Chapitre 9: BJT et FET Réponse en Fréquence avec permission de : Pearson Prentice Hall
Considérations sur la réponse en fréquence La réponse en fréquence d un amplificateur fait référence a la plage de fréquences dans laquelle l amplificateur fonctionne. Cette zone est aussi appellée bande passante de fonctionnement. Aux fréquences par dessus et par dessous la bande passante, les capacitances et tles inductances vont affecter le gain de l amplificateur. lifi A des basses fréquences les condensateurs de couplage et de passage font réduire le gain global. A des hautes fréquences les capacitances parasites associées au composantes actives vont faire diminuer le gain. D ailleurs les amplificateurs en cascade limiteront le gain dans les fréquences hautes et basses. 2
Diagramme de Bode Le diagramme de Bode représente la réponse en fréquence d un amplificateur. Tandis que l echelle horizontale indique la fréquence (en Hz) l echelle verticale indique le gain (en db). 3
La plage des fréquences situées au milieu de la zone de fonctionnement d un dun amplificateur s appelle la bande passante d un amplificateur. La largeur de bande est delimitée par les fréquences de coupure inférieur et supérieure. Coupure toutet fé fréquence alaquelle le gain ou perte du signal comporte une reduction de 3 db. Fréquences de coupure 4
Amplificateur BJT Reponse à basse fé fréquence Aux basses fréquences, les condensateurs de couplage (C S, C C) et les condensateurs de passage (C E ) affectent les impédances du circuit. 5
Condensateur de couplage (C S ) La fréquence de coupure due a C S peut être calculée par: f Ls = 2π(R s + R i )C s avec R = i R R 2 βr e 6
Condensateur de couplage (C C ) La fréquence de coupure due a C C peut être calculée par f LC = 2π(R o + R L )C c avec R = o R C r o 7
Condensateur de passage (C E ) La fréquence de coupure due a C E peut être calculée par f = LE 2πR C e E avec R s Re = RE ( + r β et e ) R = s R s R R 2 8
Amplificateur BJT Réponse à basse Le diagramme de Bode montre que chaque condensateur peut avoir une fréquence de coupure différente. C est le condensateur qui comporte la plus haute basse fréquence de coupure (f L ) celui qui domine la réponse globale en fréquence de l amplificateur. fréquence 9
Gain marginal dans le diagramme de Bode Le diagramme de Bode indique aussi le taux de gain marginal ou attenuation (perte de gain) aux differentes fréquences de coupure. La quantité d attenuation marginal du gain est souvant referé par rolloff. Le roll-off est défini comme la perte-par-octave en db ou la perte-par-decade en db. 0
Taux de Roll-off off Marginal (-db/decade) -db/decade fait reference a l attenuation encourue pour une variation de dix-fois en fréquence. Pour les attenuations dans la zone de basses fréquences, il fait reférence a la perte marginale de gain de la fréquence de coupure la plus basse jusq a la fréquence située a un dixième de la frequence de coupure. In this example: f LS = 9kHz gain is 0dB f LS /0 =.9kHz gain is 20dB Thus the roll-off is 20dB/decade The gain decreases by 20dB/decade
Taux de Roll-off off Marginal ( db/octave) -db/octave fait référence a l atténuation pour chaque changement en double de la fréquence. Pour les attenuations marginales a basse fréquence, il fait reférence a la perte de gain entre la fréquence plus basse et la fréquence qui est située alamoitié de la valeur de coupure. Dans cet exemple: f LS = 9kHz gain est 0dB f LS / 2 = 4.5kHz gain est 6dB Par conséquence le roll-off est de 6dB/octave. C est un peu difficile a voir dans le diagramme du fait que l echelle horizontale est logatithmique. 2
Amplificateur FET Réponse a basse fréquence A basse fréquence, les réactances des condensateurs de couplage (C G, C C ) et de passage (C S ) affectent l impédance du circuit. 3
Condensateur de couplage (C G ) La fréquence de coupure due eà C G peut être calculée lée par: f LC= 2π(R + R )C avec R i = R G sig i G 4
Condensateur de couplage (C C ) La fréquence de coupure due eà C C peut être calculée lée par: flc = 2π(R + R )C avec o L) C R = o R D r d 5
Condensateur de passage (C S ) La fréquence de coupure due eà C S peut être calculée lée par: avec f = LS R eq = 2πR R S eq g C m S r d Ω 6
Amplificateur FET Réponse à basse fréqunce Le diagramme de Bode indique que chaque condensateur peut comporter une fréquence de coupure différente. Le condensateur avec la fréquence de coupure inférieure (f L ) est celui le plus proche de la fé fréquence de coupure de l amplificateur. 7
Capacitance de Miller Toute jonction p-n peut comporter une capacitance, Dans un amplificateur BJT, cette capacitance devient significatives dans les contacts suivants: La jonction base-collecteur a des hautes fréquences dans les configurations a emetteur commun. La jonction drain-grille a des hautes fréquences dans les configurations source commune d un amplificateur FET. Ces capacitances sont représentées ayant tdes entrées et tdes sorties différentes, appelées Capacitance Miller. 8
Capacitance d entrée Miller (C Mi ) C Mi = ( A v )Cf 9
Capacitance de sortie iller (C Mo ) Si le gain (A v ) est plus grand que, alors C Mo C f 20
Réponse d un ampli BJT en haute Les capacitances affectant la réponse sont: capacitances de jonction C be, C bc, C ce Capacitances de cablage C wi, C wo condensateurs de couplage C S, C C condensateur de passage C E fréquence 2
Fréqunce de coupure haute fréquence (f Hi en entrée. Hi ) f = Hi 2πR Thi C i avec R =R Thi s R R 2 R i et C = C + C + C i = C Wi Wi + C be be Mi + ( A v )C bc 22
Fréquence de coupure haute fréquence (f Ho ) en sortie f = Ho 2πR Tho C o avec et R = Tho o R Wo C R ce L r C = C + C + C o Mo 23
Variation de h fe (or β) avec la fréquence Le parametre h fe (ou β) d un transistor varie avec la fréquence f β 2πβ mid r e (C be + C bc ) 24
Réponse en fréquence d un BJT A noter que la plus haute basse fréquence de coupure (f L ) et la plus basse haute fréquence de coupure (f H ) sont les plus proches a la réponse de l amplificateur. lifi 25
Réponse haute fréquence du FET Les capacitances qui affectent sont: Capacitances de jonction C gs, C gd, C ds capacitances de cablage C wi, C wo condensateurs de couplage C G, C C condensateur de pssage C S 26
Fréquence de coupure en entrée (f Hi ) f = Hi 2πR Thi C i C C = C + C + C i Wi gs Mi = ( A v )Cgd Mi R = Thi R sig R G 27
Fréquence de coupure en sortie (f Ho ) f = Ho 2πR Tho C o C + o = C Wo + C ds C Mo C Mo = A v C gd R = Tho R D R L r d 28
Réponse en fréquence d un amplificateur multi-étage Une fois que les fréquences de coupure de chaque étage ont étés déterminés, elles sont mises dans un diagramme. La réponse conjointe de bande passante est celle de l amplificateur total. 29