Électronique Fondamentale

Électronique
Fondamentale
A. Oumnad
-
A. OUMNAD
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
1
SOMMAIRE
Notions générales d’Électricité et
d’Électronique
z Conducteurs et Semi-Conducteur
z La diode et ses applications
z Le transistor et ses applications
z L’Amplificateur opérationnel et ses
applications
z
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
2
Loi d’Ohm
Effet
Opposition
I
U
+
R
-
zU
Cause
U=RI
A. Oumnad
-
en Volt (V)
zR en Ohm (Ω)
zI en Ampère (A)
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
3
CONVENSION
U = Va - Vb
A
z
z
z
I
R
B
flèches de la tension et du courant en sens inverse
Tension ≡ différence de potentiel
La flèche de la tension pointe vers le point de
potentiel élevé " + chaud " , "qui pousse"
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
4
La masse
La borne (-) de l'alimentation est prise comme point
de référence (V=0) par rapport auquel sont mesurés
les tensions de tous les points du montage
A
U
VA
B
C
VB
VC
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
5
Résistances
nombre de zéros
tolérance
chiffres significatifs
5600 Ω = 5.6 k Ω
nombre de zéros
± 5%
tolérance
Noir
0
Maron
1
Rouge
2
Orange
3
jaune
4
Vert
5
Bleu
6
Violet
7
Gris
8
Blanc
9
chiffres significatifs
47500 Ω = 47.5 k Ω
A. Oumnad
-
± 2%
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
6
Exemples
…….. Ω = …….. k Ω
A. Oumnad
-
Noir
0
Maron
1
Rouge
2
Orange
3
jaune
4
Vert
5
Bleu
6
Violet
7
Gris
8
Blanc
9
±%
…….. Ω = …….. k Ω
±%
…….. Ω = …….. k Ω
±%
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
7
Association des résistances
R1
R = R1+R2
R2
R1R2
R=
R1+R2
R1
R2
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
8
Exemple
1 kΩ
10 kΩ
20 kΩ
40 kΩ
R = …………. kΩ
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
9
Les tensions s'ajoutent comme des vecteurs
V1=R1 I1
V2=R2 I1
V3=R3 I2= R4 I3
V1
U = V1+V2+V3
U
V2
R1
I1
R2
U = R1 I1 + R2 I1 + R3 I2
Ou
V3
U = R1 I1 + R2 I1 + R4 I3
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
I2
R3
I3
R4
10
Puissance
Un composant ayant une tension U à ses bornes et
qui est traversé par un courant I dissipe une
puissance P
zU
P=UI
en Volt (V)
zI en Ampère (A)
zP en Watt (W)
Pour une résistance :
A. Oumnad
-
2
P = UI = RI = U
R
2
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
11
Diviseur de potentiel 1
R2
U
V=
R1+R2
R1
U
R2
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
12
Diviseur de potentiel 2
R2
R1
V=
U1 +
U2
R1 + R2
R1 + R2
R1
R2
U2
U1
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
13
Diviseur de potentiel 3
1U + 1U + 1U
R1 1 R 2 2 R3 3
V =
1 + 1 + 1
R1 R 2
R3
R1
R2
R3
U1
U2
U3
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
14
Condensateur
Le condensateur est un composant passif qui trouve de
multiples Applications en électronique. Pour simplifier
on peut le considérer comme un réservoir dont la
capacité C s'exprime en Farad (F)
Réservoir
Condensateur
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
15
Charge et décharge d'un condensateur à travers une résistance
R
K1
K2
E
Vc
C
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
16
Charge : K1 fermé K2 ouvert
R
zAu
I
E
C
Vc
début
‰
Courant important
‰
Charge rapide
zVers
‰
‰
E
E
R
Vc
la fin
Courant tend vers 0
Vc tend vers E
⎛
VC = E ⎜ 1 - e
⎝
I
- t
RC
⎞
⎟
⎠
t
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
17
Déharge : K2 fermé K1 ouvert
R
I
zAu
C
Vc
début
‰
Courant important
‰
Décharge rapide
zVers
‰
‰
E
la fin
Vc tend vers 0
Le courant tend vers 0
Vc
E
R
- t
RC
VC = E e
I
t
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
18
En général
On place l'origine des temps au début de la courbe qui nous
intéresse et on utilise la relation :
V(t) = V∞ - (V∞ - V0 ) e
- t
RC
V1
V2
Vc
t
V3
V4
V (t ) =V4-(V4 −V2 ) e
- t
RC
A. Oumnad
-
V (t ) =V1-(V1−V3 ) e
- t
RC
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
19
Exemple : calculer la période T
E
E
2
T
2
t
T
−E
2
-E
(
)
V (t ) = −E − −E − E e
2
- t
⎛
= E⎜ 3 e RC −1⎞⎟
⎝2
⎠
V( T ) =− E
2
2
- T
⎛
E⎜ 3 e 2RC −1⎞⎟=− E
⎝2
⎠ 2
- t
RC
T = 2RC Log(3)
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
20
Association de condensateurs
C1
Parallèle
C=C1+C2
C2
Série
C2
C1
A. Oumnad
-
C=
C1C2
C1+C2
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
21
Conducteur et semi conducteurs
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
22
Niveaux d'énergie des électrons
Dans un solide on trouve trois catégories d'électrons :
zLes
électrons des couches inférieures
fortement liés à leurs noyaux
Énergie
¾ Pas beaucoup d'intérêt pour l'électronique
¾
zLes
électrons de valence
Gravitent autour de deux noyaux
¾ Énergie dans la bande de valence
¾
zLes
Bande de conduction
Bande interdite = gap
électrons libre
Se déplace librement dans le cristal
¾ Énergie dans la bande de conduction
¾
A. Oumnad
-
Bande de valence
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
23
Conducteur
Les Bandes de conduction et de valence se
chevauchent, il n'y a pas de gap
z L'agitation thermique suffit largement pour
libérer les électrons (amener leur énergie
dans la bande de conduction)
z Chaque atome libère au moins un électron
z Nombre très important d'électrons libres
z Le branchement d'un générateur de tension
produit un champs électrique qui attire les
électrons produisant un courant important
z
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
24
Les isolants
z
z
z
z
Les Bandes de conduction et de valence
sont séparée par un gap très important
L'agitation thermique même à température
élevée ne parvient pas à libérer les
électrons.
Aucun électron libre
Le branchement d'un générateur ne produit
aucun courant
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
25
Les semi-conducteurs (intrinsèques)
z
z
z
z
z
z
Constitués de matériaux tétravalent purs comme le
silicium ou le germanium (4 électrons de valence)
Le gap a une largeur relativement faible (1 eV)
A très basse température (0°K), les SC intrinsèques
sont parfaitement isolants.
L'agitation thermique à la température ambiante suffit
pour libérer un nombre d'électrons relativement
important
La conductivité d'un SC dépend donc fortement de la
température.
Un atome qui perd un électron devient un ion positif.
Le manque d'électron est désigné par trou.
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
26
Les Deux types de conduction
Conduction = déplacement d'une charge électrique
zConduction par électrons libre (charge négative)
zConduction par trou : un trou (charge positive)
peut se déplacer provoquant un courant
zLa conduction par trou est plus lente que la
conduction par électrons libres
1
2
3
4
I
5
6
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
27
SC Extrinsèque de type N
z
z
On introduit un matériau
pentavalent (donneur) avec 5
électrons sur la couche de valence
comme antimoine, phosphore ou
arsenic
Chaque atome introduit un électron
libre sans laisser de trou
z
Le nombre d'électrons est bien plus
important que celui des trous. Ce
sont les porteur majoritaires
z
La conduction est essentiellement
une conduction d'électrons
A. Oumnad
-
électron
libre
Si
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
Si
P
Si
Si
28
SC extrinsèque de type P
z
On introduit un matériau (accepteur)
avec 3 électrons sur la couche de
valence comme le bore, l'aluminium,
le gallium ou l'indium
Trou
z
Chaque atome introduit un trou sans
libérer d'électron
z
Le nombre de trou est bien plus
important que celui des électrons. Ce
sont les porteur majoritaires
z
La conduction est essentiellement une
conduction de trou
A. Oumnad
-
Si
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
Si
In
Si
Si
29
La diode
La diode est un composant qui ne laisse
passer le courant électrique que dans un
seul sens
Elle est réalisée à l'aide d'une jonction PN
obtenue en collant un SC (N) à un SC (P) d'où
l'appellation diode à Jonction
anode
P
cathode
K
A
A
A. Oumnad
N
K
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
30
Polarisation de la diode
Une diode est polarisée en
directe si on applique une
alimentation avec (+ sur A) et (sur K), la diode est alors
passante ou conductrice
Une diode est polarisée en
inverse si on applique une
alimentation avec (+ sur K) et (sur A), la diode est alors
bloquée, aucun courant ne la
traverse
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
I
+
-
+
-
A
K
K
A
31
Caractéristique de la diode
I
A
ID (mA)
+
V
La diode a un seuil de conduction.
Elle
commence
à
conduire
doucement vers VD de l'ordre de
0.3V . Elle est franchement
conductrice quand Vd est de l'ordre
de 0.7V
Pour faciliter, on adopte une
caractéristique idéalisée :
z VD < 0.7 V ⇒ diode Bloquée
z VD = 0.7 V ⇒ diode conductrice
z Le courant doit être limité avec
une résistance externe
A. Oumnad
-
80
70
60
50
40
30
20
10
0.2 0.4 0.6 0.8
V (V)
D
ID (mA)
80
70
60
50
40
30
20
10
0.2 0.4 0.6 0.8
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
V (V)
D
32
Comment calculer ?
Diode conductrice = tension de 0.7V
Diode bloquée
= interrupteur ouvert
I
R
U = 15 V
R = 1 kΩ
Calculer I et le tension aux
borne de R
U
U = RI + VD
U −VD 15−0.7
I=
=
= 14.3 mA
R
1000
VR =RI =1000Ω × 14.3 mA = 14.3 V
ou U = VR + VD ⇒ VR = U - VD = 15 - 0.7 = 14.3 V
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
33
Redressement mono alternance
L'objectif est de partir de la tension alternative
issue du secteur pour obtenir une tension continue
Permettant d'alimenter les circuit électroniques
Ve > 0 ⇒ diode conductrice
⇒ interrupteur fermé
⇒ VL = Ve
Ve > 0 ⇒ diode bloquée
⇒ interrupteur ouvert
⇒ VL = 0
IL
Ve
Secteur
RL
VL
Ve
π
VL = 1 ∫ E sin( θ ) d θ
2π 0
π
= E [− cos( θ )]0 = E
π
2π
A. Oumnad
-
VL
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
34
double alternance – transfo 3 fils
D1
V1 R
L
V1
IL
Secteur
V2 V
L
D2
D1
V1 R
L
V2
IL
Secteur
V2 V
L
V1 R
L
IL
Secteur
VL
V2 V
L
D2
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
35
double alternance – transfo 2 fils
D4
Secteur
D1
RL
Ve
D2
IL
VL
V1
D3
D1
Secteur
RL
Ve
D2
D4
Secteur
IL
VL
VL
π
RL
Ve
VL = 1 ∫ E sin( θ ) d θ
IL
π
VL
D3
0
= E [− cos( θ )]0 = 2 E
π
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
π
π
36
Filtrage par condensateur en tête
D1
IL
Secteur
Ve
RL
VL
C
IL
VL
Secteur
C
RL
D2
2ΔV
2ΔV
VL
IL
E
≈
Ondulation ΔV =
2RLCf 2Cf
A. Oumnad
-
ΔV =
E ≈ IL
4RLCf 4Cf
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
37
Position du problème
On désire réaliser une alimentation 6V, 100 mA,
ΔV=0.2V. Il faut choisir le transfo et le condensateur
Avec un double alternance on obtient C=1250 µF
On prend C= 2200 µF, cela compensera un peu les
effets non pris en compte.
Avec un transfo à point milieu on a :
Vmax = tension désirée + ΔV + VD = 6+0.2+0.7 ≈ 7V
Avec un pont : Vmax = 6+0.2+0.7+0.7 ≈ 7.6V
Veff = 7 / √2 = 5V
ou
7.6 / √2 = 5.37V
L'expérience montre que les transfo du commerce ne
sont pas de très grande qualité, "dès qu'on les charge
il se casse la gueule"
On prendra donc un transfo 2×6V , (200 mA ou +)
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
38
Le transistor à jonction
Le transistor est constitué de 3 couches de semi-conducteurs. On
distingue les transistor NPN et les transistor PNP
C
N
B
P
N
E
C
C
P
B
B
N
P
E
E
C
B
E
Il a trois bornes:
z La base traversée par le courant IB, est le plus souvent utilisée
comme l'entrée de commande
z Le collecteur, traversé par le courant IC, est le plus souvent utilisé
comme de sortie
z L'émetteur traversé par le courant IE, est le plus souvent utilisé
comme réference
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
39
Caractéristique du transistor
C
Le transistor est un amplificateur de courant, il
est caractérisé par la relation fondamentale :
B
IC =β IB
On constate aussi :
z IE = IC + IB
z La jonction (diode) base-émetteur
détermine l'état du transistor, quand
elle conduit il conduit, et on a
VBE=0.7V
z La tension VCE est imposée par le
circuit extérieur
z La
jonction
base-collecteur
fonctionne en inverse à cause de
l'effet transistor, "il vaut mieux
l'oublier"
A. Oumnad
-
IC
IB
IE
Ic (mA)
E
16
160µA
14
140µA
12
120µA
10
100µA
8
80µA
6
60µA
4
40µA
2
IB =20µA
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
Vce
40
Polarisation du transistor
Polariser le transistor c'est le faire conduire à l'aide d'une
alimentation continue et un circuit de polarisation pour le mettre
dans un état donné par (IB, IC, VCE)
Polarisation par une résistance de base
z
z
z
On détermine le courant IB en écrivant la
loi d'ohm dans la maille d'entrée
Vcc = RB IB + 0.7 + RE IE
β est en général > 100 , IC ≈ IE
V − 0 .7
I B = cc
RB+ βRE
IC en découle puisque IC = β IB
La tension VCE est déterminée en écrivant
la loi d'ohm dans la maille de sortie
Vcc = RC IC + VCE + RE IE (IC ≈ IE)
VCE = Vcc- (RC + RE) IC
A. Oumnad
-
Rc
Rb
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
Ic
C
Vcc
Ib B
E
RE
41
Polarisation par une résistance de base : Exemple 1
Calculer IB, IC, VCE, VE, VB
I B = 12V - 0.7V
= 11.3V = 13.3 µA
750K + 100×1K 850 K
IC = β IB = 100 × 13.3 µA = 1.33 mA
Rb
750K
Ib B
VCE = 12V - (4K+1K) × 1.33 mA = 5.35 V
VE = RE IC = 1K × 1.33 mA = 1.33V
Rc
4K
Ic
C
100
Vcc
12V
E
RE
1k
VB = VE + 0.7 V = 1.33V + 0.7V ≈ 2V
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
42
Polarisation par résistance de base : exemple 2
Calculer les résistances pour avoir VE=2V, IC=1mA, VCE=5V
VE = RE IC ⇒ RE = 2V = 2 K
1 mA
VCC = RC IC + VCE + VE
⇒RC IC = 12 - 5 - 2 = 5V
⇒RC = 5V = 5K
1mA
Rc
Rb
Ib B
VCC - VB = RB IB
100
Vcc
12V
E
RB = 12 - 2.7 = 930 K
0.01 mA
A. Oumnad
Ic
C
RE
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
43
Polarisation par pont
Pour faciliter le calcul, RB1 et RB2 sont choisies de sorte que I1
soit au moins 10 fois > à IB ce qui permet de négliger IB et
d'écrire I1 = I2 = IP et de considérer que VB ne dépend que de
RB1 et RB2
RB2
VB ≈
VCC
RB1+RB2
Rc
RB1
VE ≈ VB - 0.7V
VE ≈ RE IC ⇒ IC et IB
I1
Vcc ≈ RC IC + VCE + RE IC
I2
VCE ≈ VCC - (RC + RE )IC
RB2
A. Oumnad
Ic
C
Vcc
IB B
E
RE
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
44
Polarisation par pont : exemple 1
Calculer VB, VE, IC, IB, VCE, VC
RB 2
10k
Vcc =
× 12V = 1.82V
VB ≈
RB1 + RB 2
66 k
Vcc 12V
VE = VB - 0.7V = 1.82 - 0.7 = 1.12V
VE 1.12V
IC ≈ I E =
=
= 0.56 mA
RE
2K
I
560µA
IB = C =
= 5.6 µA
β
100
VC = VE + VCE = 1.12V +5.28V = 6.4V
-
I1
IB B
I2
VCE ≈ VCC - (RC + RE )IC = 12 V - 12K×0.56mA≈ 5.3V
A. Oumnad
RB1
56K
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
RB2
10K
Rc
10K
Ic
C
100
E
RE
2K
45
Polarisation par pont : Exemple 2
Calculer les résistances pour avoir :
VE=2V, IC=1mA, VCE=5V, IP = 20 x IB
IP = 20×1mA = 0.2 mA
100
Vcc 12V
VCC 12V
RB1+RB2 =
=
= 60K
IP 0.2mA
VB
RB2 = = 2.7V = 13.5 K
IP 0.2 mA
RB1
IP
RB1 = 60K - RB2= 60K - 13.5K = 46.5K
VE 2V
RE = =
=2K
IC 1mA
RC =
Rc
Ic
C
IB B
100
IP
RB2
E
RE
Vcc -VCE - VE 12V -5V -2V
=
=5K
IC
1mA
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
46
Transistor bipolaire en amplification
I
Le transistor étant polarisé, que se
passe-t-il si on fait varier légèrement IB
autour de sa position de repos IB0 ?
Ê alors IC Ê β fois + vite
Ì alors IC Ì β fois + vite
zVCE = Vcc- (RC + RE) IC
donc si IC varie alors VCE varie
(RC+RE) fois plus vite mais en
opposition de phase
I
B
Δ IB
B0
zSi IB
zSi IB
to
I
I
C
Δ I C= β Δ IB
C0
to
z
z
L'effet d'amplification apparaît
donc clairement. Les variation
obéissent à deux lois :
La caractéristique du transistor :
IC=βIB
La loi d'Ohm dans le circuit de
sortie (droite de charge)
A. Oumnad
-
t
t
V
CE
V
CE0
to
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
t
47
Illustration graphique de l’amplification
Illustration graphique de l'amplification du transistor bipolaire
z La droite IC=βIB donne la variation de IC en fonction de IB
z La droite de charge VCE = Vcc- (RC + RE) IC donne les
variation de VCE en fonction de IC
I c (mA)
IC = β IB
V
2
CE
=V
cc (
(R
C
1
+R
E)
IB
IC
Vce
(µA)
20
A. Oumnad
10
-
2
4
6
8
10
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
(V)
12
48
Capacité de liaison
Pour appliquer le signal d'entrée à amplifier et prélever le
signal de sortie amplifié (signaux alternatifs) sans
perturber le point de fonctionnement statique du montage,
on fait appel à des capacités de liaison qui laissent passer
l'alternatif mais pas le continu
Vcc
C
B
vs
E
ve
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
49
Schéma équivalent du transistor vis-à-vis des variations
Autour d'un point de polarisation, les relations entre les
faibles variations sont décrite d'une façon simplifiée par :
⎧vBE = h11 iB
⎨
⎩ iC = β iB
Le terme h11 donne la relation entre une tension et un
courant, il est donc homogène à une résistance.
On obtient donc le schéma équivalent ci-dessous.
Chaque transistor a sa propre
ic
ib
B
valeur de h11, une valeur
C
approximative est donnée par : v
h11 =
26 β
(I E )mA
A. Oumnad
h11
be
E
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
βib
vce
E
50
Montage émetteur commun
Ce montage tire son nom du fait que
l'émetteur est relié à la masse.
Dans le schéma équivalent pour les
variation :
z les condensateur sont des courtcircuits
z L'alimentation est une masse car
sa valeur ne peut varier
ve
z RB = RB1 // RB2
B
ve
iC
iB
RB
iC
β iB
h11
Rc
E
C
Vcc
RB1
C
B
RB2
vs
E
Gain en tension
vS
v e = h 11 i b
v s = −R c i c = −R c βi b
vs
βR c
Av =
=−
ve
h11
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
51
Emetteur commun avec résistance d’émetteur
Le montage décrit ci-dessus présente l'inconvénient d'instabilité
thermique. On y remédie en introduisant une résistance d'émetteur.
B
RB
ve
iC
iB
β iB
h11
E
iC
Vcc
C
Rc
vS
C
RE
B
vs
E
ve
v s = −R c i c = −R c βi b
(
)
v e = h11 i b + R E ( β + 1 ) i b = h11 + ( β + 1 ) R E i b
Av =
R
vs
βR c
=−
≈− C
ve
h11 + ( β + 1 ) R E
RE
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
52
Application numérique 1
Vcc
Polarisation :
calculer les résistances pour avoir
VCE = 6V, IC = 1mA
12V
RC
RB
C
Étude dynamique :
Calculer h11 et le gain en tension Av
V -V
RC = CC CE = 6V = 6 K
IC
1mA
VCC -VBE
RB =
= 11.3V = 1.13 MΩ
IB
0.01mA
26 β
h11 =
= 2600 Ω
(I E )mA
Av = -
β Rc
= - 100 × 6k ≈ -230
h11
2.6k
A. Oumnad
-
ve
B
100
vs
E
Cet amplificateur a un
gain de 230 qui est une
valeur
tout
à
fait
respectable
pour
ce
genre d'amplificateur
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
53
Application numérique 2
Vcc
Polarisation :
calculer les résistances pour avoir :
VCE = 5V, VE = 1V, IC = 1mA
Étude dynamique :
Calculer h11 et le gain en tension
V
RE = E = 1V = 1 K
IE 1mA
VCC - VCE - VE
RC =
= 6V = 6 K
IC
1mA
V -V
RB = CC B = 10.3V ≈ 1 MΩ
IB
0.01mA
26 β
= 2600 Ω
(I E )mA
RC
= - 6K = - 6
Av= RE
1K
h11 =
A. Oumnad
-
12V
RC
RB
C
B
ve
100
vs
E
RE
La résistance RE a un rôle de
stabilisation thermique mais
elle a une influence néfaste
sur du gain en tension. Il va
falloir trouver une parade.
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
54
La parade
Vcc
La résistasse RE est découplée
par un condensateur qui :
12V
RC
RB
z
z
N'intervient pas en statique,
et RE peut jouer son rôle de
stabilisation thermique
C
B
ve
vs
100
E
Se comporte comme un
RE
court-circuit en dynamique, RE
n'apparaît pas dans le schéma
équivalent et l'expression du
RE est présente pour
gain est :
les courants continus
β Rc
Av = −
et absente pour pour
h11
les courants alternatifs
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
55
Montage collecteur commun
Vcc
RB1
ib
B
C
v
h11
RB
E
ie
e
B
ve
RE
E
RB2
ie
RE
vs
B
v
v e = h11i b + R E ( β + 1 ) i b
ii
e
ib
i
h11
βib
vs
ie
p
βib
RB
C
E
RE
v
s
v s = RE ( β + 1 ) i b
( β + 1 ) RE
vs
Av =
=
h11 + ( β + 1 ) R E
ve
A. Oumnad
-
≅ 1
On peut se demander à
quoi sert ce montage
puisqu'il a un gain de 1.
C'est ce qu'on va voir !
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
56
Impédance d’entrée et de sortie
Le gain en tension seul ne suffit pas à caractériser un
amplificateur.
z Vu de l'entrée, l'amplificateur se comporte comme une
résistance qu'on appelle impédance d'entrée.
z Vu de la sortie, il se comporte comme un générateur de
tension interne Vi = Av Ve en série avec une résistance
qu'on appelle l'impédance de sortie
i
Ve
i
Zs
e
Ze
A ve
v
ve
Ze =
ie
s
Vs
z
z
z
A. Oumnad
-
Zs =
v s ) co
i s ) cc
Un bon amplificateur
est caractérisé par :
Ze très relevée
Zs très faible
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
57
Compromis Gain - Impédances
Émetteur commun
Collecteur commun
Ze = RB // h11
Ze = RB // (h11 + β RE )
Z S = RC
ZS =
Reprenons l'exemple
précédent
Av = 230
Ze = 1M // 2.6K ≈ 2.6 k
Zc = Rc = 6K
h11
β
Si on prend un C.C. avec
VE=6V et IE = 1 mA
RE=6k, RB=530k, h11=2.6k
Av = 1
Ze ≈ 280 K
Zc = 26 Ω
On constate que l'E.C. a un bon gain mais des impédance médiocre
alors que le C.C. a un gain médiocre et des impédances très correctes
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
58
Application Comparative
Vcc
Vcc
12V
RC
RB
1030k
B
C
100
5.5k
Voici 2
montages,
un EC et un
CC
VE=5.5
VCE = 5.5V
IE = 1 mA
C
B
E
RB2
E
1k
RB1
RE
vs
RE
VE=6V et IE = 1 mA
AV=-210
AV=1
Ze=2.6k
Ze=282k
Zs=5.5K
Zs=26Ω
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
59
Emetteur commun seul
1962mV
9.3mV
i
3k
20mV
Ve
EC
Zs
e
Ze
A ve
v
200Ω
On injecte 20 mv,
on récupère 69 mV
et pourtant, on a un
gain de 210
A. Oumnad
69mV
Vs=?
AV=-210
Ze=2.6k
Zs=5.5K
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
60
Emetteur commun suivi du Collecteur commun
1962mV
9.3mV
i
3k
20mV
Ve
1924.5 mV
1924.5mV
1703 mV
EC
Zs
e
A ve
v
Ze
AV=-210
on récupère
1703 mV
C’est mieux
CC
Ze
Zs
Avve
200Ω
AV=1
Ze=2.6k
Ze=282k
Zs=5.5K
Zs=26Ω
A. Oumnad
-
Vs=?
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
61
Amplificateur Opérationnel
+
A
Ve
Vs
-
z
z
z
Amplificateur Différentiel á très grand gain :
Vs = A Ve avec A > 106
Très grande Impédance d’entrée ∼ ∞
Ö Courants d’entrée nuls
Très faible impédance de sortie
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
62
Mode de fonctionnement linéaire
Vcc
+
Ve
A
VS = A (V+ - V-)
Vs
Vee
z
z
Ampli Op alimenté entre Vcc et Vee
Vcc < Vs < Vee soit Vs = qq Volts
Comme A est très grand
(V+ - V-) ≈ 0
V+ = VA. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
63
Amplificateur inverseur
V + = 0 ⇒ V − = 0 → masse virtuelle
ve = R1 i
vs = - R2 i
R2
i
R1
Ve
R2
vs = − ve
R1
A. Oumnad
Vs
i
+
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
64
Amplificateur Non Inverseur
V + = ve
⇒ V − = ve
R2
ve = R1 i
R1
i
i
-
vs - ve = R2 i
+
vs
ve
⎛
R2
R2 ⎞
vs = ve + ve = ⎜⎜ 1 + ⎟⎟ve
R1
R1 ⎠
⎝
⎛
R2 ⎞
⎜
vs = ⎜ 1 + ⎟⎟ve
R1 ⎠
⎝
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
65
Montage suiveur
-
ve
+
vs
vs = ve
Ze = ∞
A. Oumnad
Zs = 0
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
66
Sommateur inverseur
v1 = R1 i1
RB
v2 = R2 i2
v1
v2
i = i1 + i2
vs = - RB i
R1
i1
i
+
R2
vs
i2
⎛ V1 V2 ⎞
⎟⎟
+
V s = − R B ⎜⎜
⎝ R1 R 2 ⎠
avec R1 = R2 = RA
A. Oumnad
-
RB
Vs = − ( v1 + v2 )
RA
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
67
Sommateur Non Inverseur
RB
R 2 v1 + R 1v 2
v =
R1 + R 2
RA
+
ve1
vs
+
R1
RA
v =
v
RA + RB s
ve2
−
R2
R 2 v1 + R 1v 2
RA
=
v
R1 + R 2
RA + RB s
Si R1 = R2
-
vs =
RA + RB
R A (R 1 + R 2 )
(R v
2 1
+ R 1v 2 )
RA + RB
v1 + v 2 )
vs =
(
2RA
Si en plus RA = RB
A. Oumnad
v s = v1 + v 2
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
68
Amplificateur différentiel
RB
R2
v =
v
R1 + R 2 2
+
v− =
v1
v2
R B v1 + R A v S
RA + RB
RA
+
vs
R1
R2
R B v1
R A vS
+
v2 =
R1 + R 2
RA + RB RA + RB
R2
⎞
R A + RB ⎛ R2
RB
⎜
vs =
v −
v ⎟
RA
⎝ R1 + R 2 2 R A + R B 1 ⎠
v s = v 2 − v1
Si R1 = R2 et RA = RB
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
69
Montage integrateur
vC
vc = - vs
ve = R i
ve
i=
R
R
ve
i
i
-
masse virtuelle
dvC
dQ
=C
i=
dt
dt
vc =
vs
+
Q = CV C
1
C
C
vs = −
∫ i( t )dt = −vS
A. Oumnad
-
1
CR
∫ v ( t )d t
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
e
70
Montage dérivateur
R
vc = ve
vC
d VC
d ve
i =C
=C
dt
dt
i
ve
C
i
+
vs
masse virtuelle
vs = −R i
d ve
vs = −R C
dt
A. Oumnad
-
Ecole Mohammadia d'Ingénieurs
71