TD 11

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Les trois montages fondamentaux E.C, B.C, C.C ; comparaisons et propriétés. Association
d’étages.
*** :exercice traité en classe
***exercice 11.1
On considère le montage ci-dessous :
VCC = 10 V
R1
Rg
RC
Cs
vs
Ce
eg
ve
R2
RL
CE
RE
RE = 500 Ω, RC = RL = 4,5 kΩ, Rg = 50 Ω, R1 // R2 = 4,5 kΩ, R2 / R1 = 0,14. RL = ∞.Les
paramètres du transistor sont : r = 2,5 kΩ, β = 100, ρ = 40 kΩ.
1. De quel montage s’agit-il ? Donner l’expression de la droite de charge statique et la tracer.
Trouver la valeur du point de fonctionnement.
2. On s’intéresse au comportement de ce montage dans le domaine des fréquences moyennes.
Que deviennent les condensateurs ?
3. Donner le schéma équivalent au montage dans le domaine des petits signaux. En déduire
l’expression de la droite de charge dynamique et la tracer. Donner l’excursion maximale de
la tension de sortie du montage (le transistor fonctionnant en régime linéaire).
4. Calculer les gains en tension et en courant ainsi que les impédances d’entrée et de sortie.
5. Calculer le gain composite
vs
de ce montage.
eg
exercice 11.2
On se propose d’étudier le montage élémentaire précédant utilisant un transistor bipolaire npn,
et deux alimentations symétriques +10V et -10V. Les caractéristiques statiques du transistor
sont fournies par les figures suivantes:
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Rb
Rg = 1 kΩ
10V
C1
ig
C2
RL = 10 kΩ
eg
Re = 10 kΩ
Ve
VL
iL
-10V
Générateur
Amplificateur
Charge
Re = RL = 10 kΩ ; Rg = 1 kΩ.
Figure 3 : gain statique en courant hFE = β en fonction du courant IC
Figure 13: courant IC en fonction de la tension VBE.
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A Etude générale et polarisation.
1. Quel est le type de montage utilisé pour réaliser cet amplificateur? (E.C.; B.C; C.C.)
2. Quelles sont les propriétés d’un tel étage? (sans faire de calculs!)
3. Quel sont les rôles des condensateurs C1 et C2 ?
4. Dessiner le schéma valable pour la polarisation.
5. Donner l'équation de la droite de charge statique et tracer cette droite
6. On désire que le point de repos soit ICR = 1,5 mA et VCER. = 5V. (indice R pour repos).
En déduire la valeur de la résistance Rb nécessaire pour obtenir ce point de repos.
B Détermination du paramètre h11 du transistor.
1. Donner la valeur du paramètre h11e que l'on déduira des deux graphes du constructeur.
2. Comparer cette valeur à la relation du cours h 11 =
βVT
.
IE
C Etude en petits signaux.
Pour cette étude on supposera que les condensateurs présentent une impédance nulle à la
fréquence de travail. On donne les caractéristiques dynamiques du transistor :
h11e = 3kΩ ; h12e = 0 ; h21e = 180 ; h22e = 0.
1. Dessiner le schéma équivalent du montage valable pour les petits signaux.
2. Donner les expressions littérales puis numériques de l’impédance d’entrée, des gains
Av= vL/ve ; Avc = vL/eg ; Ai = iL/ig ; et de l’impédance de sortie de l’amplificateur.
Re = RL = 10 kΩ ; Rg = 1 kΩ; Rb = 510 kΩ;
exercice 11.3
On considère le montage ci-dessous constitué d'un transistor bipolaire npn, d'un générateur
d'entrée (eg, Rg) en petits signaux et d'une résistance de charge RL en sortie.
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VCC = 10 V
R1
RC
Rg
Cs
Ce
eg
RL
R2
ve
vs
RE1
RE2
CE
Les éléments du circuit ont pour valeur :
RE1 = 180 Ω, RE2 = 820 Ω, RC = 3,6 kΩ, Rg = 600 Ω, R1 = 10 kΩ, R2 = 2,2 kΩ; RL = 10 kΩ.
Les paramètres statiques du transistor sont : VBE on = 0,7 V ; β = 200.
Les paramètres dynamiques du transistor sont :
h11 = r = 5 kΩ, h21 = β = 200, 1/h22 = ρ = 100 kΩ.
1. De quel montage élémentaire s’agit-il ?
1. Dessiner le schéma équivalent du montage dans le domaine des petits signaux aux
fréquences moyennes.
2. Calculer les gains en tension et en courant ainsi que les impédances d’entrée et de sortie.
3. Calculer le gain composite
vs
de ce montage.
eg
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Réponses 11.1
1. C’est
un
montage
statique : I C =
émetteur
commun.
Equation
de
la
droite
de
charge
VCC − VCE
. Point de fonctionnement : VCE = 5 V, IC = 1 mA.
RC + R E
2. Les condensateurs se comportent comme des court-circuits.
3. Equation de la droite de charge dynamique : i c =
− v ce
. Excursion maximale : 9,5 V crête
RC
à crête.
i
Rg
ic
B
eg
C
ib
ve
RB
h11e
iL
h21e.ib
vs
ρ
RC
E
On cherche ici le courant dans la résistance Rc qui représente la charge.
4. A i =
β. ρ
iL
RB
−β
= -58. Av =
.(ρ//R C ) = -160. Ze = h11e / / R B = 1,6 kΩ.
.
=
i ρ + R C R B + h11e
(h 11e )
Zs = RC // ρ = 500 Ω. (on cherche vis-à-vis de la sortie)
5. A vc ≅ A v = -160.
Réponses 11.2
Partie A
1. Montage C.C.
2. Gain en tension voisin de 1; gain en courant élevé; impédance d'entrée élevée; impédance
de sortie faible. C'est un adaptateur d'impédance.
3. Bloquer la composante continue vis à vis du générateur d'attaque et de la charge.
4.
On obtient le schéma suivant:
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IB
Rb
IC
10V
Vce
Re = 10 kΩ
-10V
5. Ic = (20- VCE)/ RE soit la droite:
IC
2 mA
Q
1,5 mA
VCE
0V
5V
20 V
6. On a l'équation 20 = RBIB+VBE+RE IC On lit sur la courbe 13 que pour IC = 1,5mA on
obtient VBE ≈ 0,65 V . et β =175 (figure 3) soit RB ≈ 0,51 MΩ.
Partie B
1. Il faut étudier les petites variations sur la courbe 13. On prendra le point Ic = 1 mA et le
point Ic = 2 mA. h11e = ∆VBE/∆IB. On trouve h11e = 175. 20mV/1mA = 3,5 kΩ.
2. Le calcul donne 175 .0,025V/1,5mA = 2,9 k Ω. La différence est faible compte tenu de la
dispersion des caractéristiques des composants.
Partie C
1. le schéma équivalent en petits signaux est le suivant:
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ig
Rg
B
E
ib
eg
ve
RB
iL
h11e
vs
h21e.ib
RL
RE
C
2.a
Ze = RB//(h11+β RE//RL) = 510k//900k = 320 kΩ. L'impédance d'entrée est bien très
élevée.
2.b
Avc = +β RE//RL /(h11+β RE//RL). En effet Rg est négligeable devant Ze.
Comme h11 << +β RE//RL alors Avc ≈1 . Le gain est voisin de 1.
2.c
Ai = iL/ig = vL/RL . Ze/eg = Avc.Ze/RL = 32. Le gain en courant est élevé.
2.d
On retire RL et on court-circuite eg voir la figure ci-dessous. Attention ib n'est pas nul!
YS = 1/RE + β/(h11+(RB//RG)) soit Zs = 22Ω . La résistance de sortie est bien très faible.
Rg
B
E
ib
RB
iS
h11e
vs
h21e.ib
RE
C
Réponses 11.3
1.
Montage E.C. (avec contre réaction d'émetteur)
2.
Rg
h11
βiB
iB
RL
Ve
VL
R1//R2
RE1
eg
3.
Av ≈-(RC//RL)/RE1 = -13;
Ai = − β
RC
ZE= R1 // R2 //(h11 + βRE1 ) ≈ 1,7 kΩ
RC
R1 // R2
•
= -2,2 ;
RC + RL R1 // R2 + h11 + βRE1
ZS = RC = 3,6 kΩ.
4. AVC = Av ZE/(ZE+Rg) ≈ -10
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