Electronique analogique 1A

Électronique analogique 1A
Fabien Lemarchand
Disponible sur
http://flemarchand.perso.ec-marseille.fr/
ECM 2007-2008
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Circuits non linéaires
• AOP
• Diode
• transistor
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Amplificateur Opérationnel
• C’est un circuit intégré (transistors, résistances,
condensateurs).
• C’est un amplificateur différentiel à 2 entrées
inverseuses et non inverseuses, nécessitant un
apport d’énergie sous forme d’une alimentation
symétrique +/- 15V.
• Si –Vsat < Vs < +Vsat, l’AOP fonctionne en
linéaire.
• Sinon Vs= +/- Vsat  Valim, et l’AOP fonctionne
en saturé
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Ampli op: modèle en linéaire
• Simplification
Rs
i+=0
v+
i-=0
µ(v+-v-)
vs
v-
• Gain
( j) 
0

1 j
c
µ0 > 105 = 100dB
c / 2 1 Hz
• Conséquence:  faible (en linéaire)
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AOP: stable ou instable ?
• j equivalent a d/dt
• Équation differentielle entre entrée et
sortie.
• Sortie divergente ?
• Exemple: AOP en inverseur. On suppose
RsAOP = 0. Stable ?
• Idem bouclage sur le +
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La diode a jonction PN
• Analogie hydraulique
• Nécessité de définir un point de
fonctionnement
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Le régime statique: point de
fonctionnement
• Soit un dipôle de caractéristique U = f(I). Le point de
fonctionnement (en statique) est donnée par
l’intersection de la caractéristique du dipole et la droite
de charge imposée par le reste du montage. Il possède
les coordonnées U et I
• Exemple: déterminer P
U
5V
47
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Le régime dynamique: étude en petit signaux
• Hypothèse: on connaît le point de fonctionnement U0 et I0
et e << 5V
• On ne s’intéresse maintenant plus qu’aux variations des
tensions et intensités liées aux faibles variations de la
source notées u = U(t) –U0 et i = I(t) –I0 (ATTENTION
NOTATIONS)
• Exemple: déterminer u et i en fonction de e
u
47
5V
e
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Les équivalences en petits signaux
•
•
•
•
•
•
Résistance
Condensateur
Inductance
Tension continue
Tension alternative
diode
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Le transistor
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Transistor
• composant électronique actif fondamental
• utilisé comme interrupteur commandé et pour
l'amplification, mais aussi pour stabiliser une tension,
moduler un signal ainsi que de nombreuses autres
utilisations
• provient de l’anglais transconductance varistor (résistance
variable de transconductance) Bell Labs 1948
• dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives qui
permet le contrôle grâce à une électrode d'entrée (base
pour les bipolaires et grille pour les FET) d'un courant ou
d'une tension sur l'une des électrodes de sorties
(collecteur pour les bipolaires et drain pour les FET).
• Un lien http://perso.orange.fr/e-lektronik/LEKTRONIK/C4.htm
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Evolution chez Intel
• microprocesseurs Intel :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1971 : 4004 : 2 300 transistors
1978 : 8086 : 29 000 transistors
1982 : 80286 275 000 transistors
1989 : 80486 : 1,16 millions de transistors
1993 : Pentium : 3,1 millions de transistors
1995 : Pentium Pro : 5,5 millions de transistors
1997 : Pentium II : 27 Millions de transistors
2001 : Pentium 4 : 42 millions de transistors
2004 : Pentium Extreme Edition : 169 millions de
transistors
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Transistor bipolaire
• 2 types , 3 électrodes, 2 jonctions
• Sens des courants imposé
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3 états
• Bloqué
– IB=IC = 0
– VBE < 0.7V
• Saturation
– Ic =Icsat<  IB (critère de saturation)
– VCE = 0 à 0.1V (conséquence de la saturation)
• Linéaire
– VCE > 1V
– IC =  IB ( donnée constructeur entre 50 et 150)
– VBE = 0.7V (jonction EB passante)
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Analogique hydraulique
• un courant IB assez faible permet
l'ouverture du "robinet" (B), ce qui
provoque via l'émetteur (E)
l'écoulement d'un fort courant Ic en
provenance du réservoir collecteur
(C).
• lorsque
le
"robinet"
est
complètement ouvert, le courant Ic
est maximal: il existe donc (on s'en
doutait!) une limite physique au
gain en courant.
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Étude du point de fonctionnement
(T. NPN)
•
•
•
•
•
B, E, C
3 courants, 3 tensions
IE= IB+IC et VBC = VBE-VCE
On conserve 4 coordonnées: P (VBE, IB, VCE, IC)
Exemple: déterminer P
+Vcc
R1
+Vcc
Rc
R2
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Caractéristiques d’entrées / sorties
3 régimes de fonctionnement:
Identifier bloqué, linéaire, saturé
0.7
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Illustration des trois régimes
Vcc =12V
Rc = 1k
Rb = 10k
E
Déterminer l’état du transistor en fonction de la valeur de E entre 0 et 5V
On donne  = 100
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Un exemple du transistor en
commutation
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Le transistor en petits signaux ou
régime dynamique
• HYPOTHESE: REGIME LINEAIRE
• Modélisation:
on exprime vbe = f(ib, vce) et ic = f(ib, vce) en linéarisant les caractéristiques
autour du point de fonctionnement
• Soit vbe = h11 ib +h12vce
et
ic = h21ib+h22 vce
• H matrice hybride
• Donner les définitions des hij et leurs dimensions
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Le transistor en petits signaux ou
régime dynamique
• Expérimentalement: h12 est très faible (10-4)
– h11 et 1/h22 de l’ordre du k
– h21 noté dans les doc hFE de l’ordre de  (attention la valeur de  est
une valeur statique)
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Préparation du TP
• Le montage
• Déterminer le point de
fonctionnement
– Régime statique ?
– Eq dte d’attaque ?
– Eq dte de charge ?
f = 1kHz
• Montage en petits
signaux: redessiner le
montage en régime
dynamique avec valeurs
de C : supposées >> 10
µF
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Préparation du TP
• Déterminer A0 = vRL /e
si RL =infini
• Même question si RL est
finie
• En déduire l’impédance de
sortie du montage
• Déterminer l’impédance
d’entrée du montage
• Gain en courant et en
puissance
• Quel est le rôle de ce
montage, quelles sont ses
limitations ?
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