Structure de base d`un AOP

TP HLEE 502 – seconde partie 2016/2017
Structure de base d’un AOP Page - 1 -
********************************************************************
A LIRE ATTENTIVEMENT
Le travail proposé se déroule sur 5 séances. Les maquettes seront conservées tout le
long de cette série de TP. A la fin de chaque partie un compte rendu doit être réalisé. Il sera à
faire évaluer en cours de séance.
Un compte rendu doit comprendre :
- Une introduction définissant l’objectif et l’intérêt du travail portant sur la partie
rédigée
- Lors de la rédaction de la synthèse des résultats il faudra faire la distinction entre les
calculs théoriques réalisés en dehors des séances et les résultats expérimentaux obtenus.
- la confrontation entre les résultats calculés et les résultats obtenus devront faire
l’objet d’une synthèse indépendante justifiant les éventuelles différences entre les objectifs
théoriques souhaités et ceux obtenus dans la pratique.
- La conclusion devra replacer ces résultats dans l’étude globale de votre circuit.
Attention la partie théorique se traite indépendamment de la partie pratique !
Seule la partie pratique fait l’objet de l’énoncé ci-dessous.
********************************************************************
Structure de base d’un AOP
Introduction
On étudie l’amplificateur à transistors de la figure 1. L’objectif de ces séances est
d’appréhender le rôle des étages constituant un amplificateur opérationnel : l’étage différentiel,
l’étage de gain et l’étage de puissance ou push-pull (non représenté).
La caractérisation portera sur la paire différentielle d’entrée constituée par les
transistors PNP notés Q
1
Q
2
, (notés U sur le schéma) et sur l’étage de gain constitué de
transistors NPN Q
3
et Q
4
.
Vers la fin des TP, si l’avancement de vos travaux est suffisant, il peut être envisagé
d’apporter des améliorations telles que l’augmentation de l’impédance d’entrée en mode
différentiel (super transistor composé de deux transistors), augmentation de la dynamique de
l’amplificateur à travers la mise en place d’une charge active, protection contre les courts-
circuits en sortie, etc…

TP HLEE 502 – seconde partie 2016/2017
Structure de base d’un AOP Page - 2 -
Partie 1 Etude de la polarisation des transistors et leurs paramètres dynamiques
La paire différentielle utilise deux transistors PNP appairés issus d’un circuit intégré
SSM2220 dont le brochage est donné figure 2. Le reste du montage par commodité sera
réalisé avec des transistors NPN Q2N2222 ou équivalent.
Réaliser le montage complet proposé figure 1. Mesurer la tension continue en sortie du
montage et régler le potentiomètre R11 de telle sorte que cette tension soit nulle. Relever la
valeur de R11.
Relever les points de polarisation des transistors puis mesurer les paramètres statiques
et dynamiques associés à ces points pour chacun des transistors (gain statique, tension d’Early,
gain dynamique, résistances dynamiques d’entrée et de sortie). Ces paramètres seront obtenus
en utilisant les traceurs de caractéristiques à disposition sur les paillasses. Attention pour ces
mesures les composants doivent être sortis du montage.
Pour le transistor NPN Q4 mesurer et tracer la variation du gain statique en fonction
de la valeur du courant de collecteur pour une tension émetteur-collecteur constante et égale à
celle dans le montage. - Pour interpréter les résultats on relèvera en même temps les valeurs
des courants de base et de collecteur en fonction de la tension base-émetteur.-
Partie 2
Etude de la variation de polarisation de la paire différentielle et réalisation du miroir de
courant.
Vérifier que les points de polarisation de Q1 et de Q2 ne sont pas affectés par l’étage
de gain.
Etudier l’effet d’une tension continue sur une entrée V
in
(l’autre est mise à 0 V) et
relever les variations de tension sur les collecteurs de Q1, Q2 et Q4. -Pour interpréter
certaines variations inattendues relever également la variation sur les émetteurs de Q1 et Q2.-
On effectuera ces mesures dans la gamme où la tension base émetteur V
BE
des transistors
n’est pas fortement modifiée.
Réaliser les mêmes mesures en appliquant V
in
simultanément sur les deux entrées.
Comment peut-on à partir de ces résultats remonter à l’effet qu’auraient des tensions
d’entrées parfaitement opposées ?
Pour éviter le problème dû à la résistance R1 sur le comportement de la paire
différentielle concevoir un miroir de courant qui délivrera le même courant de polarisation de
la paire différentielle. Refaire les mesures précédentes.

TP HLEE 502 – seconde partie 2016/2017
Structure de base d’un AOP Page - 3 -
Partie 3
Etude de l’amplificateur en régime harmonique établi
En appliquant une variation de tension v
in
sur l’entrée non inverseuse (l’autre est mise
à 0 V) tracer le diagramme de Bode du circuit ainsi que les variations de tensions sur les
collecteurs et sur les émetteurs de Q1 et Q2 avec et sans la capacité de compensation.
Conclure sur la stabilité du circuit compensé et non compensé lorsqu’il sera soumis à
une contre-réaction (marge de phase et de gain).
Mesurer le gain, l’impédance d’entrée et l’impédance de sortie de l’étage de gain
(attention à maintenir la polarisation des transistors Q3 et Q4).
Etude en mode commun : Réaliser les mêmes mesures en appliquant v
in
sur les deux
entrées simultanément.
En déduire le gain en mode différentiel dans la bande passante.
Partie 4
Datasheet de l’amplificateur
Réalisez la mesure du slew rate et de la dynamique maximale de votre amplificateur.
Réaliser un datasheet en anglais de votre l’amplificateur incluant les limites d’utilisation de
l’amplificateur réalisé : dynamique maximale, slew rate, gain, …
Vous pouvez vous inspirer des datasheet des AOP standard.
Partie 5 ( facultative)
Réalisation de l’étage de puissance
Attention dans cette partie il est important de vérifier les puissances dissipées.
Cet étage de puissance utilise une configuration push-pull. Celle-ci est donnée figure 3 et est
destinée à amplifier le courant en sortie et à obtenir une impédance de sortie de
l’amplificateur opérationnel faible.
Réaliser dans un premier temps le montage seul et observer la forme d’onde obtenue à partir
d’une sinusoïde appliquée en entrée. Quel est le gain en tension du montage ? Quel est le gain
en courant ? Quel est le rôle des résistances de 47 Ω ?
Pour éviter la distorsion de croisement on utilise un transistor de compensation.
Le schéma complet de l’étage de gain et du push-pull est donné figure 4. Analyser ce circuit
et le réaliser.

TP HLEE 502 – seconde partie 2016/2017
Structure de base d’un AOP Page - 4 -
Figure 1 : Etage différentiel* et de gain
Figure 2 : Brochage du SSM 2220*.
* Une erreur sur le document fourni par le fabriquant fait apparaitre des transistors NPN alors
qu’ils sont de type PNP.
Figure 3 : Figure 4 :
Structure push-pull élémentaire. Structure push-pull pour l’amplificateur.
Q1
3096NPN
Q2
3096PNP
R1
47
R2
47
VOFF =
12 V
-12 V