Licence de Physique 2001-2002 TD électronique # 7 Transistors

Licence de Physique 2001-2002
TD électronique # 7
Transistors bipolaires : Polarisation en régime linéaire
1- Dans les exercices qui suivent, on s'intéresse aux différentes manières de polariser un transistor, c'est-à-dire de fixer
un point de polarisation sur la droite de charge, en vue d'amplifier des signaux alternatifs. Le signal alternatif d'entrée
fait fluctuer le point de fonctionnement autour du point de repos, mais le dispositif doit demeurer linéaire, donc le
transistor ne doit pas saturer ni bloquer. En pratique, on choisit souvent de régler le point de polarisation près du milieu
de la droite de Charge (statique ou dynamique). Le premier type de polarisation, le plus mauvais, est la polarisation de
base, où l'on ramène les résistances de base et de collecteur à la même alimentation Vcc. Dans le montage de la Fig.7.1,
calculez RB pour que VCE soit égal à Vcc/2, en considérant βcc=100, tracez la droite de charge et le point de polarisation.
RB étant fixée, indiquez le nouveau point de fonctionnement si βcc=50. On constate que le point de repos dépend
beaucoup du gain en courant, et il serait nécessaire de changer RB si l'on change de transistor : la polarisation de base
est peu utilisée en amplification.
( R.: RB= 188 kΩet Q=(5V, 5mA) ; Q'=(7 .65V , 2. 5mA ) )
2- Afin de compenser les variations βcc, on peut ajouter à la polarisation de base une résistance d'émetteur RE. Un βcc
accru augmente IC qui produit une plus grande chute de tension aux bornes de RE ce qui a pour effet de diminuer IB et
donc IC : c'est la polarisation par réaction d'émetteur. Dans le montage de la Fig.7.2, calculez RB pour que Vout soit
égal à VCC/2, en considérant βcc =l00, tracez la droite de charge et le point de polarisation. RB étant fixée, indiquez le
nouveau point de fonctionnement si βcc =50. Plus RE est grande, meilleure est la stabilisation, mais RE grande risque de
bloquer le transistor et RE doit donc être maintenue assez faible ( < l kΩ ). La dépendance vis-à-vis du gain en courant
reste importante.
( R.: RB=136 kΩ et Q=(2.5V,5mA); Q'=(5.65V, 2.9mA ) )
3- La polarisation automatique (polarisation du collecteur), où l'on ramène la résistance de base au collecteur plutôt
qu'à l'alimentation, pallie à cet inconvénient. Dans le montage de la Fig. 7.3 , calculez RB pour que VCE soit égal à
VCC/2, en considérant βcc =100. Tracez la droite de charge statique du montage. Indiquez le nouveau point de
fonctionnement si βcc=50.
( R.: RB= 88 kΩ et Q=(5Ω, 5mA); Q’=(6.6V, 3.4 mA ) )
4- La polarisation par pont diviseur de tension est la plus utilisée dans les circuits linéaires. Si le pont diviseur est
soutenu ( la charge constituée par la base du transistor est suffisamment faible devant le courant de pont ), le potentiel
de la base VB est fixe et entièrement déterminé par le pont diviseur. Dans le circuit de la Fig. 7.4, tracez la droite de
charge statique et représentez le point de fonctionnement en supposant que le pont diviseur est soutenu. De combien la
tension de base va t’elle s'écarter de sa valeur maximale (obtenue pour IB=0) si IPONT=10 IB ?
Cette limite IPont ≥10 IB définit le pont diviseur soutenu. Indiquer le nouveau IC’ et VB’
( R.: en blocage,VCE= VCC=30 Volts; en saturation, ICSat=30/3750=8 mA. VB=3.85 Volts, et Q=(13.9 Volts; 4.3 mA );
VB s'écarte de 8% de sa valeur maximale, VB’=3.54, IC’=3.92mA).
5- Dans le circuit de la Fig. 7.5, déterminez RC et RE pour polariser le transistor au point de fonctionnement Q=(4.7V,
10mA).
(R. : RE=240KΩ, RC=590KΩ)
6- La polarisation par pont se ramène au transistor en source de courant déjà évoqué antérieurement (Problème 6.5),
car RC est parcourue par un courant constant de valeur fixée par VB et RE. Dans le montage de la Fig. 7.6 qui implique
un transistor PNP polarisé par pont, déterminez la valeur du courant dans la résistance de charge RL. Pour quelles
valeurs de RL peut-on garantir la stabilisation du courant ?
(R. IC=6mA ; Pour rester en régime linéaire, il faut garantir VCE≥ 2 Volts, valeur qui détermine une limite supérieure
pour RL de 1600Ω)
7- Dans la polarisation par pont, si RC est parcourue par un courant constant, la tension aux bornes de RL est
entièrement fixée par VB. Le montage de la Fig. 7.7 représente donc une source stabilisée en tension pour la résistance
de charge RL placée dans le circuit de l’émetteur. Calculez la valeur de cette tension stabilisée. Pour quelles valeurs de
RL peut-on garantir la stabilisation de cette tension ? Comment étendre cette plage de valeurs en ajoutant un seul fil au
montage ? Que devient la valeur limite de RL pour un transistor Si « petit signaux » d’un demi Watt ?
(R. VE=2.3Volts ; Pour rester en régime linéaire, il faut garantir VCE≥ 2 Volts, valeur qui détermine une limite
inférieure pour RL de 215 Ω ; Si un fil courcircuite RC, la limite inférieure pour RL est fixée par la puissance maximale
dissipable à RL≤60 Ω
8- Dans l’amplificateur à deux étages de la Fig. 7.5, calculez les tensions VE et VC de chaque étage
(R. : VE1=VE2=1.57Volts, VC1=VC2=8.84Volts)