Structure de base d`un AOP

TP GLEE 502 – seconde partie
2013/2014
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Le travail proposé se déroule sur plusieurs séances, les maquettes seront
conservées d’une séance à l’autre afin de permettre une continuité dans le travail. A la
fin de chaque chapitre un compte rendu sera à réaliser. Ils seront à faire évaluer en
cours de séance.
Le compte rendu devra comprendre une introduction définissant l’objectif du
travail réalisé et son intérêt. Il faudra faire la distinction entre les calculs théoriques
(hypothèses incluses), les résultats expérimentaux obtenus et la confrontation entre
résultats calculés et les résultats obtenus. Un soin tout particulier devra être apporté sur
l’interprétation des résultats, les objectifs souhaités et ceux obtenus. La conclusion devra
replacer ces résultats dans le domaine plus large de l’électronique analogique
Attention la partie théorique se traite indépendamment de la partie pratique,
seule cette dernière fait l’objet de l’énoncé ci-dessous.
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TP GLEE 502
Structure de base d’un AOP
1) Introduction
On étudie l’amplificateur à transistors de la figure 1. L’objectif de ces séances est
d’appréhender le rôle des 3 étages constituant un amplificateur opérationnel : l’étage
différentiel, l’étage de gain et l’étage de puissance (non représenté sur la figure 1). Pour
simplifier le travail ce dernier étage (étage push-pull) ne sera pas câblé au départ.
La caractérisation portera sur la paire différentielle d’entrée constituée par les
transistors PNP notés Q1 Q2, et sur l’étage de gain constitué lui-même d’un transistor NPN Q3
monté en collecteur commun (émetteur suiveur) et d’un transistor NPN Q4 monté en émetteur
commun. Le rôle de la capacité de compensation C2 sera également étudié. L’étage de
puissance sera à réaliser. Des améliorations telles que l’augmentation de l’impédance d’entrée
ou de la dynamique de l’amplificateur à travers la charge active pourront également être
envisagées.
2) Etude de la polarisation des transistors et leurs paramètres dynamiques
La paire différentielle utilise deux transistors PNP appairés issus d’un circuit intégré
SSM2220 dont le brochage est donné figure 2. Le reste du montage par commodité sera
réalisé avec des transistors NPN Q2N2222 ou équivalent.
Réaliser le montage complet proposé figure 1. Mesurer la tension continue en sortie du
montage et régler le potentiomètre R11 de telle sorte que cette tension soit nulle. Relever la
valeur de R11.
Relever les points de polarisation des transistors puis mesurer les paramètres statiques
et dynamiques associés à ces valeurs pour chacun des transistors (gain statique, tension
d’Early, gain dynamique, résistances dynamiques d’entrée et de sortie). Ces paramètres
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seront obtenus en utilisant les traceurs de caractéristiques à disposition sur les paillasses.
Attention pour ces mesures les composants doivent être sortis du montage.
Pour le transistor NPN Q4 mesurer et tracer la variation du gain statique en fonction
de la valeur du courant de collecteur pour une tension émetteur-collecteur constante. La
valeur de la tension sera celle de la tension émetteur-collecteur de Q4 dans le montage. Pour
interpréter les résultats on relèvera en même temps la variation du courant de base et du
courant de collecteur en fonction de la tension base-émetteur.
3) Etude de la linéarité de la paire différentielle
Ajouter l’étage de gain et vérifier que les points de polarisation de Q1 et de Q2 ne
sont pas affectés et mesurer Vout = f(Vin).
Etudier l’effet d’une tension continue sur une entrée (l’autre est mise à 0 V) et relever
les variations de tension sur les collecteurs : VC1 = f(Vin) , VC2 = f(Vin) , Vout = f(Vin) et
VE1=f(Vin). Vin est une tension continue appliquée sur une des entrées de la paire
différentielle. On effectuera ces mesures dans la gamme où la tension VBE des transistors
n’est pas fortement modifiée.
Réaliser les mêmes mesures en appliquant Vin sur les deux entrées simultanément.
Comment peut-on à partir de ces résultats voir l’effet qu’auraient des tensions d’entrée
parfaitement opposées sur les tensions VC1 , VC2 et Vout ?
Pour éviter le problème dû à la résistance R1 sur le comportement de la paire
différentielle concevoir un miroir de courant qui délivrera le même courant de polarisation de
la paire différentielle. Refaire les mesures précédentes.
4) Etude en dynamique
Etudier l’effet d’une variation de tension sur une entrée (l’autre est mise à 0 V) et
relever les variations de tension sur les collecteurs : vc1 = f(vin) , vc2 = f(vin) , vout = f(vin) et
ve1=f(vin).
vin est une tension sinusoïdale appliquée sur une des entrées de la paire différentielle. Ce
placer dans la bande passante du circuit.
Réaliser les mêmes mesures en appliquant vin sur les deux entrées simultanément.
Comment peut-on à partir de ces résultats voir l’effet qu’auraient des tensions
parfaitement opposées appliquées sur les entrées sur les tensions vc1 , vc2 et vout ?
On tracera également le diagramme de Bode de notre amplificateur avec la capacité de
compensation et sans la capacité de compensation.
Réaliser avec l’amplificateur un montage de type suiveur de tension et réaliser la
mesure du slew rate de votre amplificateur. Pour réaliser cette mesure il faudra vérifier que
l’amplitude du signal reste dans la zone où la tension VBE n’est pas modifiée. (Pour le calcul
on prendra comme conditions initiales Vout=0 V et Vin en entrée. Cet état hors équilibre
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permet de calculer le courant dans le condensateur) Refaire la mesure sans le condensateur de
compensation.
5) Réalisation de l’étage de puissance
Attention dans cette partie il est important de vérifier les puissances dissipées.
Cet étage est donné figure 3 et est destiné à amplifier le courant de sortie de l’amplificateur
opérationnel.
Réaliser dans un premier temps le montage seul et observer la forme d’onde obtenue à partir
d’une sinusoïde appliquée en entrée. Quel est le gain en tension du montage ? Quel est le gain
en courant ? Quel est le rôle des résistances de 47 Ω ?
Pour éviter la distorsion de croisement on utilise un transistor de compensation.
Le schéma complet de l’étage de gain et du push-pull est donné figure 4. Analyser ce circuit
et le réaliser.
FIGURES
Figure 1 : Etage 1 et 2 de l’amplificateur
Remarque : Une erreur sur le document fourni par le fabriquant fait apparaitre des transistors
NPN alors qu’ils sont de type PNP.
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Figure 2 : Brochage du SSM 2220.
12 V
R11
Q1
2k
12 V
3096NPN
Q1
4.7k
3096NPN
6.8k
R12
Q8
R13
R1
47
Sortie
3096NPN
C2
R1
47
Q5
R2
47
470p
Q2N2222
R2
47
3096PNP
Q6
Q2
Q2N2222
R6
3096PNP
3.3k
R7
330
Q2
-12 V
-12 V
VOFF =
Figure 3 :
Structure push-pull élémentaire.
Figure 4 :
Etage de gain et de puissance de l’amplificateur.
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