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TP N°6 : Amplificateur à deux étages comprenant un JFET et un transistor bipolaire
I.
Objectif
A l’issue de ce TP, vous serez en mesure de :
- Construire un étage amplificateur à deux étages comprenant un JFET et un transistor bipolaire,
- Prévoir et mesurer les performances de l’amplificateur réalisé.
II.
Instructions générales
Vous réaliserez les circuits indiqués et effectuerez les mesures mentionnées dans la partie instructions
détaillées ci-dessous.
III.
Liste des composants
Vous aurez besoin des composants suivants :
Une unité de chacune des résistances ci-dessous :
- 220 Ω
- 1 kΩ
- 2.7 kΩ
- 4.7 kΩ
- 10 kΩ
- 22 kΩ
- 100 kΩ
- 1 MΩ
Une unité de chacune des capacités suivantes :
- 0.1 𝜇𝐹 - 10 𝜇𝐹 - 100 𝜇𝐹
Un transistor N-canal JFET BF 245 B (ou équivalent),
Un transistor Bipolaire PNP BD 136 (ou équivalent),
- Une alimentation de laboratoire,
- Un multimètre,
- Une plaquette d’essai.
IV.
Instructions détaillées
Suivez les étapes suivantes,
1. Mesurez et enregistrez, dans le tableau n°1 ci-dessous, les valeurs réelles des résistances et des
capacités dont les valeurs cibles sont mentionnées dans le même tableau.
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BF 245 B
BF 245 B
Composant
Valeur cible
Valeur mesurée
𝑅
S
2.7 kΩ
𝑅
D
4.7 Ω
𝑅
G
1 MΩ
𝑅
𝐿1
10 kΩ
𝑅
1
22 kΩ
𝑅
2
100 kΩ
𝑅
𝐸1
1 kΩ
𝑅
𝐸2
220 Ω
𝐶
1
0.1 𝜇𝐹
𝐶
2
10 𝜇𝐹
𝐶
3
100 𝜇𝐹
Tableau n°1
2. Réalisez le circuit de la figure 1 ci-dessous. Réglez de générateur du signal pour délivrer une
sinusoïde d’amplitude crête à crête de 300 m𝑉𝑝𝑝 et de 1 kHz de fréquence. Vérifiez à l’oscilloscope
l’amplitude et la fréquence réglées.
Figure n°1
3. Mesurez les potentiels continus du drain de la source et de la grille et enregistrez les valeurs mesurées
dans la ligne « amplificateur source commune » du tableau N°2 ci-dessus. Visualisez et comparez à
l’oscilloscope les tensions alternatives 𝑣𝑖𝑛 et 𝑣𝑜𝑢𝑡. Calculez (au moyen de la formule 𝐴𝑣 = 𝑣𝑜𝑢𝑡⁄𝑣𝑖𝑛)
le gain en tension à partir des amplitudes des deux tensions lues à l’oscilloscope (c’est un gain
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𝑣 𝑣
BF 245 B
mesuré). Déterminez le déphasage qui existe entre les deux tensions 𝑣𝑜𝑢𝑡 et 𝑣𝑖𝑛. Enregistrez les
résultats dans la ligne « source commune » du tableau N°2 ci-dessus.
Paramètres statiques
Paramètres dynamiques
Amplificateur
𝑉
𝐺
𝑉
𝑠
𝑉
𝐷
𝐼
𝐷
𝐴
𝑣
Déphase entre
𝑣
𝑜𝑢𝑡
et 𝑣
𝑖𝑛
Source commune
Drain commun
Tableau n°2
4. Débranchez 𝐶3 et 𝑅𝐷 du circuit. Déplacez 𝑅𝐿1 et 𝐶2 du drain pour branchez l’ensemble à la source
comme indiqué sur la figure n°2 ci-dessous. Connectez directement le drain à la source de tension
continue de 12 V. Mesurez les potentiels continus du drain, de la grille et de la source pour calculez
𝐼𝐷. Observez à l’oscilloscope la tension alternative de sortie développée sur la source du transistor et
mesurez son amplitude. Calculez (au moyen de la formule 𝐴 = 𝑣𝑜𝑢𝑡⁄
) le gain de l’amplificateur
𝑖𝑛
et le déphasage entre 𝑣𝑜𝑢𝑡 et 𝑣𝑖𝑛. Enregistrez les résultats dans la ligne « drain commun » du tableau
N°2 ci-dessus.
Figure n°2
5. Débranchez 𝑅𝐿1 du circuit et ajoutez un amplificateur émetteur commun à transistor bipolaire comme
indiqué sur la figure n°3 ci-dessous ( ne branchez pas les sources de tension). Utilisez la résistance
de 4.7 kΩ comme Charge finale 𝑅𝐿2. Respectez le sens de branchement des polarités de 𝐶2 et de 𝐶3
comme indiqué sur la figure. Avant de branchez les sources de tension, calculez (théoriquement)les
paramètres statiques du transistor bipolaire listés dans le tableau n°3 ci-dessous et renseignez ce
tableau. Les étapes à suivre sont les suivantes.
a. Calculez 𝑉𝐵 par application du diviseur de tension.
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Paramètres
statiques
Valeurs
calculées
Valeurs
mesurées
𝑉𝐵
𝑉𝐸
𝐼𝐸
𝑉𝐶𝐸
Paramètres
dynamiques
Valeurs
calculées
Valeurs mesurées
𝑣
𝑏
𝑟
𝑒
𝐴
𝑣𝑄2
𝐴
𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
BF 245 B
BD136
b. Ajoutez 0.7V à 𝑉𝐵 pour avoir 𝑉𝐸.
c. Calculez, par application de la loi d ’Ohm à ( 𝑅𝐸1 + 𝑅𝐸2),. 𝐼𝐸 . Il est sensiblement égal à
𝐼
𝐶
d. Calculez 𝑉𝐶 par application de la loi d’Ohm à 𝑅𝐿2.
e. Calculez la tension 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸
Figure n°3
Tableau n°3 Tableau n°4
6. Avant de branchez les sources de tension, calculez (théoriquement) paramètres dynamiques listés
dans le tableau n°4 ci-dessus et renseignez ce tableau. Les étapes à suivre sont les suivantes.
a. Calculez le potentiel dynamique 𝑣𝑏 de la base du transistor de l’étage émetteur commun
par multiplication de l’amplitude de la tension 𝑣𝑖𝑛 d’entrée par le gain 𝐴𝑣 de
l’amplificateur drain commun.
b. Calculez la résistance dynamique de la jonction base émetteur par application de la
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formule : 𝑟𝑒 = 26⁄ 𝐸 (𝑚𝐴)
c. Calculez le gain 𝐴𝑣𝑄2 de l’étage émetteur commun par application de la formule :
𝐴𝑣𝑄2 =
𝑒
𝑅𝐿2
+ 𝑅
𝐸2
d. Calculez le gain total des deux étages. Pour 𝐴𝑣𝑄1, utilisez la valeur mesurée à l’étape 4 (
étage drain commun). L’effet de l’impédance d’entrée de l’étage émetteur commun sur le
gain de l’étage drain commun est faible et est donc négligé. Le gain total est donc donné
par la formule suivante :
𝐴
𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
= 𝐴
𝑣𝑄1
. 𝐴
𝑣𝑄2
7. Connectez les sources d’alimentation et réglez-les sur les valeurs indiquées sur la figures n°3 ci-
dessus. Mesurez les paramètres statiques et dynamiques (𝑟𝑒 est celle calculée à partir de la valeur
mesurée de 𝐼𝐸, le gain 𝐴𝑣𝑄2 mesuré est sera calculé en prenant le rapport des amplitudes des tensions
𝑣𝑜𝑢𝑡
et 𝑣𝑏, le gain
𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 sera déterminé en prenant le rapport
des amplitudes des tensions 𝑣𝑜𝑢𝑡
et
𝑣𝑠) listés dans les tableaux n° 3 et 4 ci-dessus. Enregistrez les dans ces tableaux. ..
Conclusion
1. Que peut-on dire sur le gain de l’étage source commune (figure 1) comparé à celui de
l’étage analogue en bipolaire (émetteur commun) étudié au TP n°4.
2. Pour l’étage source commune, à quels impacts attendez-vous sur les paramètres statiques et
dynamiques lorsque le condensateurs 𝐶3 était débranché ?
3. Comparez l’étage collecteur commun à l’étage drain commun en terme d’impédance
d’entrée et de gain.
4. S’il n’y a aucun signal à la sortie de l’amplificateur de la figure n°3 et qu’en vérifiant
les paramètres statiques vous trouvez un potentiel émetteur à 12V, quelle peut être la
cause ?
5. Quel sont les avantages de l’amplificateur étudié dans ce TP ?
𝐼
𝑟
1
/
5
100%
