Cours 6 : Quadripôles amplificateurs.

crsa_cM51_circuitamplificateur.odt ­ Marie Pierrot – Lycée du Rempart ­ 05/01/13
Cours 6 : Quadripôles amplificateurs.
1 Circuit linéaire.
1.1 Définition.
Un circuit est linéaire si, à un signal d’entrée sinusoïdal, il fait correspondre un signal de sortie sinusoïdal de même fréquence.
1.2 Action d’un circuit linéaire sur un signal périodique.
uS
Exemple : Réponse d’un quadripôle linéaire à un signal rectangulaire.
L
R
uE
Voie 1 :
0,5 V / div
u
E
Voie 2 :
0,5 V / div
R = 1 kΩ
L = 100 mH
C = 28 nF
uS
C
Calibres :
Temps :
0,1 ms / div
Si on fait l’analyse spectrale des deux signaux ue et us on obtient les spectres suivants :
ûe
ûs
0,5 V
0,5 V
f 3f 5f 7f 9f 11f 13f 15f f f 3f 5f 7f 9f 11f 13f 15f f La composante continue et la composante fondamentale sont transmises sans amplification.
Les harmoniques 3 et 5 sont amplifiées.
Les harmoniques d’ordre plus élevé sont fortement atténuées
Les raies dans le spectre de us apparaissent pour les mêmes fréquences que dans le spectre de ue , c’est ce qui nous permet de dire que le quadripôle est linéaire.
2 Circuit non linéaire.
2.1 Action d’un circuit non linéaire sur un signal sinusoïdal.
Un circuit non linéaire introduit une distorsion : à un signal d’entré sinusoïdal il fait correspondre un signal de sortie qui possède des composantes harmoniques supplémentaires.
Exemple : montage redresseur double alternance.
uE en
V 10
V
R
uE
uS en
V 10
V
uS
t en
ms
1
t en
ms
1
Le spectre du signal de sortie comporte plus de raies que celui du signal d’entrée :
ûs
ûe
10 V
10 V
f 3f 5f 7f 9f 11f 13f 15f
f
f 2f
4f
6f
8f
f
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3 Les quadripôles.
Is
Ie
Quadripôle
Ue
Un quadripôle linéaire est caractérisé par quatres grandeurs externes :
­­> Les grandeurs d’entrée : Ue et Ie,
­­> Les grandeurs de sortie : Us et Is.
Il peut être actif ou passif selon qu’il comporte ou non des dipôles actifs.
Us
3.1 Amplification.
3.1.1 Amplification en puissance. AP =
PS
PE
Remarques: =
U S I S cos ϕ S
U E I E cos ϕ E
est un nombre réel, positif.
Attention, il ne faut pas confondre l’amplification en puissance et le rendement... En effet, AP > 1 veut dire que le quadripôle est actif et son rendement est inférieur à 1. η = PS / (PE+PO) < 1 ( ou PO est la puissance fournie par les alimentations.)
3.1.2 Amplification en tension. AV =
US
UE
=[ AV ; θ V ] est un nombre complexe. Soit AV =
US
UE
; θ V =θ S −θ E
3.1.3 Amplification en courant. AI =
IS
IE
=[ AI ; θ I ] est un nombre complexe.
3.2 Gain.
3.2.1 Gain en puissance: G = 10 log (AP) et s’exprime en décibels (dB)
Il permet d’obtenir un changement d’échelle pour l’amplification en puissance.
3.2.2 Gain en tension: GV = 20 log ( AV ) qui s’exprime en dB.
Exercice d’application :
Remplir le tableau suivant :
AV
10 ­3
GV ( dB)
­ 60
10 ­2
­ 40
10 ­1
­20
1
0
10
20
10 2
40
10 3
60
3.2.3 Gain en courant: GI = 20 log ( AI ) qui s’exprime en dB.
3.3 Impédances d’entrée.
L’entrée d’un quadripôle linéaire se comporte généralement comme un dipôle passif linéaire.
Par conséquent: Z E=
UE
IE
Is
Ie
ZE
Ue
=[ Z E ; ϕ E ] est l’impédance d’entrée du quadripôle.
Us
3.4 Impédance de sortie.
La sortie d’un quadripôle linéaire commandé par un générateur de tention [ EG ; ZG ], se modélise par un modèle équivalent de Thévenin.
Ainsi : US = USO ­ ZS . IS ou USO est la tension à vide du quadripôle et ZS est son l’impédance de sortie.
Ie
3.5 Modèle équivalent d’un quadripôle.
Ue
Is
ZE
ZS
USO
Quadripôle
Us
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4 Montages amplificateurs
R2
R1
∞
∞
VE
R2
R1
VS
VS
VE
Montage amplificateur inverseur Montage amplificateur non­inverseur
Exercice d'application 1 :
Pour les deux montages proposés ci­dessus :
1) Étudier les structures afin d'exprimer VS en fonction de VE, R1 et R2
2) Exprimer l'amplification en tension.
3) Déterminer le schéma équivalent du quadripôle.
Exercice d’application 2 :
Le schéma équivalent d’un étage amplificateur à transistor bipolaire fonctionnant en régime linéaire est :
IB
IE
RG
EG
UE
RB
IS
βIB
r
RC
US
RU
On donne :
β = 150 ; r = 1,5 kΩ ; RC = 1,8 kΩ ; RU = 2,2 kΩ ; RG = 50 Ω ; RB = 5 kΩ.
On posera : 1)
2)
3)
4)
5)
RL=
R U ×RC
R U RC
Exprimer l’amplification en tension en fonction des éléments du montage. Calculer l’amplification et le gain en tension de l’amplificateur.
Exprimer l’amplification en courant en fonction des éléments du montage. Calculer l’amplification et le gain en courant de l’amplificateur.
Calculer l’amplification et le gain en puissance de l’amplificateur.
Déterminer les impédances d’entrée et de sortie de l’amplificateur.
Donner le schéma équivalent du quadripôle.
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