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Le transistor bipolaire Pascal MASSON ([email protected]) Edition 2012-2013 Pascal MASSON École Polytechnique Universitaire de Nice Sophia-Antipolis Cycle Initial Polytechnique Le transistor bipolaire -Cycle Polytechnique1645 Initial route des Lucioles, 06410 BIOT Sommaire I. Historique II. Caractéristiques du transistor III. Polarisation du transistor IV. Les fonctions logiques V. Amplification en classe A VI. Multivibrateur astable ABRAHAM BLOCH VII. Amplification en classe B VIII. Amplificateur opérationnel Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire I. Historique I.1. Définition Le transistor bipolaire est un composant électronique utilisé comme : interrupteur commandé, amplificateur, stabilisateur de tension, modulateur de signal … Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire I. Historique I.2. Histoire du transistor 1947 : John BARDEEN et Walter BRATTAIN inventent le transistor à contact (transistor) au laboratoire de physique de la société BELL (USA). Cette découverte est annoncée en juillet 1948. Transistor à contact 1948 1948 : Herbert MATARE et Heinrich WELKER inventent (indépendamment de BELL) aussi le transistor à contact en juin 1948 (en France). Ce transistor sera appelé le Transistron 1948 Transistron pour le distinguer de celui de BELL. 1948 : en janvier William SHOCKLEY invente le transistor à jonction (bipolaire) mais la technique de fabrication ne sera maitrisée qu’en 1951 Transistor à jonction 1948 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire I. Historique I.2. Histoire du transistor Les transistors remplacent les contacteurs électromécaniques des centraux téléphoniques et les tubes dans les calculateurs. 1953 – calculateur (93 transistors + 550 diodes) Sonotone 1010 1953 : première application portative transistor entant que sonotone. Régency TR-1 (4 transistors) 1954 : première radio à transistors. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire du I. Historique I.3. Histoire des premiers circuits intégrés 1958 : Jack KILBY de Texas Instrument présente le premier circuit (oscillateur) entièrement intégré sur une plaque de semiconducteur. 1958 – premier circuit intégré 1960 : production de la première mémoire Flip Flop par la Fairchild Semiconductor. 1960 – Flip Flop en circuit intégré 1965 : à partir du nombre de composants par circuit intégré fabriqué depuis 1965, Gordon MOORE (Fairchild Semiconductor) prédit que le nombre de composants intégrés (par unité de surface) doublera tous les 12 mois. Cette loi est toujours vraie ! Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire société II. Caractéristiques du transistor II.1. Définition d’un transistor bipolaire Le transistor bipolaire est créé en juxtaposant trois couches de semiconducteur dopés N+, P puis N pour le transistor NPN (courant dû à un flux d’électrons) ou dopés P+, N puis P pour le transistor PNP (courant dû à un flux de trous). Le niveau de dopage décroit d’un bout à l’autre de la structure. Un faible courant de base, IB, permet de commander un courant de collecteur, IC, bien plus important. II.2. Représentation émetteur collecteur collecteur base Pascal MASSON VCE base VBE IB N P N+ collecteur IC VCE base IE émetteur Transistor NPN -Cycle Initial Polytechnique- VBE IB P N P+ émetteur Transistor PNP Le transistor bipolaire IC IE II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN B P N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBE est suffisante, la diode BE (base –émetteur) est passante : Courant de trous de B vers E. Courant d’électrons de E vers B qV qV I = IS . exp BE = (ISt + ISe ). exp BE kT kT B P VBE N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBE est suffisante, la diode BE (base –émetteur) est passante : Courant de trous de B vers E. Courant d’électrons de E vers B qV qV I = IS . exp BE = (ISt + ISe ). exp BE kT kT Si le nombre d’électrons dans l’émetteur et 100 fois plus grand que le nombre de trous dans la base alors ISt << ISe. B P VBE N+ E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C N B P VBE N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. VBC ξ B P VBE N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de la ZCE Base- VBC ξ collecteur. B P VBE N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de la ZCE Base- VBC ξ collecteur. Les électrons sont propulsés dans le collecteur pas le champ électrique. B P VBE N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de la ZCE Base- VBC ξ collecteur. Les électrons sont propulsés dans le collecteur pas le champ électrique. Si on modifie la tension VBC (dans une certaine limite), le champ électrique est toujours suffisant B P VBE pour propulser tous les électrons : N Le courant de collecteur ne dépend pas de la tension VBC mais uniquement de VBE. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- E Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Par convenance on pose : VT = q ( = 25.6 mV à 300K ) kT Les trois courants du transistor bipolaire sont : C IC IB : courant de trous de B vers E. V I B = ISt . exp BE VT IC : courant d’électrons de E vers C V I C = ISe . exp BE IB VT B IE : courant de trous de B vers E + courant N ξ P d’électrons de E vers C V I E = IS . exp BE = I B + IC VT Le rapport, β, entre les courants IC et IB dépend entre N autres des niveaux de dopage de l’émetteur et de la base ainsi que de l’épaisseur de la base : IC = β.IB Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBC augmente trop : C Le champ électrique base – collecteur diminue IC N ξ B IB P N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBC augmente trop : C Le champ électrique base – collecteur diminue IC N Les électrons ne sont plus tous propulsés dans le collecteur mais une partie sort par la base ξ Le courant IC tend à devenir nul On dit dans ce cas que le transistor est saturé B IB P La tension VCE pour laquelle ce phénomène apparaît est notée VCEsat. N E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IB(VBE) du transistor NPN Pour débloquer (rendre passant) le transistor NPN, il faut que la jonction base-émetteur soit polarisée en direct avec une tension supérieure à la tension de seuil, VS, de cette diode : VBE > VS. La caractéristique IB(VBE) est celle de la diode base-émetteur en ne considérant que le courant de trou. Ici le courant de trous est bien plus faible que le courant d’électrons. collecteur VCE base VBE IB N P N+ IC inverse directe IE émetteur Pascal MASSON IB (A) 0 -Cycle Initial Polytechnique- VS VBE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IB(VBE) du transistor PNP Pour débloquer (rendre passant) le transistor PNP, il faut que la jonction base-émetteur soit polarisée en direct avec une tension supérieure (en valeur absolue) à la tension de seuil, VS, de cette diode soit : VBE < −VS. La caractéristique IB(VBE) est celle de la diode base-émetteur en ne considérant que le courant des électrons. Ici le courant des électrons est bien plus faible que le courant des trous. collecteur VCE base VBE IB P N P+ directe inverse IE émetteur Pascal MASSON IB (A) IC −VS -Cycle Initial Polytechnique- 0 VBE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IC(VCE) du transistor NPN Si la jonction BC est polarisée en inverse, alors le courant d’électrons peut traverser cette jonction. Dans ce cas le courant IC est indépendant de VCE : régime linéaire (IC = β.IB) collecteur VCE base VBE IB N P N+ IC IB3 IB2 > IB1 IB1 IE émetteur Pascal MASSON IB4 IC (A) 0 -Cycle Initial Polytechnique- VCE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IC(VCE) du transistor NPN Si la jonction BC est polarisée en inverse, alors le courant d’électrons peut traverser cette jonction. Dans ce cas le courant IC est indépendant de VCE : régime linéaire (IC = β.IB) Si VCE = 0 alors aucun courant ne circule entre l’émetteur et le collecteur collecteur VCE base VBE IB N P N+ IC IB3 IB2 > IB1 IB1 IE émetteur Pascal MASSON IB4 IC (A) 0 -Cycle Initial Polytechnique- VCE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IC(VCE) du transistor NPN Si la jonction BC est polarisée en inverse, alors le courant d’électrons peut traverser cette jonction. Dans ce cas le courant IC est indépendant de VCE : régime linéaire (IC = β.IB) Si VCE = 0 alors aucun courant ne circule entre l’émetteur et le collecteur Le basculement entre ces deux fonctionnements se produit à la tension VCEsat (sat pour saturation) : le courant IC n’est pas proportionnel à IB. saturé collecteur VCE base VBE IB N P N+ IC IB4 IC (A) IB3 IB2 > IB1 IB1 IE émetteur Pascal MASSON Linéaire 0 -Cycle Initial Polytechnique- VCEsat VCE (V) Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 La boucle d’entrée permet de déterminer la valeur de IB I B0 = E G = R B .I B0 + VS + R S .I B0 E G − VS R B + RS VBE0 = VS + R S .I B0 VDD RC IB (A) EG/RB RB IB0 0 Pascal MASSON EG VS VBE0 IB IC VBE EG VBE (V) -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 On considère que le transistor est en régime linéaire I C = β.I B VDD RC RB EG Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- IB IC VBE Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 On considère que le transistor est en régime linéaire I C = β.I B On peut donc résumer le transistor à trois éléments : En entrée : VS et RS (donc la diode base-émetteur) En sortie: un générateur de courant IC = β.IB VDD RC RB EG Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- IB VBE IC IC VCE Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 Il faut à présent vérifier si le transistor est réellement en régime linéaire par le calcul de VCE VCE = VDD − R C .I C VDD = R C .I C + VCE Si VCE > VCEsat alors on confirme le régime linéaire et les calculs sont exacts VDD RC IC VDD/RC IC0 RB IB0 EG 0 VCEsatVCE0 Pascal MASSON VDD IB IC VBE VCE -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 Si VCE < VCEsat le transistor est en régime saturé et l’utilisation de la droite de charge donne les vraies valeurs de IC0 et VCE0 Si on utilise pas la droite de charge, on impose VCE = VCEsat et on détermine la valeur de IC avec la boucle de sortie. I C0 = VDD = R C .I C0 + VCEsat VDD VDD − VCEsat RC RC IC VDD/RC IC0 RB IB0 EG 0 VCEsatVCE0 Pascal MASSON VDD IB IC VBE VCE -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 Il faut aussi re-déterminer la véritable valeur du courant de base. Les électrons qui passent de l’émetteur à la base ne sont pas tous propulsés au collecteur et une partie sort par la base. Les valeurs de VS et RS sont donc différentes VDD RC IB (A) EG/RB RB IB0 0 Pascal MASSON EG VS VBE0 IB IC VBE EG VBE (V) -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG 0 Pascal MASSON IB VCE VBE IC IB (A) EG/RB IC VDD/RC IB0 VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG VCE VBE VDD/RC IB0 EG/RB Pascal MASSON IB IC IB (A) 0 IC VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC IB0 EG/RB 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG 0 Pascal MASSON IB VDD/RC VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VCE VBE IC IB (A) EG/RB IC IC0 IB0 VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IB (A) IC IB VCE VBE VDD/RC IB0 EG/RB IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC EG/RB IB0 IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC EG/RB IB0 IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG VDD/RC EG/RB IB0 Pascal MASSON IB VCE VBE IC IB (A) 0 IC VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Cycle Initial Polytechnique- IC0 IB0 VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Les résistances R1 et R2 forment un pont entre la base et VDD d’où le nom. La détermination de IB passe par celle de IP. VDD R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Approche simple On considère que IP >>> IB. Dans ce cas un simple pont diviseur de tension permet de connaître la valeur de VBE et par suite la valeur de IB. VBE = VDD R2 VDD R1 + R 2 R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On résout un système de deux équations qui correspond à l’ écriture de deux mailles en entrée VBE = R 2 .I P = VS + R S .I B VDD VDD = R1.(I P + I B ) + VBE = R1.I P + VS + (R1 + R S )I B R1 On trouve R VDD − 1 + 1VS R2 IB = R R1 + R S + R S . 1 R2 Pascal MASSON IP + IB IP RC IB VBE R2 -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin VDD R1 IP + IB IP R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- RC IB VBE Thévenin Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB VDD R1 RC VCE R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th = VDD R1.R 2 R1 + R 2 R1 RC VCE R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th = VDD R1.R 2 R1 + R 2 On détermine alors Eth avec un pont diviseur de tension E th = R1 R2 VDD R1 + R 2 VCE R2 Pascal MASSON RC -Cycle Initial Polytechnique- Eth Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th = VDD R1.R 2 R1 + R 2 RC On détermine alors Eth avec un pont diviseur de tension Rth R2 E th = VDD R1 + R 2 VBE D’où IB : IB = Eth E th − VS R th + R S Pascal MASSON IB -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Pont de base Détermination de la valeur de IB On retrouve le théorème de Thévenin à partir des deux mailles en entrée : VBE = R 2 .I P VDD = R1.(I P + I B ) + VBE VDD On extrait IP de la première équation que l’on reporte dans la deuxième V VDD = R1. BE + R1.I B + VBE R2 Qui s'écrit aussi en regroupant les VBE R + R2 VBE VDD = R1.I B + 1 R 2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Détermination de la valeur de IB On retrouve le théorème de Thévenin à partir des deux mailles en entrée : VBE = R 2 .I P VDD = R1.(I P + I B ) + VBE VDD On extrait IP de la première équation que l’on reporte dans la deuxième V VDD = R1. BE + R1.I B + VBE R2 Qui s'écrit aussi en regroupant les VBE R2 R .R VDD = 1 2 .I B + VBE R1 + R 2 R1 + R 2 E th Pascal MASSON R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 R th -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.3. Résistance d’émetteur Dans la résistance RE il passe le courant IE donc les courants IB et IC La maille en entrée s'écrit : E th = R th .I B + VS + R S .I B + R E .(I B + I C ) E th = R th .I B + VS + R S .I B + R E .(1 + β ).I B VDD On trouve le courant IB E th − VS IB = R th + R S + (1 + β ).R E RC Rth Vu de l’entrée, la résistance RE est multipliée par (1+β) En fonction de la valeur de β on peut écrire : (1 + β).R E ≈ β.R E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- IB VBE Eth RE Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.3. Résistance d’émetteur La présence de RE permet une régulation thermique du transistor En fonctionnement, le transistor chauffe à cause de la circulation du courant ce qui augmente la valeur du courant qui engendre une augmentation de la température etc … En présence de RE : T° IB VDD VE RC VBE Rth IB Si la présence de RE n’est pas suffisante, il faut ajouter un radiateur sur le transistor. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- IB VBE Eth RE Le transistor bipolaire VCE VE IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : E 0V R1 VE Pascal MASSON RB 24 VCE − R R IC (A) IC 24 V −6V IC = IB4 R IB VBE S VCE = VS -Cycle Initial Polytechnique- 0 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R Si VE = 0 V : VBE est E 0V IC (A) IC 24 V −6V R1 VE Pascal MASSON RB IB4 R IB VBE S VCE = VS -Cycle Initial Polytechnique- 0 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R Si VE = 0 V : VBE est négatif (transistor bloqué) et IC = 0 soit VS = 24 V Si VE = 24 V : VBE E 0V IC (A) IC 24 V −6V R1 VE Pascal MASSON RB IB4 R IB VBE S VCE = VS -Cycle Initial Polytechnique- A 0 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R Si VE = 0 V : VBE est négatif (transistor bloqué) et IC = 0 soit VS = 24 V Si VE = 24 V : VBE > 0 (transistor passant) et IB = IB4 donc VS ≈ VCEsat ≈ 0 V E 0V IC (A) IC 24 V −6V R1 VE Pascal MASSON RB B IB4 R IB VBE S VCE = VS -Cycle Initial Polytechnique- A 0 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R Si VE = 0 V : VBE est négatif (transistor bloqué) et IC = 0 soit VS = 24 V Si VE = 24 V : VBE > 0 (transistor passant) et IB = IB4 donc VS ≈ VCEsat ≈ 0 V IC (A) B IB4 A 0 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 VCEsat Pascal MASSON B 24 VE (V) -Cycle Initial Polytechnique- A 0 IB1 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 VCEsat Pascal MASSON B 24 VE (V) -Cycle Initial Polytechnique- A 0 IB1 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 IB = IB1 VCEsat Pascal MASSON B 24 VE (V) -Cycle Initial Polytechnique- A 0 IB1 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 IB = IB1 IB = IB2 VCEsat Pascal MASSON IB = IB3 B 24 VE (V) -Cycle Initial Polytechnique- A 0 IB1 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE = VS = 24 − R.I C On obtient alors la droite de charge : IC = 24 VCE − R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 IB = IB1 IB = IB2 VCEsat Pascal MASSON IB = IB3 B 24 VE (V) -Cycle Initial Polytechnique- A 0 IB1 VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur Table de vérité et symbole logique : E S 0 1 1 0 E S=E En pratique on définit un gabarit pour l’inverseur VS (V) 24 VCEsat Pascal MASSON 24 VE (V) -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.2. La fonction NI (NON-OU, NOR) 24 V −6V Schéma électrique d’une porte NI : IC R2 E2 Pascal MASSON S = E1+E2 -Cycle Initial Polytechnique- IB VBE 0V E1 E2 R R1 E1 Table de vérité et symbole logique : RB E2 E1 S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Le transistor bipolaire S VCE = VS IV. Les fonctions logiques III.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 0 Reset 1 Q Table de vérité : Q 0 Set Reset 0 0 Q 0 Q 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 1 Set 0 Reset 1 Q Table de vérité : Q 0 Set Reset 0 0 1 0 Q 0 Q 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 1 Set 0 Reset 0 Q Table de vérité : Q 0 Set Reset 0 0 1 0 Q 0 Q 1 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 1 Set 0 Reset 0 Q Table de vérité : Q 1 Set Reset 0 0 1 0 Q 0 1 Q 1 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 0 Reset 0 Q Table de vérité : Q 1 Set Reset 0 0 1 0 0 0 Q 0 1 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 0 Reset 0 Q Table de vérité : Q 1 Set Reset 0 0 1 0 0 0 Q 0 1 1 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 1 Reset 0 Q Table de vérité : Q 1 Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 1 Reset 0 Q Table de vérité : Q 0 Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 0 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 1 Reset 1 Q Table de vérité : Q 0 Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 0 Q 1 0 0 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 0 Reset 1 Q Table de vérité : Q 0 Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 0 Q 1 0 0 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 1 Set 1 Reset 0 Q Table de vérité : Q 0 Chronogramme : Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 Q 0 1 1 0 0 Q 1 0 0 1 0 Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set 0 Reset 0 Q Table de vérité : Q 0 Chronogramme : Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 Q 0 1 1 0 0 Q 1 0 0 1 0 Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : 0 Set Chronogramme : 0 Reset ? Q Table de vérité : Q ? Etat interdit => Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 Q 0 1 1 0 0 ? Q 1 0 0 1 0 ? Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Schéma électrique de cette mémoire : 24 V −6V RB Set 0V R2 R RB Reset Q R1 R Q R2 R1 Symbole logique de la mémoire RS (bascule RS) : Set Reset Q Q Set Q Reset Q Mémoire de type RAM (Random Acces Memory) qui s’apparente à la SRAM (Static) : l’information disparaît si on éteint l’alimentation. Si le pont de base consomme 1 µ A (sous 30 V) et que l’on stocke 106 bits alors la mémoire disperse au moins 30 W ! Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI 1971 : 256-bit TTL RAM (Fairchild) Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement L’amplificateur de classe A amplifie tout le signal d’entrée. VDD On travaille dans la partie IC = β.IB linéaire du transistor qui est polarisé en statique à IB0 et IC0. Le courant IB oscille autour de IB0 et donc IC oscille autour de IC0 RC IB VE = VBE IC VS VCE = VS avec IC = β.IB. Sans signal d’entrée, l’ampli consomme IC0 : mauvais rendement (au mieux 50 %). Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin IC (A) VBE (V) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t t IC (A) ICmax IC0 IC = β.IB ICmin -Cycle Initial Polytechnique- t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin IC (A) VBE (V) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Cycle Initial Polytechnique- t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin IC (A) VBE (V) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Cycle Initial Polytechnique- t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin IC (A) VBE (V) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Cycle Initial Polytechnique- t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin IC (A) VBE (V) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Cycle Initial Polytechnique- t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 IBmin VCE (V) IC (A) ICmax IC0 ICmin t 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IB (A) IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) t IBmax IB0 IBmin 0 VBE (V) IBmax IB0 t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VS IC VCE VBE EGmax EG0 EGmin IC (A) t IC (A) IBmax ICmax IC0 0 EG (V) VCE (V) IB0 ICmax IC0 ICmin t 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin IB (A) IBmax IB (A) IBmax IBmin IBmin IB0 0 t IB0 VBE (V) t t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement VDD EG RC RB IB IC VCE VBE IBmax IC (A) ICmax IC0 ICmin 0 VS IB0 EG (V) EGmax EG0 EGmin t IC (A) IBmin t VCE (V) 0 t Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas Les gains VC/EG et VR/EG correspondent aux filtres passe bas et pas haut respectivement. La fréquence de coupure des deux filtres est : FC = 1/(2πRC). La notion de haute et basse fréquences se reporte à la valeur de FC VC EG C Pascal MASSON R VR -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger F = 0,05 FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.005 0.01 0.015 -Cycle Initial Polytechnique- 0.02 Temps 0.025 0.03 0.035 Le transistor bipolaire 0.04 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger F = 0,2 FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.002 0.004 -Cycle Initial Polytechnique- Temps 0.006 0.008 Le transistor bipolaire 0.01 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger F = 0,5 FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.0005 0.001 0.0015 -Cycle Initial Polytechnique- 0.002 Temps 0.0025 0.003 0.0035 Le transistor bipolaire 0.004 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger F = FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.0005 -Cycle Initial Polytechnique- 0.001 Temps 0.0015 Le transistor bipolaire 0.002 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger F = 2.FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.0002 0.0004 -Cycle Initial Polytechnique- 0.0006 Temps 0.0008 Le transistor bipolaire 0.001 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger F = 5.FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.00005 0.0001 0.00015 -Cycle Initial Polytechnique- 0.0002 Temps 0.00025 0.0003 0.00035 Le transistor bipolaire 0.0004 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence ∆VC = ∆EG et ∆VR = 0 : la capacité ″absorbe″ toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger En haute fréquence ∆VR = ∆EG et ∆VC = 0 : la capacité n’a pas le temps de se charger et de se décharger et donc la tension ne varia pas à ses bornes. Toutes les variations de EG se reportent aux bornes de la résistance. F = 20.FC 1.5 EG C R VR Tensions VC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Pascal MASSON 0 0.00002 0.00004 -Cycle Initial Polytechnique- 0.00006 Temps 0.00008 Le transistor bipolaire 0.0001 V. Amplification classe A V.3. Eléments du montage Les résistances R1 et R2 constituent le pont de base : polarisation de la base VDD R1 RC CL C VBE Ve Pascal MASSON R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.3. Eléments du montage Les résistances R1 et R2 constituent le pont de base : polarisation de la base Le condensateur C ne laisse passer que les variations de Ve et non la composante continue : évite de modifier la polarisation de la base. VDD R1 RC CL C VBE Ve Pascal MASSON R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.3. Eléments du montage Les résistances R1 et R2 constituent le pont de base : polarisation de la base Le condensateur C ne laisse passer que les variations de Ve et non la composante continue : évite de modifier la polarisation de la base. CL est aussi un condensateur de VDD liaison qui permet à la charge RL (résistance d’entrée du R1 bloc suivant) de ne pas modifier la RC C polarisation du transistor. VBE Ve Pascal MASSON CL R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.4. Point de repos du montage Le point de repos correspond aux valeurs des tensions et des courants lorsqu’on ne considère que le régime statique (ne dépend pas du temps). C et CL se comportent comme des interrupteurs ouverts. VDD R1 RC VBE Ve Pascal MASSON R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.4. Point de repos du montage Le point de repos correspond aux valeurs des tensions et des courants lorsqu’on ne considère que le régime statique (ne dépend pas du temps). C et CL se comportent comme des interrupteurs ouverts. VDD R1 RC VBE R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- VCE Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.4. Point de repos du montage Le point de repos correspond aux valeurs des tensions et des courants lorsqu’on ne considère que le régime statique (ne dépend pas du temps). C et CL se comportent comme des interrupteurs ouverts. On calcul IB (ce qui donne immédiatement IC) en supposant que le transistor est en régime linéaire VDD On détermine alors la tension VCE qui doit être supérieure à VCEsat R1 RC VBE R2 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- VCE Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal EG est à présent un signal alternatif d’amplitude suffisamment faible pour ne pas bloquer et/ou saturer le transistor. La ou les fréquences du signal EG sont suffisamment élevées pour ne pas permettre aux capacités C et CL de se charger ou de se décharger. Elles se comportent comme des interrupteurs fermés. VDD R1 Rg RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Les variations de EG vont se propager le long du circuit, être amplifiée par le transistor puis appliquées à la charge RL. Les paramètres importants d’un amplificateur sont : les résistances d’entrée et de sortie, le gain en tension et les fréquences de coupure haute et basse Calculer ces paramètres peut être long et on préfère utiliser le schéma petit signal simplification qui est mathématique schéma réel. VDD une R1 du Rg RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Pour pouvoir utiliser le schéma petit signal il faut que tous les éléments aient un comportement linéaire. Dans ce schéma, c’est le transistor qui est non linéaire et, par exemple, les variations de VBE doivent être suffisamment faibles pour considérer un seul VS et surtout un seul RS. VDD R1 Rg RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Pour construire ce schéma, on ne conserve que les éléments (résistances, tensions, fils … et on ne conserve que les variations de tension et de courant. EG(t) = EG0 + eg(t) donc on ne conserve que eg(t) La variation de VDD est nulle, vdd(t) = 0, et il en va de même pour la masse donc vmasse(t) = 0 Donc d’un point de vu alternatif, les fils VDD et masse sont identiques. Une tension continue équivalente à un court circuit est V1(t) = V10 + v1(t) VS V2(t) = V20 + v2(t) = V1(t) − VS donc Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- V20 = V10 − VS v2(t) = v1(t) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Pour construire ce schéma, on ne conserve que les éléments (résistances, tensions, fils … et on ne conserve que les variations de tension et de courant. EG(t) = EG0 + eg(t) donc on ne conserve que eg(t) La variation de VDD est nulle, vdd(t) = 0, et il en va de même pour la masse donc vmasse(t) = 0 Donc d’un point de vu alternatif, les fils VDD et masse sont identiques. Une tension continue équivalente à un court circuit est V1(t) = V10 + v1(t) VS V2(t) = V20 + v2(t) = V1(t) − VS donc Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- V20 = V10 − VS v2(t) = v1(t) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg VDD RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs RL Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Pascal MASSON Ve VDD RC CL C β.IB R2 -Cycle Initial Polytechnique- Vs RL Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Ve VDD RC CL C β.IB R2 Vs RL VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Ve VDD RC CL C β.IB R2 Vs RL eg VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Ve VDD RC CL C β.IB R2 Vs RL Rg eg VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg Ve EG VDD RC CL C β.IB R2 Vs RL Rg eg R1 VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 RC CL C Rg β.IB Ve EG VDD R2 Vs RL Rg eg R1 R2 VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg Ve EG VDD RC CL C β.IB R2 Vs RL Rg eg RB VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Ve Rg eg ib RB RC CL C Rg EG VDD β.IB R2 Vs RL B vbe VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Ve Rg eg ib RB vbe VDD / masse Pascal MASSON CL C Rg EG RC β.IB R2 Vs RL B hie E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Ve Rg eg ib RB vbe VDD / masse Pascal MASSON CL C Rg EG RC β.IB R2 B Vs RL C hie hfe.ib ic vce E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Ve Rg eg ib RB vbe VDD / masse Pascal MASSON CL C Rg EG RC β.IB R2 B Vs RL C hie hfe.ib ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Ve Rg eg ib RB vbe VDD / masse Pascal MASSON CL C Rg EG RC β.IB R2 B Vs RL C hie hfe.ib ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Il faut aussi ajouter deux éléments parasites donnés par la matrice hybride du transistor. ib v be = h ie .i b + h re .v ce eg ib RB vbe VDD / masse Pascal MASSON bipolaire vbe i c = h fe .i b + h oe .v ce Rg ic B vce C hie hre.vce hfe.ib 1/hoe ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Il faut aussi ajouter deux éléments parasites donnés par la matrice hybride du transistor. ib v be = h ie .i b + h re .v ce ic bipolaire vbe i c = h fe .i b + h oe .v ce vce Dans ce cours, nous négligerons toujours la tension hre.vce (par rapport à hie.ib) et en fonction des cas nous négligerons aussi la résistance 1/hoe devant les résistances branchées en parallèle. Rg eg ib RB vbe VDD / masse Pascal MASSON B C hie hre.vce hfe.ib 1/hoe ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Les 4 paramètres sont obtenus à partir du point de polarisation. IC (A) VCE0 hfe hoe IC0 IB0 0 IB (A) hie ! VCE0 VCE (V) ce VBE0 VBE (V) hre Les paramètres h dépendent du point de repos (ou point de polarisation) Pascal MASSON Détermination de hie ∂v ∂V = BE h ie = be ∂i b v = 0 ∂I B V = V CE CE 0 ce Détermination de hfe ∂i h fe = c =β ∂i b v =0 Détermination de hoe ∂i h oe = c ∂v ce i = 0 b Détermination de hoe ∂v h re = be ∂v ce i = 0 -Cycle Initial Polytechnique- b Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Impédance d’entrée : R e = R B // h ie = R B .h ie R B + h ie Re Rg eg ib RB VDD / masse Pascal MASSON vbe B C hie hfe.ib ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Impédance d’entrée : R e = R B // h ie = R B .h ie R B + h ie Re Rg eg ib RB vbe B C hie hfe.ib ic vce RC E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Thévenin équivalent Thévenin Rg eg ib RB VDD / masse Pascal MASSON vbe B C hie hfe.ib Rgs et egs ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Thévenin équivalent Pour la résistance on court-circuite eg donc ib devient nul ainsi que hfe.ib et il reste : R gs = R C Thévenin Rg eg ib RB VDD / masse Pascal MASSON vbe B C hie hfe.ib Rgs ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Thévenin équivalent Pour la résistance on court-circuite eg donc ib devient nul ainsi que hfe.ib et il reste : R gs = R C Pour la tension, on exprime vce donc egs en fonction de vbe ce qui correspond à rechercher le gain à vide du quadripôles transistor : v R i h A V 0 = ce = − C c = − fe .R C v be h ie .i b h ie Rg eg ib RB VDD / masse Pascal MASSON vbe e gs = A V 0 .v be Thévenin B C hie hfe.ib egs ic vce RC E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Thévenin équivalent Pour la résistance on court-circuite eg donc ib devient nul ainsi que hfe.ib et il reste : R gs = R C Pour la tension, on exprime vce donc egs en fonction de vbe ce qui correspond à rechercher le gain à vide du quadripôles transistor : v R i h A V 0 = ce = − C c = − fe .R C v be h ie .i b h ie Rg i2 i1 v1 eg e gs = A V 0 .v be Re Rgs egs v2 VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Gain en tension : v 2 = v ce = v AV = 2 = v1 Rg v ce h R .R RL =− .A V 0 = − fe . C L v be R gs + R L h ie R C + R L i2 i1 v1 eg RL RL e gs = .A V 0 .v1 R gs + R L R gs + R L Re Rgs egs v2 VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains RL RL e gs = .A V 0 .v1 R gs + R L R gs + R L Gain en tension : v 2 = v ce = v AV = 2 = v1 On retrouve le gain à vide : i2 i1 v1 eg h A V0 = A V R → ∞ = − fe .R C L h ie v Re A vg = ce = A V eg Rg + Re Gain composite : Rg v ce h R .R RL =− .A V 0 = − fe . C L v be R gs + R L h ie R C + R L Re Rgs egs v2 VDD / masse Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains On peut retrouver tous ces résultats à partir de la théorie des quadripôles v1 = h11.i1 + h12 .v 2 = h ie // R B .i1 + 0.v 2 RB 1 .i1 + i 2 = h 21.i1 + h 22 .v 2 = h fe . .v 2 R B + h ie RC AV = −X.h 21 h11 + h11.h 22 .X − h12 .h 21.X Rg eg v1 VDD / masse Pascal MASSON ib i1 RB avec B X = RL C hie hfe.ib ic RC i2 v2 E -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes La variation de la tension vbc implique une variation de la longueur de la zone de charge d’espace (ZCE) de la diode Base-Collecteur La variation de la ZCE correspond à une variation de charge et donc la diode est équivalente à une capacité notée CBC. Cette capacité fait un pont entre l’entrée et la sortie ce qui complique le calcul du gain en tension Rg eg ib RB vbe B C CBC hie hfe.ib ic vce RC E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes Nous considérons la capacité entre la base et le collecteur : CBE Elle peut être ramenée en entrée et en sortie du transistor avec le théorème de MILLER : Z1 = Z2 = 1 j.C BC1.ω 1 = 1 j.C BC .ω 1 − A V C BC1 = C BC (1 − A V ) >> C BC = AV j.C BC .ω 1 − A V C BC2 = C BC 1 j.C BC2 .ω 1 . . 1 − AV ≈ C BC AV Rg eg Pascal MASSON RB CBC1 hie -Cycle Initial Polytechnique- hfe.ib CBC2 RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes v Re Gain composite : A vg = ce = A V eg Rg + Re Re Rg eg Pascal MASSON Req RB hie -Cycle Initial Polytechnique- hfe.ib RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes (R e // C BC1 ) v h Gain composite : A vg = ce = − fe . R eq // C BC2 eg h ie R g + (R e // C BC1 ) ( ) Re Rg eg Pascal MASSON Req RB CBC1 hie -Cycle Initial Polytechnique- hfe.ib CBC2 RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes (R e // C BC1 ) v h Gain composite : A vg = ce = − fe . R eq // C BC2 eg h ie R g + (R e // C BC1 ) Am R eq .R e v h 1 1 soit A vg = ce = − fe . . . eg h ie R g + R e 1 + jωC BC1 R g // R e 1 + jωC BC2 R eq ( ) ( ) Gain aux fréquences moyennes Rg eg Pascal MASSON Req RB CBC1 hie -Cycle Initial Polytechnique- hfe.ib CBC2 RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes (R e // C BC1 ) v h Gain composite : A vg = ce = − fe . R eq // C BC2 eg h ie R g + (R e // C BC1 ) Am R eq .R e v h 1 1 soit A vg = ce = − fe . . . eg h ie R g + R e 1 + jωC BC1 R g // R e 1 + jωC BC2 R eq ( ) ( ) Gain aux fréquences moyennes Il existe deux fréquences de coupure hautes avec FHF1 << FHF2 : Fréquence de 1 coupure haute FHF1 = = FHF 2πC BE1 R g // R e de l’ampli Rg ( eg Pascal MASSON RB CBC1 ) hie -Cycle Initial Polytechnique- hfe.ib CBC2 Req RC Le transistor bipolaire RL IV. Amplification classe A IV.7. Fréquences de coupure hautes (R e // C BC1 ) v h Gain composite : A vg = ce = − fe . R eq // C BC2 eg h ie R g + (R e // C BC1 ) Am R eq .R e v h 1 1 soit A vg = ce = − fe . . . eg h ie R g + R e 1 + jωC BC1 R g // R e 1 + jωC BC2 R eq ( ) ( ) Gain aux fréquences moyennes Il existe deux fréquences de coupure hautes avec FHF1 << FHF2 : Fréquence de 1 1 coupure haute FHF1 = = FHF FHF2 = 2πC BE1 R g // R e 2πC BE 2 R eq de l’ampli Rg ( eg Pascal MASSON RB CBC1 ) hie -Cycle Initial Polytechnique- hfe.ib CBC2 Req RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) : Avg(db) 20 Am h R eq .R e fe 20 log − . h ie R g + R e 0 − 20 db/dec − 20 − 40 − 40 db/dec 1 Pascal MASSON 103 FHF1 106 -Cycle Initial Polytechnique- FHF2 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.7. Paramètres : Fréquences de coupure hautes Diagramme de bode en phase (échelle semi-log) : ϕ(°) − 90 gain Am négatif − 180 − 270 − 360 1 Pascal MASSON 103 FHF1 106 -Cycle Initial Polytechnique- FHF2 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.8. Paramètres : Fréquences de coupure basses On prend en considération les capacités de liaison C et CL. passe haut Rg eg C RB passe haut ib vbe B C hie hfe.ib ic vce CL RC vl E Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Paramètres : Fréquences de coupure basses On prend en considération les capacités de liaison C et CL. Re v v v RL Gain composite : A vg = 1 = 1 . be = .A V 0 . 1 1 e g v be e g Re + Rg + R L + RS + Am jωC jωC L R eq .R e h 1 1 A vg = − fe . . . j j h ie R e + R g 1 − 1− ωC L (R L + R C ) ωC R e + R g Il existe deux fréquences de coupure basses : 1 1 FBF1 = FBF2 = 2πC R g + R e 2πC L (R L + R C ) CL C R ( ( ) ) g eg Pascal MASSON vbe Re -Cycle Initial Polytechnique- Rs AV0.vbe vl Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Paramètres : Fréquences de coupure basses Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) : Avg(db) 20 Am 0 h R eq .R e fe 20 log − . h ie R g + R e 20 db/dec − 20 − 40 40 db/dec 1 FBF1 Pascal MASSON FBF2 103 FHF1 106 -Cycle Initial Polytechnique- FHF2 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.8. Paramètres : Fréquences de coupure basses Diagramme de bode en phase (échelle semi-log) : ϕ(°) − 90 gain Am négatif − 180 − 270 − 360 1 FBF1 Pascal MASSON FBF2 103 FHF1 106 -Cycle Initial Polytechnique- FHF2 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.9. Résistance d’émetteur Si le transistor chauffe il risque de s’emballer et d’être détruit. VDD R1 C RC IP VBE Ve Pascal MASSON R2 -Cycle Initial Polytechnique- CL Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Résistance d’émetteur Si le transistor chauffe il risque de s’emballer et d’être détruit. La résistance RE évite l’emballement thermique du transistor : IB T° VE VBE IB On obtient alors la droite de charge : VDD VCE VDD IC = − RC + R E RC + R E R1 IC (A) C RC IP VBE Ve 0 Pascal MASSON VCE0 R2 CL RE Vs VDD VCE (V) -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Résistance d’émetteur v h fe A V0 = l = − .R C h ie + R E (1 + h fe ) ve Gain en tension à vide : Le gain à vide (et donc le gain composite) a été diminué par l’introduction de la résistance RE. Rg eg ib RB B C hie ic hfe.ib ve E RC vl RE Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Résistance d’émetteur Gain en tension à vide : h fe v A V0 = l == − .R C ( ) + + ve h ie R E 1 h fe Le gain à vide (et donc le gain composite) a été diminué par l’introduction de la résistance RE. On ajoute la capacité de découplage CE (passe bas) qui permet la suppression de VDD la résistance RE en régime alternatif : R1 augmentation du gain. C RC IP VBE Ve Pascal MASSON R2 -Cycle Initial Polytechnique- CL RE CE Vs Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Résistance d’émetteur Gain en tension à vide : h fe v A V0 = l == − .R C ( ) + + ve h ie R E 1 h fe Le gain à vide (et donc le gain composite) a été diminué par l’introduction de la résistance RE. On ajoute la capacité de découplage CE (passe bas) qui permet la suppression de la résistance RE en régime alternatif : augmentation du gain. IC (A) statique Droite de charge statique 1 pente = − RC + R E 0 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- VCE0 VDD VCE (V) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.9. Résistance d’émetteur Gain en tension à vide : h fe v A V0 = l == − .R C ( ) + + ve h ie R E 1 h fe Le gain à vide (et donc le gain composite) a été diminué par l’introduction de la résistance RE. On ajoute la capacité de découplage CE (passe bas) qui permet la suppression de la résistance RE en régime alternatif : augmentation du gain. IC (A) statique dynamique Droite de charge statique 1 pente = − RC + R E Droite de charge dynamique 1 pente = − RC Pascal MASSON 0 -Cycle Initial Polytechnique- VCE0 VDD VCE (V) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 C1 R2 R1 C2 VDD t VBE1 0 0.6 V t VCE2 VDD VBE2 0 t 0.6 V t Pascal MASSON RC1 -Cycle Initial Polytechnique- T1 T2 Le transistor bipolaire RC2 VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 VDD 0.6 V t VCE2 VDD VBE2 0 t 0.6 V t C1 R2 R1 C2 T1 0.6 V T2 0 t VBE1 0 Pascal MASSON RC1 Instant t < t0 T1 saturé : VCE1 = VCEsat = 0 -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RC2 VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 R2 R1 C1 VDD 0.6 V t VCE2 VDD t 0.6 V t C2 VC2 T1 t VBE1 0 VBE2 0 RC1 0.6 V T2 Instant t < t0 T1 saturé : VCE1 = VCEsat = 0 T2 bloqué : VCE2 = VDD VBE2 < 0,6 V VC2 = VDD − 0,6 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RC2 VDD VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 VDD VCE2 VDD t 0.6 V t C2 VC2 T1 t 0.6 V t Pascal MASSON R2 R1 C1 0 VBE1 0 VBE2 0 RC1 0.6 V T2 Instant t = t0 C1 s’est chargée à travers R1 VBE2 devient égale à 0,6 V -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RC2 VDD VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 C2 VC2 t T1 0.6 − VDD T2 0.6 V t VCE2 VDD Pascal MASSON R2 R1 C1 VDD VBE1 0 VBE2 0 RC1 t 0.6 V t RC2 0 Instant t = t0 T2 devient saturé : VCE2 = 0 La charge de C2 impose la tension VBE1 = 0,6 − VDD T1 se bloque -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 RC1.C1 VDD 0.6 V t VCE2 VDD Pascal MASSON t 0.6 V t R2 R1 C1 VDD C2 RC2 0 0.6 V T1 0.6 − VDD t VBE1 0 VBE2 0 RC1 T2 Instant t = t0+ C1 se charge à travers RC1 avec une constante de temps très faible VCE1 = VDD -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 VBE1 0 VCE2 VBE2 0 Pascal MASSON RC1.C1 RC1 C2 0.6 V t RC2 0 VDD T1 t R2.C2 R2 R1 C1 T2 Instant t > t0 VDD C2 se charge à travers R2 avec t 0.6 V t grande que RC1.C1. une constante de temps plus La tension VBE1 augmente -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 VBE1 0 RC1.C1 t R2.C2 C1 R2 R1 C2 T1 0.6 V T2 VDD 0.6 V t VCE2 VDD VBE2 0 t 0.6 V t Pascal MASSON RC1 Instant t = t1 VBE1 = 0,6 V -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire RC2 VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 VBE1 0 VCE2 VBE2 0 Pascal MASSON RC1.C1 VDD RC1 0 R2.C2 VDD t 0.6 V t C2 RC2 VC1 T1 0.6 − VDD T2 t 0.6 V t R2 R1 C1 Instant t = t1 T1 devient saturé : VCE1 = 0 La charge de C1 impose la tension VBE2 = 0,6 − VDD T2 se bloque -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 VBE1 0 RC1.C1 R2.C2 RC2.C2 Pascal MASSON 0 0.6 V t VDD t 0.6 V t R2 R1 C1 C2 RC2 VDD 0.6 V T1 0.6 − VDD t VCE2 VBE2 0 VDD RC1 T2 Instant t = t1+ C2 se charge à travers RC2 avec une constante de temps très faible VCE2 = VDD -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 VBE1 0 RC1.C1 0.6 V t R2.C2 RC2.C2 Pascal MASSON R1.C1 R2 R1 C1 C2 RC2 0 T1 t VCE2 VBE2 0 VDD RC1 T2 Instant t > t1+ VDD C1 se charge à travers R1 avec t 0.6 V t grande que RC2.C2. une constante de temps plus La tension VBE2 augmente -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 VBE1 0 RC1.C1 0.6 V t R2.C2 RC2.C2 Pascal MASSON R1.C1 C1 R2 R1 C2 RC2 VDD T1 t VCE2 VBE2 0 RC1 VDD T2 Le signal carré est pris sur le collecteur de T1 ou de T2 La période du signal carré dépend des valeurs de R1, R2, C1 et C2 t 0.6 V Il faut aussi RC1 << R1 et RC2 << R2 t -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.1. Définition et principe de fonctionnement L’amplificateur de classe B n’amplifie que la VDD moitié du signal d’entrée. Il crée beaucoup de distorsion mais a un RC rendement bien meilleur que le classe A avec en théorie 78.5 %. Le point de repos se situe à la limite du blocage du transistor IC (A) ICmax IC0 0 Pascal MASSON IB IC VE = VBE VS VCE = VS IC (A) IBmax IB0 VCE (V) ICmax IC0 -Cycle Initial Polytechnique- t Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain β. Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. VE PNP RL VS − VDD VS (V) VE (V) 0.6 0 t − 0.6 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain β. Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en VE PNP régime linéaire et le PNP est bloqué : VS = VE – 0.6. RL VS − VDD VS (V) VE (V) 0.6 0 t − 0.6 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain β. Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en VE PNP régime linéaire et le PNP est bloqué : VS = VE – 0.6. Si VE < − 0.6 V, le transistor PNP est en régime linéaire et le NPN est bloqué. VS = VE + 0.6. Distorsion pour les faibles valeurs de VE. Saturation de VS si |VE| > VDD. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- RL VS − VDD VS (V) VE (V) 0.6 0 t − 0.6 Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain β. Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en VE régime linéaire et le PNP est bloqué : VS = VE – 0.6. Si VE < − 0.6 V, le transistor PNP est en régime linéaire et le NPN est bloqué. VS = VE + 0.6. Distorsion pour les faibles valeurs de VE. Saturation de VS si |VE| > VDD. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- PNP RL VS − VDD VS (V) VDD 0.6 0 t − 0.6 − VDD Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain β. Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en VE régime linéaire et le PNP est bloqué : VS = VE – 0.6. Si VE < − 0.6 V, le transistor PNP est en régime linéaire et le NPN est bloqué. VS = VE + 0.6. Distorsion pour les faibles valeurs de VE. RL VS PNP − VDD VS (V) VDD − VDD − 0.6 0.6 VDD VE (V) Saturation de VS si |VE| > VDD. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VDD VII.2. Amplificateur push-pull Afin d’éviter la distorsion du signal, on place un pont de base avec deux diodes polarisées en directe (et passantes). L’amplificateur push-pull est utilisé comme étage de sortie des générateurs de fonction et des amplificateurs audio. 0.6 V NPN IL VE PNP RL VS − VDD VS (V) VDD − VDD − 0.6 0.6 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- VDD VE (V) Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.1. Définition Les premiers amplis opérationnels (réalisés à VDD l’aide de tubes à vide) étaient destinés aux calculatrices analogiques, d’où leur nom. Il se caractérise par deux entrées (une inverseuse, notée −, une non inverseuse, notée +), une sortie et V1 Vd V2 − VDD VS un gain A liés par la relation : VS = A.(V1 – V2) = A.Vd L’impédance d’entrée très grande (≥ 500 kΩ), l’impédance de sortie est presque nulle et la bande passante part du continu. Le gain est très grand (≈ 50000) ce qui signifie qu’un amplificateur opérationnel alimenté sous ± 15 V sature pour Vd = 300 µV ! Il est constitué de plusieurs montages de base : paire différentielle, miroirs de courant, amplificateur push-pull … Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.2. Schéma électrique globale VDD RC Entrée + Entrée − T1 RC T2 Sortie I0 − VDD Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.2. Schéma électrique globale VDD R4 RC Entrée + RC T1 Entrée − T2 Sortie I0 T4 T3 − VDD Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.2. Schéma électrique globale VDD R4 RC Entrée + RC T1 Entrée − T2 Sortie I0 T4 T3 T5 R5 − VDD Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.2. Schéma électrique globale VDD R4 RC Entrée + RC T1 Entrée − R6 T2 Sortie I0 T4 T3 T5 T6 R5 − VDD Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.2. Schéma électrique globale VDD R4 RC RC R6 R7 T7 Entrée + T1 Entrée − T2 Sortie I0 T4 T3 T5 T8 T6 R5 R8 − VDD Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.2. Schéma électrique globale de l’AOP 741 VDD Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.3. Montage amplificateur : l’inverseur Les entrées ± ne consomment pas de courant. R1 I Loi des mailles appliquée au montage : VE = R1.I − Vd − Vd = R 2 .I + VS avec VS = A.Vd R2 Vd VE A VS On élimine I en divisant ces deux équations. VS VS + A VE + A+G R1 VE A = = = V 1 − G (A + 1) R2 − VS 1 + − S (A + 1) VE A On obtient alors l’expression du gain G : G = avec G= VS VE R −A ≈− 2 R R1 1 + 1 (A + 1) R2 Hors saturation de la sortie, Vd reste très faible et négligeable devant les autres tensions. On remplace habituellement ″− Vd″par ε. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.4. Montage amplificateur : l’additionneur Somme des courants : V2 I = I1 + I 2 V1 Application de la loi des nœuds à I2 R2 I1 R1 R ε I A VS l’entrée − : V2 − ε V1 − ε ε − VS + = R2 R1 R soit V V2 V1 + =− S R 2 R1 R Tension de sortie : R R VS = − V1 + V2 R2 R1 Si R1 = R2 : VS = − Si R1 = R2 = R : VS = −(V1 + V2 ) Pascal MASSON R (V1 + V2 ) R1 -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VC C VIII.5. Montage amplificateur : l’intégrateur Rappels : Q = C.V et R dQ dV I= =C dt dt Loi des mailles : et VE = R.I VE ε A VS VS = − VC Expression de VS : VE = − R.C. I dVS dt VS = − VC0 − VE VS dVS = − 1 R.C ∫ 1 VE dt R.C VE dt 0 IB0 VC0 est la tension initiale aux bornes du condensateur Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.6. Montage amplificateur : le suiveur R Le courant I est très faible (base du bipolaire) I et la valeur de ε est négligeable ce qui donne : VS = R.I + ε + VE ≈ VE de sortie très faible. On peut donc prélever la Circuit L’impédance d’entrée est très grande et celle ε A VE tension VE sans modifier le circuit. En pratique R est égal à l’impédance de sortie du circuit. Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire VS VIII. Amplificateur opérationnel VIII.7. Montage comparateur : comparateur simple On veut savoir si la tension VE et plus VDD forte (ou plus faible) qu’une tension de référence notée V1. R1 L’AOP ne consomme pas de courant dans la borne − donc : V1 VE VDD Vd A VS R2 R2 V1 = VDD R1 + R 2 Il n’y a pas de rétroaction entre la sortie et une des entrées donc : VS = A.Vd VS VDD Donc la sortie de l’AOP va saturer pour une valeur très très faible de : Vd = VE − V1 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- 0 V1 VDD VE Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.7. Montage comparateur : comparateur simple Si VE < V1 : Vd < 0 et VS sature au VDD niveau le plus bas de l’alimentation de l’AOP. Par exemple VE = 0 V, V1 = 1 V et A = 50000. Dans ce cas : VS = 1×Vd = R1 V1 −50000 V ce qui n’est pas possible donc VS = 0 V Si VE > V1 : Vd > 0 et VS sature au niveau le plus haut de l’alimentation de l’AOP. -Cycle Initial Polytechnique- VDD Vd A VS R2 VS VDD 0 Pascal MASSON VE V1 VDD VE Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.7. Montage comparateur : comparateur simple Il est évidement possible d’inverser VDD les entrées + et −. R1 V1 VE VDD Vd A VS R2 VS VDD 0 Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- V1 VDD VE Le transistor bipolaire VIII. Amplificateur opérationnel VIII.8. Montage comparateur : CAN Flash Le but est de transformer un signal analogique et suite de 0 et de 1. R VE VE VDD G R F R E R D R C R B R A Circuit de décodage VDD S2 S1 S0 0 t Circuit mémoire Horloge R Pascal MASSON -Cycle Initial Polytechnique- Le transistor bipolaire
