificateurs à réaction 145 5.2.1 Réponse des amplificateurs à réaction sur deux étages RC 145 5.2.2 Boucles de réaction ayant la fonction de transfert à trois pôles 150 5.3 Stabilité des amplificateurs à forte contre réaction globale 154 5.3.1 Criterium de Nyquist 154 5.3.2 Méthode pour déterminer la stabilité sans mesurer la phase 156 5.3.3 Caractéristiques du type Bode. Circuits de correction 158 5.3.4 Circuits de correction à réaction locale 163 5.3.5 Pente de l'atténuation des circuits il déphasage minimal. Excès de phase 164 BIBLIOGRAPHIE 164 CHAPITRE 6 Amplificateurs à courant continu à couplage direct 6.1 Problèmes spécifiques 166 6.2 Etages d'amplification à transistors bipolaires 168 6.2.1 Causes de la dérive 168 6.2.2 Etages non symétriques 171 6.2.3 Etages symétriques (différentiels) 172 6.2.4 Réduction au minimum de la dérive des étages différentiels 178 6.3 Etages d'amplification à transistors unipolaires. 182 6.4 Amplificateurs à plusieurs étages 185 6.4.1 Structure de l'amplificateur 185 6.4.2 Liaison des étages d'amplification. Schémas pour rétablir le niveau zéro 186 6.4.3 Couplage de l'étage différentiel il un étage non symétrique. Contre-réaction de signal commun 188 6.4.4 Limites admissibles des signaux d'entrée et de sortie 191 6.4.5 Exemples de montages 192 6.4.6 Amplificateurs intégrés 195 BIBLIOGRAPHIE 199 CHAPITRE 7 Amplificateurs de courant continu à modulation-demodulation (AMD) 7.1 Structure et fonction de transfert d'un AMD idéal 202
7.1 Structure et fonction de transfert d'un AMD idéal 202 7.2 Modulateurs il dispositifs semi-conducteurs 206 7.2.1 Principes généraux 206 7.2.2 Modulateurs à transistors bipolaires 211 7.2.3 Modulateurs à transistors unipolaires 223 7.2.4 Modulateurs à générateur Hall. 231 7.2.5 Modulateurs à diodes varicap 234 7.3 Recommandations concernant l'amplificateur à courant alternatif 237 7.4 Démodulateurs à dispositifs semi-conducteurs 238 7.5 Schémas d'amplificateurs à courant continu à modulation-demodulation 241 BIBLIOGRAPHIE 250 CHAPITRE 8 Amplificateurs opérationnels 8.1 Généralités. Fonction de transfert 252 8.2 Erreurs des amplificateurs opérationnels 255 8.3 Correction de la caractéristique de fréquence des amplificateurs opérationnels 261 8.4 Applications des amplificateurs opérationnels 265 8.4.1 Multiplication par une constante 265 8.4.2 Sommation 266 8.4.3 Intégration 266 8.4.4 Source idéale de courant contrôlée par une tension 268 8.4.5 Multiplication 268 8.4.6 Opération logarithme 269 8.4.7 Transformateur fonctionnel 270 8.4.8 Convertisseur d'impédance négative (CIN) 271 8.4.9 Synthèse des filtres actifs RC 272 8.4.10 Comparateur 277 8.4.11 Amplificateur auto basculant à sortie modulée en durée 278 8.4.12 Oscillateur sinusoïdal 280 8.4.13 Schémas à conversion en temps (durée, période, fréquence) 281 BIBLIOGRAPHIE 283 CHAPITRE 9 Amplificateurs de puissance 9.1 Considérations générales 284 9.2 Etages amplificateurs de puissance classe A 285 9.2.1 Relations énergétiques fondamentales 285 9.2.2 Recommandations pour l'élaboration de projets 289 9.2.3 Gain de puissance. Distorsions 292 9.2.4 Exemple de calcul 293 9.3 Amplificateurs en push-pull classe B 295 9.3.1 Caractéristiques composées: 295 9.3.2 Relations énergétiques fondamentales Recommandations pour l'élaboration de projets 299 9.3.3 Amplificateurs de puissance classe B pour l'automatisme, alimentes en tension redressée mais non filtrée 303 9.3.4 Exemple de calcul 304 9.4 Etages amplificateurs de puissance sans transformateur de sortie 306 9.4.1 Etages amplificateurs de puissance en pont 306 9.4.2 Etages à transistors complémentaires 309 9.5 Amplificateurs de puissance en régime de commutation (classe D) 311 9.6 Exemples d'amplificateurs de puissance 314 BIBLIOGRAPHIE 318 CHAPITRE 10 Oscillateurs harmoniques 10.1 Généralités 320
10.1.1 Facteurs qui déterminent la stabilité de la fréquence des oscillateurs 321 10.2 Oscillateurs LC 324 10.2.1 Composants spécifiques des oscillateurs LC à basse fréquence 324 10.2.2 Principaux types d'oscillateurs LC 328 10.3 Oscillateurs RC à une boucle de réaction 347 10.3.1 Oscillateurs à réseaux dephaseurs 348 10.3.2 Oscillateurs à pont dephaseur 353 10.3.3 Oscillateurs à réseau de Wien 353 10.3.4 Oscillateurs à réseau en double T 355 10.4 Oscillateurs RC il deux boucles de réaction 366 10.4.1 Types principaux d'oscillateurs RC à deux boucles de réaction 366 10.4.2 Oscillateurs à pont de Wien 370 10.5 Comportement et performances de différents types d'oscillateurs 381 10.5.1 Oscillateurs à une boucle de réaction 381 10.5.2 Oscillateurs à deux boucles de réaction 382 10.6 Schémas complexes d'oscillateurs 384 10.6.1 Oscillateurs RC à réseaux en double T, à fréquence et amplitude stables 384 10.6.2 Oscillateurs à faible taux de distorsions et à large gamme de fréquence 386 10.6.3 Oscillateurs triphasés 389 10.6.4 Oscillateurs à fréquence commandée 390 BIBLIOGRAPHIE 397 TOP