"TP_Ampli_diff.xls".

RADIO FM – TP Amplificateur différentiel de base
RADIO FM
T.P. AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL DE BASE
Conditions :



Étude de la structure différentielle réalisée en TD.
Simulation "Amplificateur différentiel" réalisée.
Travail en binôme en salle spécialisée en 2 séances de 4 heures (chapitres 1 puis 2).
Schéma structurel
REG_3V
ALIM
1
LM317LZ
VIN
VOUT
3
ADJ
R1
330
2
+ C1
+ C2
10µF
RC
2K
C3
100nF
10µF
Q3
BC548B
C2
B1
R2
470
LM317
B2
BC548B
Q1
S
Q2
BC548B
BC548B
RE
750
Adj Vout Vin
C
B
RL
1K
E
Les structures associées aux bases B1 et B2 dépendent des tests effectués et sont décrites le moment venu.
:
 Les modes opératoires de chaque relevé seront décrits en détail.
 Le fichier Excel "TP_Ampli_diff.xls" contient des tableaux de mesures vides et des graphes déjà
paramétrés pour certains relevés de ce TP.
1. Caractéristiques statiques
Les tests proposés permettent de :
 Déterminer les conditions de polarisation idéales
 Déterminer le domaine de linéarité de l'amplificateur
 Mesurer le coefficient d'amplification maximum
 Relever le comportement de l'amplificateur aux signaux forts
Note : toutes les tensions sont référées à la masse, sauf indication contraire.
1.1
Calculs préalables
En se référant au schéma structurel du circuit de mesure ci-dessous :
 Calculer la tension VB2 avec les valeurs nominales.
 Calculer les valeurs extrêmes de VB1 pour les positions "butées" du curseur de PM
 En déduire les valeurs extrêmes de VD = VB1 – VB2 .
1.2
Câblage
1.2.1 Régulateur
 Câbler REG_3V, C1, R1 et R2 sur une plaquette de connexions sans soudure.
 Relever la caractéristique de transfert du régulateur pour V ALIM comprise entre 0V et 10V (utiliser le tableau
"Régulateur" dans "TP_Ampli_diff.xls").
 Expliciter le résultat obtenu.
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Relevés amplificateur différentiel de base
1.2.2
Amplificateur
 Câbler sur la plaquette les composants de la structure ci-dessous en réduisant autant que possible les longueurs des
connexions.
 Câbler C2 et C3 au plus près de l'amplificateur.
Circuit de mesures
Vcc1=3V
+ C2
10µF
RB21
330
RC1
2K2
C3
100nF
RC2
22K
RB11
1K2
Q3
C2
BC548B
BC548B
PM
1K
B1
Q2
B2
S
BC548B
RB22
180
1.3
Q1
RE1
1K5
RE2
1K5
RB12
1K2
RB13
5K6
RL
1K
Mesures
1.3.1
Point de repos
 Mesurer VB2 . Comparer avec les résultats attendus.
 Ajuster PM pour obtenir exactement VB1 = VB2 . Noter cette valeur VB10 .
 Mesurer alors avec précision la valeur de repos VS0 et constater que VS0  VB2.
Observer l'influence de la température en touchant individuellement les transistors Q1 et Q2.
Expliciter le comportement observé.
1.3.2
Caractéristique de transfert
Utiliser le tableau de mesure prévu pour cette question et la feuille "Transfert" dans "TP_Ampli_diff.xls".
 Relever les tensions VC2 et VS en fonction de VD = VB1  VB2 pour toute l'étendue de réglage de PM
Note : les 2 questions suivantes peuvent être résolues en utilisant les fonctions de calcul du tableur Excel.
 V 
 En déduire la pente de la caractéristique VS = f(VD) pour VD = 0V : Ad 0   S 
.
 VD VD 0V
Ad0 est l'amplification différentielle de l'amplificateur.
 Evaluer le domaine de fonctionnement "linéaire" de l'amplificateur. Ce domaine est défini par un écart de 10% entre la
tangente pour VD=0V (de pente Ad0) et la caractéristique réelle.
 Noter les valeurs crêtes de VS . Montrer qu'elles sont sensiblement symétriques à la valeur de repos V S0
1.3.3
Polarisation des transistors Q1 et Q2
 Montrer que Q1 n'est jamais saturé pour toute l'étendue de réglage de P M
 Mesurer les valeurs extrêmes de VCB2 (tension entre collecteur et base de Q2) et la valeur particulière de V D pour
laquelle VCB2 = 0V.
 Montrer alors qu'en régime de signaux faibles (VD proche de 0V), Q1 et Q2 sont correctement polarisés pour obtenir
l'effet transistor.
 Et qu'en régime de signaux forts (VD = 1V), Q2 affleure tout juste la saturation.
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2. Caractéristiques dynamiques
Objectifs : les tests proposés permettent de :
 Optimiser le point de repos de l'étage différentiel.
 Mesurer le gain "petits signaux" dans la bande passante.
 Évaluer le comportement aux signaux forts (courbes de linéarité et saturation).
 Mesurer la bande passante "petits signaux".
 Mesurer les impédances d'entrée et de sortie.
 Valider la structure de stabilisation du point de repos.
Circuit de mesures
Vcc1=3V
+ C2
10µF
RC1
2K2
RB11
1K2
C3
100nF
RC2
22K
RB21
3K3
Q3
C2
BC548B
CE
BC548B
Q1
B1
Q2
B2
PM
1K
S
+
BC548B
10µF
VE
RB12
1K2
RB13
5K6
RE1
1K5
RE2
1K5
+
CD
10µF
RB22
2K7
RL
1K
Notes de câblage : les modifications par rapport à la 1ière structure sont mineures :
 Les circuits de polarisation des 2 bases sont échangés
 Les valeurs de RB21 et RB22 sont modifiées
 Ajout de CE et CD
2.1
Ajustement de PM
 Ajuster PM pour obtenir exactement VB2 = VB1
 Régler le générateur comme suit : forme Sinus, fréquence 10kHz, composante continue 0V et amplitude aussi faible que
possible. Utiliser la sortie "synchro" du générateur et l'entrée "Ext" de l'oscilloscope pour synchroniser ce dernier.
 Observer le signal de sortie à l'oscilloscope dans le domaine temporel. Augmenter l'amplitude du générateur jusqu'à
constater un début d'écrêtage. Noter l'amplitude ainsi réglée.
 Observer le signal de sortie dans le domaine fréquentiel en activant la fonction FFT de l'oscilloscope. Choisir une
fréquence d'échantillonnage permettant la mesure des niveaux du fondamental et des 2 premiers harmoniques, tout en
respectant le théorème de Shannon. Utiliser la fenêtre "flat top" pour optimiser le calcul des niveaux.
 Imprimer le spectre obtenu.
 Optimiser l'ajustement de PM . Mesurer alors les niveaux de ces mêmes composantes et la tension de repos V B20 .
 Imprimer le nouveau spectre obtenu.
 Conclure.
2.2
Comportement aux signaux forts
 Mesurer les niveaux absolus d'écrêtage et l'amplitude crête à crête de VS à l'oscilloscope.
 Imprimer 3 chronogrammes caractéristiques de VE et VS : pas de distorsion, début d'écrêtage et écrêtage conséquent.
Les sensibilités verticales seront conservées pour faciliter les comparaisons.
 Relever la valeur moyenne VSmoy de VS ,en fonction de l'amplitude du signal d'entrée (0V à 1V)
 Conclure quant à la mise en cascade d'amplificateurs du même type
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Relevés amplificateur différentiel de base
2.3
Courbes de linéarité
Utiliser de préférence l'analyseur audiofréquence PANASONIC VP 7722P. A défaut, les valeurs efficaces des composantes
variables seront mesurées à l'oscilloscope numérique.
Les mesures seront réalisées à la fréquence de 10kHz (analyseur audio) ou 70kHz (oscilloscope).
 VSeff 
  f V Eeff
 Relever les courbes de linéarité G FI  20  Log 10 
et VSeff  f VEeff
 V Eeff 


Utiliser les fiches "Linéarité_PANAx" ou "Linéarité_OSCx" dans "TP_Ampli_diff.xls".
Les valeurs efficaces citées ne tiennent pas compte des éventuelles composantes continues.
 Justifier les traitements numériques réalisés par le tableur Excel pour obtenir ces graphes.
 En déduire le niveau d'entrée pour lequel le gain a diminué de 1dB par rapport à sa valeur maximum. Comparer avec
le domaine de linéarité déterminé au paragraphe §1.3.2.

2.4



Caractéristiques dynamiques
2.4.1 Bande passante "petits signaux"
 Mesurer la bande passante "petits signaux". Ce relevé nécessite l'utilisation d'un générateur radiofréquence en raison
d'une fréquence de coupure haute supérieure aux possibilités d'un générateur de fonction.
 Quelles sont les causes des fréquences de coupure basse et haute ?
2.4.2 Impédances d'entrée et de sortie
Les mesures seront réalisées à la fréquence de 70kHz.
 L'impédance d'entrée est de l'ordre de 500. Mesurer celle-ci avec un maximum de précision. Noter le niveau d'entrée
utilisé.
 L'impédance de sortie est de l'ordre de 30. Mesurer celle-ci avec un maximum de précision tout en observant le
signal de sortie à l'oscilloscope.
2.5
Stabilisation du point de repos
La modification de structure proposée permet :
 d'équilibrer automatiquement l'étage différentiel
 de compenser automatiquement les dérives en température
 Retirer les composants RB21, PM et RB22. Laisser le condensateur CD en place. Ajouter une résistance RB de 2K2
entre S et B2.
 Mesurer les tensions de repos VB10 , VB20 et VS0 . Comparer avec les résultats précédents.
 Constater la quasi-absence de dérive en température.
 Expliciter ces résultats
 Observer le signal de sortie à l'oscilloscope et vérifier rapidement que les caractéristiques suivantes ne sont pas
modifiées :
 gain en petits signaux
 niveaux d'écrêtage
 indépendance de la valeur moyenne de VS vis à vis de l'amplitude d'entrée
 Mesurer approximativement la fréquence de coupure basse. Celle-ci est considérablement augmentée.
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