Cours sur le transistor bipolaire (version projection)
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Le transistor bipolaire Pascal MASSON ([email protected]) Edition 2015-2016 Pascal MASSON École Polytechnique Universitaire de Nice Sophia-Antipolis Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 1645 route des Lucioles, 06410 BIOT Sommaire I. Historique II. Caractéristiques du transistor III. Polarisation du transistor IV. Les fonctions logiques V. Amplification en classe A VI. Multivibrateur astable ABRAHAM BLOCH VII. Amplification en classe B VIII. Amplificateur opérationnel Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire I. Historique I.1. Définition Le transistor bipolaire est un composant électronique utilisé comme : interrupteur commandé, amplificateur, stabilisateur de tension, modulateur de signal … Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire I. Historique I.2. Histoire du transistor 1947 : John BARDEEN et Walter BRATTAIN inventent le transistor à contact (transistor) au laboratoire de physique de la société BELL (USA). Cette découverte est annoncée en juillet 1948. Transistor à contact 1948 1948 : Herbert MATARE et Heinrich WELKER inventent (indépendamment de BELL) aussi le transistor à contact en juin 1948 (en France). Ce transistor sera appelé le Transistron 1948 Transistron pour le distinguer de celui de BELL. 1948 : en janvier William SHOCKLEY invente le transistor à jonction (bipolaire) mais la technique de fabrication ne sera maitrisée qu’en 1951 Transistor à jonction 1948 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire I. Historique I.2. Histoire du transistor Les transistors remplacent les contacteurs électromécaniques des centraux téléphoniques et les tubes dans les calculateurs. 1953 – calculateur (93 transistors + 550 diodes) 1953 Sonotone 1010 : première application portative transistor entant que sonotone. 1954 : première radio Régency TR-1 (4 transistors) à transistors. Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire du I. Historique I.3. Histoire des premiers circuits intégrés 1958 : Jack KILBY de Texas Instrument présente le premier circuit (oscillateur) entièrement intégré sur une plaque de semiconducteur. 1958 – premier circuit intégré 1960 : production de la première mémoire Flip Flop par la Fairchild Semiconductor. 1960 – Flip Flop en circuit intégré 1965 : à partir du nombre de composants par circuit intégré fabriqué depuis 1965, Gordon MOORE (Fairchild Semiconductor) prédit que le nombre de composants intégrés (par unité de surface) doublera tous les 12 mois. Cette loi est toujours vraie ! Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire société II. Caractéristiques du transistor II.1. Définition d’un transistor bipolaire Le transistor bipolaire est créé en juxtaposant trois couches de semiconducteur dopés N+, P puis N pour le transistor NPN (courant dû à un flux d’électrons) ou dopés P+, N puis P pour le transistor PNP (courant dû à un flux de trous). Le niveau de dopage décroit d’un bout à l’autre de la structure. Un faible courant de base, IB, permet de commander un courant de collecteur, IC, bien plus important. II.2. Représentation collecteur collecteur émetteur collecteur IC VCE base VBE IB N P N+ IC IE émetteur base Pascal MASSON VCE base Transistor NPN -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VBE IB P N P+ émetteur Transistor PNP Le transistor bipolaire IE II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN B P N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBE est suffisante, la diode BE (base –émetteur) est passante : Courant de trous de B vers E. Courant d’électrons de E vers B qV qV I IS. exp BE ISt ISe . exp BE kT kT B P VBE N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBE est suffisante, la diode BE (base –émetteur) est passante : Courant de trous de B vers E. Courant d’électrons de E vers B qV qV I IS. exp BE ISt ISe . exp BE kT kT B P Si le nombre d’électrons dans l’émetteur et 100 fois plus grand que le nombre de trous VBE dans la base alors ISt << ISe. N+ E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C N B P VBE N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. VBC B P VBE N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de la ZCE Base- VBC collecteur. B P VBE N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de la ZCE Base- VBC collecteur. Les électrons sont propulsés dans le collecteur pas le champ électrique. B P VBE N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN On positionne à présent le collecteur dopé N C La jonction BC est polarisée en inverse : N augmentation du champs électrique interne. La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de la ZCE Base- VBC collecteur. Les électrons sont propulsés dans le collecteur pas le champ électrique. Si on modifie la tension VBC (dans une certaine limite), le champ électrique est toujours suffisant B P VBE pour propulser tous les électrons : N Le courant de collecteur ne dépend pas de la tension VBC mais uniquement de VBE. Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Par convenance on pose : VT q ( 25.6 mV à 300K) kT Les trois courants du transistor bipolaire sont : IB : courant de trous de B vers E. V I B ISt . exp BE VT IC : courant d’électrons de E vers C V I C ISe . exp BE IB VT B IE : courant de trous de B vers E + courant C IC N P d’électrons de E vers C V I E IS. exp BE I B IC VT Le rapport, , entre les courants IC et IB dépend entre N autres des niveaux de dopage de l’émetteur et de la base ainsi que de l’épaisseur de la base : IC = .IB Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBC augmente trop : C Le champ électrique base – collecteur diminue IC N B IB P N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Fonctionnement du transistor NPN Si la tension VBC augmente trop : C Le champ électrique base – collecteur diminue IC N Les électrons ne sont plus tous propulsés dans le collecteur mais une partie sort par la base Le courant IC tend à devenir nul On dit dans ce cas que le transistor est saturé B IB P La tension VCE pour laquelle ce phénomène apparaît est notée VCEsat. N E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IB(VBE) du transistor NPN Pour débloquer (rendre passant) le transistor NPN, il faut que la jonction base-émetteur soit polarisée en direct avec une tension supérieure à la tension de seuil, VS, de cette diode : VBE > VS. La caractéristique IB(VBE) est celle de la diode base-émetteur en ne considérant que le courant de trou. Ici le courant de trous est bien plus faible que le courant d’électrons. collecteur IC VCE base VBE IB N P N+ IB (A) inverse IE émetteur Pascal MASSON directe -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) 0 VS VBE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IB(VBE) du transistor PNP Pour débloquer (rendre passant) le transistor PNP, il faut que la jonction base-émetteur soit polarisée en direct avec une tension supérieure (en valeur absolue) à la tension de seuil, VS, de cette diode soit : VBE < VS. La caractéristique IB(VBE) est celle de la diode base-émetteur en ne considérant que le courant des électrons. Ici le courant des électrons est bien plus faible que le courant des trous. collecteur IB (A) IC VCE base VBE IB P N P+ directe IE émetteur Pascal MASSON inverse -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VS 0 VBE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IC(VCE) du transistor NPN Si la jonction BC est polarisée en inverse, alors le courant d’électrons peut traverser cette jonction. Dans ce cas le courant IC est indépendant de VCE : régime linéaire (IC = .IB) collecteur IC VCE base VBE émetteur Pascal MASSON IB N P N+ IB4 IC (A) IB3 IB2 > IB1 IB1 IE 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IC(VCE) du transistor NPN Si la jonction BC est polarisée en inverse, alors le courant d’électrons peut traverser cette jonction. Dans ce cas le courant IC est indépendant de VCE : régime linéaire (IC = .IB) Si VCE = 0 alors aucun courant ne circule entre l’émetteur et le collecteur collecteur IC VCE base VBE émetteur Pascal MASSON IB N P N+ IB4 IC (A) IB3 IB2 > IB1 IB1 IE 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.3. Caractéristiques IC(VCE) du transistor NPN Si la jonction BC est polarisée en inverse, alors le courant d’électrons peut traverser cette jonction. Dans ce cas le courant IC est indépendant de VCE : régime linéaire (IC = .IB) Si VCE = 0 alors aucun courant ne circule entre l’émetteur et le collecteur Le basculement entre ces deux fonctionnements se produit à la tension VCEsat (sat pour saturation) : le courant IC n’est pas proportionnel à IB. saturé collecteur IC VCE base VBE émetteur Pascal MASSON IB N P N+ Linéaire IB4 IC (A) IB3 IB2 > IB1 IB1 IE 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCEsat VCE (V) Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Bloqué : VBE < VS, IB = 0, IC = 0 IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Linéaire : VBE > VS, IB > 0, IC = .IB IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Linéaire : VBE > VS, IB > 0, IC = .IB IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Linéaire : VBE > VS, IB > 0, IC = .IB IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Linéaire : VBE > VS, IB > 0, IC = .IB IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Linéaire : VBE > VS, IB > 0, IC = .IB IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Saturé : VBE > VS, IB > 0, IC < .IB, VCE < VCEsat IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) C Passant_Saturé : VBE > VS, IB > 0, IC < .IB, VCE < VCEsat IC N IB (A) 0 VS VBE (V) B IB P IC (A) N 0 Pascal MASSON VCEsat VCE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) Si on déconnecte le collecteur, le courant de base correspond à la somme des trous et des électrons (IB = h+ + e). La résistance série est de l’ordre de l’ohm B IB (A) IB P h+ + e VBE e h+ N 0 Pascal MASSON VBE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) En régime linéaire, le courant de base est constitué C uniquement de trous (IB = h+) donc la résistance série IC N de la diode est beaucoup plus grande, de l’ordre du kohm B IB (A) IB P h+ + e VBE e h+ N 0 Pascal MASSON VBE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire II. Caractéristiques du transistor II.4. Bilan des caractéristiques IB(VBE) et IC(VCE) En régime saturé, le courant de base est constitué C des trous et d’une partie des électrons (IB = h+ + .e) IC N IB (A) h+ + e h+ + .e B IB P e h+ N 0 Pascal MASSON VBE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) E IE Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 La boucle d’entrée permet de déterminer la valeur de IB I B0 E G R B.I B0 VS R S.I B0 E G VS R B RS VBE0 VS R S.I B0 VDD RC IB (A) EG/RB RB IB0 0 Pascal MASSON EG VS VBE0 IB IC VBE EG VBE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 On considère que le transistor est en régime linéaire I C .I B VDD RC RB EG Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) IB IC VBE Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 On considère que le transistor est en régime linéaire I C .I B On peut donc résumer le transistor à trois éléments : En entrée : VS et RS (donc la diode base-émetteur) En sortie: un générateur de courant IC = .IB VDD RC RB EG Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) IB VBE IC IC VCE Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 Il faut à présent vérifier si le transistor est réellement en régime linéaire par le calcul de VCE VCE VDD R C .IC VDD R C .IC VCE Si VCE > VCEsat alors on confirme le régime linéaire et les calculs sont exacts VDD RC IC VDD/RC RB IB0 IC0 EG 0 VCEsatVCE0 Pascal MASSON VDD IB IC VBE VCE -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 Si VCE < VCEsat le transistor est en régime saturé et l’utilisation de la droite de charge donne les vraies valeurs de IC0 et VCE0 Si on utilise pas la droite de charge, on impose VCE = VCEsat et on détermine la valeur de IC avec la boucle de sortie. I C0 VDD R C .IC0 VCEsat VDD VCEsat RC VDD RC IC VDD/RC IC0 RB IB0 EG 0 VCEsatVCE0 Pascal MASSON VDD IB IC VBE VCE -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple Détermination de IB0 et IC0 Il faut aussi re-déterminer la véritable valeur du courant de base. Les électrons qui passent de l’émetteur à la base ne sont pas tous propulsés au collecteur et une partie sort par la base. Les valeurs de VS et RS sont donc différentes VDD RC IB (A) EG/RB RB IB IC IB0 EG 0 Pascal MASSON VS VBE0 VBE EG VBE (V) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC IB0 EG/RB 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC IB0 EG/RB 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC IB0 EG/RB 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RB avec RC constant RC On part d’une valeur de RB suffisamment grande pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en sortie ne change pas On diminue alors RB EG IB 0 Pascal MASSON VDD/RC VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE VBE IC IB (A) EG/RB IC IB0 IC0 VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IC IB VCE VBE VDD/RC IB (A) IB0 EG/RB IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC IB0 EG/RB IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC EG/RB IB0 IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.1. Polarisation simple VDD Variation de RC avec RB constant RC On part d’une valeur de RC suffisamment faible pour que le transistor soit en régime linéaire RB La droite de charge en entrée ne change pas On augmente alors RC EG IC IB VCE VBE IC IB (A) VDD/RC EG/RB IC0 IB0 IB0 0 Pascal MASSON VS EG VBE (V) 0 VCEsat -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base Les résistances R1 et R2 forment un pont entre la base et VDD d’où le nom. La détermination de IB passe par celle de IP. VDD R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : approche simple On considère que IP >>> IB. Dans ce cas un simple pont diviseur de tension permet de connaître la valeur de VBE et par suite la valeur de IB. VBE VDD R2 VDD R1 R 2 Puis on détermine IB. V VS IB BE RS R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : système de 2 équations On résout un système de deux équations qui correspond à l’ écriture de deux mailles en entrée (1) VBE R 2 .I P VS R S.I B (2) VDD R1.I P I B VBE R1.I P VS R1 R S I B R1 On trouve R VDD 1 1VS R2 IB R R1 R S R S . 1 R2 Pascal MASSON VDD (2) -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) IP + IB IP R2 RC IB VBE (1) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin VDD R1 IP + IB IP R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) RC IB VBE Thévenin Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin VDD RC Rth IB VBE Eth Thévenin Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin VDD RC Eth Thévenin Rth IB VBE Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB VDD R1 RC VCE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th VDD R1.R 2 R1 R 2 R1 RC VCE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th VDD R1.R 2 R1 R 2 RC Rth VCE Eth Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th VDD R1.R 2 R1 R 2 On détermine alors Eth avec un pont R1 RC diviseur de tension E th R2 VDD R1 R 2 VCE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Eth Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th VDD R1.R 2 R1 R 2 RC On détermine alors Eth avec un pont diviseur de tension E th Rth R2 VDD R1 R 2 VCE Eth Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Eth Le transistor bipolaire III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On peut aussi transformer VDD, R1 et R2 en générateur de thévenin On débranche la base du transistor pour éliminer le courant IB Pour déterminer Rth, on éliminer les sources (ici VDD = 0) ce qui donne R1 // R2 R th VDD R1.R 2 R1 R 2 RC On détermine alors Eth avec un pont diviseur de tension Rth R2 E th VDD R1 R 2 D’où IB : IB E th VS R th R S Pascal MASSON IB VBE Eth -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On retrouve le théorème de Thévenin à partir des deux mailles en entrée : VBE R 2 .I P VDD R1.I P I B VBE VDD On extrait IP de la première équation que l’on reporte dans la deuxième V VDD R1. BE R1.I B VBE R2 Qui s'écrit aussi en regroupant les VBE R R2 VBE VDD R1.I B 1 R 2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.2. Pont de base IB : Thévenin On retrouve le théorème de Thévenin à partir des deux mailles en entrée : VBE R 2 .I P VDD R1.I P I B VBE VDD On extrait IP de la première équation que l’on reporte dans la deuxième V VDD R1. BE R1.I B VBE R2 Qui s'écrit aussi en regroupant les VBE R2 R .R VDD 1 2 .I B VBE R1 R 2 R1 R 2 E th Pascal MASSON R1 IP + IB IP RC IB VBE R2 R th -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.3. Résistance d’émetteur Dans la résistance RE il passe le courant IE donc les courants IB et IC La maille en entrée s'écrit : E th R th .I B VS R S.I B R E .I B IC E th R th .I B VS R S.I B R E .1 .I B On trouve le courant IB E th VS IB R th R S 1 .R E VDD Erreur classique : oublie du Rth Vu de l’entrée (donc de IB), la résistance RE est multipliée par (1+) En fonction de la valeur de on peut écrire : 1 .R E .R E Pascal MASSON RC IB VBE Eth -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) RE Le transistor bipolaire VCE III. Polarisation du transistor III.3. Résistance d’émetteur La présence de RE permet une régulation thermique du transistor En fonctionnement, le transistor chauffe à cause de la circulation du courant ce qui augmente la valeur du courant qui engendre une augmentation de la température etc … En présence de RE : T° IB (A) VDD VE T° 0 IB VS VBE (V) RC VBE Rth IB Si la présence de RE n’est pas suffisante, il IB VBE Eth RE faut ajouter un radiateur sur le transistor. Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VCE VE IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IB4 R E 0V 24 VCE R R IC (A) IC 24 V 6V IC R1 VE Pascal MASSON RB IB VBE S VCE = VS 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R Si VE = 0 V : VBE est IB4 R E 0V IC (A) IC 24 V 6V R1 VE Pascal MASSON RB IB VBE S VCE = VS 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R Si VE = 0 V : VBE est négatif (transistor bloqué) et IC = 0 soit VS = 24 V Si VE = 24 V : VBE IB4 R E 0V IC (A) IC 24 V 6V R1 VE Pascal MASSON RB IB VBE S VCE = VS A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R Si VE = 0 V : VBE est négatif (transistor bloqué) et IC = 0 soit VS = 24 V Si VE = 24 V : VBE > 0 (transistor passant) et IB = IB4 donc VS VCEsat 0 V B IB4 R E 0V IC (A) IC 24 V 6V R1 VE Pascal MASSON RB IB VBE S VCE = VS A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R Si VE = 0 V : VBE est négatif (transistor bloqué) et IC = 0 soit VS = 24 V Si VE = 24 V : VBE > 0 (transistor passant) et IB = IB4 donc VS VCEsat 0 V IC (A) B IB4 A 0 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 VCEsat B 24 VE (V) Pascal MASSON IB1 A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 VCEsat B 24 VE (V) Pascal MASSON IB1 A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 IB = IB1 VCEsat B 24 VE (V) Pascal MASSON IB1 A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 IB = IB1 IB = IB2 VCEsat IB = IB3 B 24 VE (V) Pascal MASSON IB1 A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur La loi des mailles dans la boucle de sortie donne : VCE VS 24 R.IC On obtient alors la droite de charge : IC 24 VCE R R On trace maintenant la caractéristique VS(VE) de l’inverseur. Déblocage VS (V) A 24 IC (A) B IB4 IB3 IB2 > IB1 IB = IB1 IB = IB2 VCEsat IB = IB3 B 24 VE (V) Pascal MASSON IB1 A 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VCE (V) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.1. L’inverseur Table de vérité et symbole logique : E S 0 1 1 0 E S=E En pratique on définit un gabarit pour l’inverseur VS (V) 24 VCEsat 24 VE (V) Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.2. La fonction NI (NON-OU, NOR) 24 V 6V Schéma électrique d’une porte NI : IC R2 E2 Pascal MASSON S = E1+E2 IB VBE 0V E1 E2 R R1 E1 Table de vérité et symbole logique : RB E2 E1 S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire S VCE = VS IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Le but est de stocker l’information 1 ou 0. Schéma logique le la mémoire : Reset Set Table de vérité : Q Set Reset Q Q Q Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On pose un état initial de la mémoire Table de vérité : 0 Reset 0 Set Q 0 1 Q Set Reset 0 0 Q 0 Q 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Set à 1 pour stocker l’information 1 Table de vérité : 0 Reset 1 Set Q 0 1 Q 0 Set Reset 0 0 1 0 Q 0 Q 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Set à 1 pour stocker l’information 1 Table de vérité : 0 Reset 1 Set Q 0 0 Q 0 Set Reset 0 0 1 0 Q 0 Q 1 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Set à 1 pour stocker l’information 1 Table de vérité : 0 Reset 1 Set Q 1 0 Q Set Reset 0 0 1 0 Q 0 1 Q 1 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Set à 1 pour stocker l’information 1 Lorsque Set revient à 0, Q reste à 1 0 Reset 0 Set Table de vérité : Q 1 0 Q Set Reset 0 0 1 0 0 0 Q 0 1 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Set à 1 pour stocker l’information 1 Lorsque Set revient à 0, Q reste à 1 0 Reset 0 Set Table de vérité : Q 1 0 Q Set Reset 0 0 1 0 0 0 Q 0 1 1 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Reset à 1 pour stocker l’information 0 Table de vérité : 1 Reset 0 Set Q 1 0 Q Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Reset à 1 pour stocker l’information 0 Table de vérité : 1 Reset 0 Set Q 0 0 Q Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 0 Q 1 0 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Reset à 1 pour stocker l’information 0 Table de vérité : 1 Reset 0 Set Q 0 1 Q Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 Q 0 1 1 0 Q 1 0 0 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Reset à 1 pour stocker l’information 0 Lorsque Reset revient à 0, Q reste à 0 0 Reset 0 Set Table de vérité : Q 0 1 Q Chronogramme : Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Q 0 1 1 0 0 Q 1 0 0 1 1 Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI On met Reset à 1 pour stocker l’information 0 Lorsque Reset revient à 0, Q reste à 0 0 Reset 0 Set Table de vérité : Q 0 1 Q Chronogramme : Set Reset 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Q 0 1 1 0 0 Q 1 0 0 1 1 Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Il existe un état interdit avec Set = Reset = 1 Table de vérité : 1 Reset 1 Set Q Q Set Reset 1 1 Q Q Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Il existe un état interdit avec Set = Reset = 1 Les sorties sont à 0 Table de vérité : 1 Reset 1 Set Q 0 0 Q Set Reset 1 1 Q 0 Q 0 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Si les 2 entrées passent simultanément à 0 les sorties sont indéterminées Elles dépendent de la rapidité de chaque porte 0 Reset 0 Set Q ? ? Q Table de vérité : Set Reset 1 1 0 0 0 0 Q 0 1 Q 0 0 0 1 Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Si les 2 entrées passent simultanément à 0 les sorties sont indéterminées Elles dépendent de la rapidité de chaque porte 0 Reset 0 Set Q ? ? Q Table de vérité : Set Reset 1 1 0 0 Q 0 ? Q 0 ? Chronogramme : Set 1 0 t Reset 1 0 t Q 1 0 t Q 1 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI Schéma électrique de cette mémoire : 24 V 6V RB R RB Set R2 0V Reset Q R1 R Q R2 R1 Symbole logique de la mémoire RS (bascule RS) : Set Reset Q Set Q Reset Q Q Mémoire de type RAM (Random Acces Memory) qui s’apparente à la SRAM (Static) : l’information disparaît si on éteint l’alimentation. Si le pont de base consomme 1 µ A (sous 30 V) et que l’on stocke 106 bits alors la mémoire disperse au moins 30 W ! Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire IV. Les fonctions logiques IV.3. La fonction mémoire à deux portes NI 1971 : 256-bit TTL RAM (Fairchild) Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement L’amplificateur de classe A amplifie tout le signal d’entrée. VDD On travaille dans la partie IC = .IB linéaire du transistor qui est polarisé en statique à IB0 et IC0. RC IB Le courant IB oscille autour de IB0 et donc IC oscille autour de IC0 IC VS VCE = VS VE = VBE avec IC = .IB. Sans signal d’entrée, l’ampli consomme IC0 : mauvais rendement (au mieux 50 %). Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t IC (A) ICmax IC0 IC = .IB ICmin -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IB (A) IBmax IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 Pascal MASSON IBmin VCE (V) t IC (A) ICmax IC0 ICmin -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) t Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IC (A) IBmax ICmax IB0 IC0 ICmin 0 IBmin IC (A) ICmax IC0 ICmin t VCE (V) 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC EG (V) VS VCE EGmax EG0 EGmin IB (A) IB (A) t IBmax IB0 IBmin 0 VBE (V) IBmax IB0 t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin IC (A) IC (A) IBmax ICmax IC0 0 t IB0 VCE (V) ICmax IC0 ICmin t 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VBE IC VS VCE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IB (A) IBmax IB (A) IBmax IB0 IB0 IBmin 0 IBmin VBE (V) t t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.1. Principe de fonctionnement RC VDD RB EG IB VS IC VCE VBE EG (V) EGmax EG0 EGmin t IBmax IC (A) ICmax IC0 ICmin 0 IB0 IC (A) IBmin t VCE (V) 0 t Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas Les gains VC/EG et VR/EG correspondent aux filtres passe bas et pas haut respectivement. La fréquence de coupure des deux filtres est : FC = 1/(2RC). La notion de haute et basse fréquences se reporte à la valeur de FC VC C EG Pascal MASSON R VR -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger 1.5 C EG R VR Tensions VC F = 0,05 FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.04 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger 1.5 C EG R VR Tensions VC F = 0,2 FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.002 0.004 0.006 0.008 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.01 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger 1.5 C EG R VR Tensions VC F = 0,5 FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.004 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger 1.5 C EG R VR Tensions VC F = FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.0005 0.001 0.0015 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.002 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger 1.5 C EG R VR Tensions VC F = 2.FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.001 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger 1.5 C EG R VR Tensions VC F = 5.FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.0004 V. Amplification classe A V.2. Rappels : passe haut et passe bas En basse fréquence VC = EG et VR = 0 : la capacité absorbe toutes les variations de EG. Elle a le temps de se charger et de se décharger En haute fréquence VR = EG et VC = 0 : la capacité n’a pas le temps de se charger et de se décharger et donc la tension ne varia pas à ses bornes. Toutes les variations de EG se reportent aux bornes de la résistance. 1.5 C EG R VR Tensions VC F = 20.FC EG 1.0 VR 0.5 VC 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 Temps Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire 0.0001 V. Amplification classe A V.3. Eléments du montage Les résistances R1 et R2 constituent le pont de base : polarisation de la base VDD R1 RC CL C VBE Ve Pascal MASSON Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.3. Eléments du montage Les résistances R1 et R2 constituent le pont de base : polarisation de la base Le condensateur C ne laisse passer que les variations de Ve et non la composante continue : évite de modifier la polarisation de la base. VDD R1 RC CL C VBE Ve Pascal MASSON Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.3. Eléments du montage Les résistances R1 et R2 constituent le pont de base : polarisation de la base Le condensateur C ne laisse passer que les variations de Ve et non la composante continue : évite de modifier la polarisation de la base. CL est aussi un condensateur de VDD liaison qui permet à la charge RL (résistance d’entrée du R1 bloc suivant) de ne pas modifier la RC CL C polarisation du transistor. VBE Ve Pascal MASSON Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.4. Point de repos du montage Le point de repos correspond aux valeurs des tensions et des courants lorsqu’on ne considère que le régime statique (ne dépend pas du temps). C et CL se comportent comme des interrupteurs ouverts. VDD R1 RC VBE Ve Pascal MASSON Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.4. Point de repos du montage Le point de repos correspond aux valeurs des tensions et des courants lorsqu’on ne considère que le régime statique (ne dépend pas du temps). C et CL se comportent comme des interrupteurs ouverts. VDD R1 RC VBE VCE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.4. Point de repos du montage Le point de repos correspond aux valeurs des tensions et des courants lorsqu’on ne considère que le régime statique (ne dépend pas du temps). C et CL se comportent comme des interrupteurs ouverts. On calcul IB (ce qui donne immédiatement IC) en supposant que le transistor est en régime linéaire VDD On détermine alors la tension VCE qui doit être supérieure à VCEsat R1 RC VBE VCE R2 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal EG est à présent un signal alternatif d’amplitude suffisamment faible pour ne pas bloquer et/ou saturer le transistor. Cette fois, les fréquences du signal EG sont suffisamment élevées pour ne pas permettre aux capacités C et CL de se charger ou de se décharger. Elles se comportent comme des interrupteurs fermés. VDD R1 Rg RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Les variations de EG vont se propager le long du circuit, être amplifiée par le transistor puis appliquées à la charge RL. Les paramètres importants d’un amplificateur sont : les résistances d’entrée et de sortie, le gain en tension et les fréquences de coupure haute et basse Calculer ces paramètres peut être long et on préfère utiliser le schéma petit signal simplification qui est mathématique schéma réel. VDD une R1 du Rg RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Pour pouvoir utiliser le schéma petit signal il faut que tous les éléments aient un comportement linéaire. Dans ce schéma, c’est le transistor qui est non linéaire et, par exemple, les variations de VBE doivent être suffisamment faibles pour considérer un seul VS et surtout un seul RS. VDD R1 Rg RC C VBE EG Pascal MASSON Ve CL Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Pour construire ce schéma, on ne conserve que les éléments (résistances, tensions, fils … et on ne conserve que les variations de tension et de courant. EG(t) = EG0 + eg(t) donc on ne conserve que eg(t) La variation de VDD est nulle, vdd(t) = 0, et il en va de même pour la masse donc vmasse(t) = 0 Donc d’un point de vu alternatif, les fils VDD et masse sont identiques. Une tension continue équivalente à un court circuit est V1(t) = V10 + v1(t) VS V2(t) = V20 + v2(t) = V1(t) VS donc Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) V20 = V10 VS v2(t) = v1(t) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Pour construire ce schéma, on ne conserve que les éléments (résistances, tensions, fils … et on ne conserve que les variations de tension et de courant. EG(t) = EG0 + eg(t) donc on ne conserve que eg(t) La variation de VDD est nulle, vdd(t) = 0, et il en va de même pour la masse donc vmasse(t) = 0 Donc d’un point de vu alternatif, les fils VDD et masse sont identiques. Une tension continue équivalente à un court circuit est V1(t) = V10 + v1(t) VS V2(t) = V20 + v2(t) = V1(t) VS donc Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) V20 = V10 VS v2(t) = v1(t) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg VDD RC CL C VBE EG Pascal MASSON Ve R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Vs RL Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Pascal MASSON Ve VDD RC CL C .IB R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Vs RL Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Ve VDD RC CL C .IB R2 Vs RL VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Ve VDD RC CL C .IB R2 Vs RL eg VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg EG Ve VDD RC CL C .IB R2 Vs RL Rg eg VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg Ve EG VDD RC CL C .IB R2 Vs RL Rg eg R1 VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg RC CL C Ve EG VDD .IB R2 Vs RL Rg eg R1 R2 VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg Ve EG VDD RC CL C .IB R2 Vs RL Rg eg RB VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal R1 Rg Rg eg ib RB RC CL C Ve EG VDD .IB R2 Vs RL B vbe VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Rg Rg eg ib RB CL C Ve EG RC vbe .IB R2 Vs RL B hie E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Rg Rg eg ib RB CL C Ve EG RC vbe .IB Vs RL R2 B C hie hfe.ib ic vce E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Rg Rg eg ib RB CL C Ve EG RC vbe .IB Vs RL R2 B C hie hfe.ib ic vce RC E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal VDD R1 Rg Rg eg ib RB CL C Ve EG RC vbe .IB Vs RL R2 B C hie hfe.ib ic vce RC E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Il faut aussi ajouter deux éléments parasites donnés par la matrice hybride du transistor. ib v be hie.i b h re .v ce eg ib RB vbe bipolaire vbe ic hfe .i b h oe.v ce Rg ic B vce C hie hre.vce hfe.ib 1/hoe ic vce RC E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Il faut aussi ajouter deux éléments parasites donnés par la matrice hybride du transistor. ib v be hie.i b h re .v ce ic bipolaire vbe ic hfe .i b h oe.v ce vce Dans ce cours, nous négligerons toujours la tension hre.vce (par rapport à hie.ib) et en fonction des cas nous négligerons aussi la résistance 1/hoe devant les résistances branchées en parallèle. Rg eg ib RB vbe B C hie hre.vce hfe.ib 1/hoe ic vce RC E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.5. Schéma en petit signal Les 4 paramètres sont obtenus à partir du point de polarisation. IC (A) VCE0 hfe hoe IC0 IB0 0 IB (A) VCE (V) ce VBE0 VBE (V) hie ! VCE0 hre Les paramètres h dépendent du point de repos (ou point de polarisation) Pascal MASSON Détermination de hie v V h ie be BE i b v 0 I B V V CE CE 0 ce Détermination de hfe i h fe c i b v 0 Détermination de hoe i h oe c v ce i 0 b Détermination de hoe v h re be v ce i 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) b Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains R B .h ie V Impédance d’entrée : R e in R B // h ie i in R B h ie Re Rg eg ib iin vin RB vbe B C hie hfe.ib ic vce RC E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Pour l’impédance de sortie, on court-circuite eg donc ib devient nul ainsi que hfe.ib et il reste : Rs Vout RC i out Rs Rg eg ib RB vbe B C hie hfe.ib ic vce iout RC vout E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Le gain en tension correspond au rapport entre la tension appliquée à la charge (RL) et la tension appliquée par le générateur : AV Vout Vce ic.R L // RC R // RC R // RC L h fe L Vin Vbe ib.RS RS h ie Sans charge (i.e. RL ), le gain en tension devient le gain à vide : A V0 A V R C R L RS Rg eg ib iin vin RB vbe B C hie hfe.ib ic vce RC vout E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.6. Paramètres : résistances et gains Pour le gain « composite », il faut considérer eg et non vin : A VG R B // RS R // RC Re Vce Vbe Vce L AV eg eg Vbe Rg R B // RS R S Rg R e Rg eg ib iin vin RB vbe B C hie hfe.ib ic vce RC vout E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée Si la fréquence du signal EG est trop faible, la capacité C a le temps de se charger et de se décharger et la tension VBE ne varie pas. La variation de tension de EG se retrouve intégralement aux bornes de la capacité Il est nécessaire de VDD connaitre la fréquence de coupure du filtre pour R1 ajuster correctement la Rg valeur de C et ainsi Pascal MASSON VBE EG Ve CL C laisser passer le signal à amplifier RC Vs R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée On ajoute la capacité dans le schéma petit signal et on déterminer le gain de PH l’amplificateur A VC Vout Vbe Vce Vin Vin Vbe Re Re 1 jC AV 1 1 j 1 R eC AV H A 0 V 1 j On voit clairement apparaître la fonction d’un filtre passe haut dont la fréquence de coupure est : FC Rg eg iin vin C RB ib vbe 1 2R eC B 2F C hie hfe.ib ic vce RC vout E VDD / masse Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée Si F < FC alors le condensateur se comporte comme un interrupteur ouvert et le signal n’est pas amplifié VDD R1 Rg RC CL C VBE EG Pascal MASSON Ve R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Vs RL Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée Si F < FC alors le condensateur se comporte comme un interrupteur ouvert et le signal n’est pas amplifié Si F > FC alors le condensateur se comporte comme un court-circuit et le signal est amplifié VDD R1 RC CL Rg VBE EG Pascal MASSON Ve R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Vs RL Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée La voix humaine (et les autres sons) est constituée d’une somme de sinusoïdes d’amplitudes et fréquences différentes : Signal Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) : A(db) 20 0 20 40 Signal 1 Pascal MASSON 103 106 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.7. Capacité C d’entrée Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) : A(db) C 20 C 0 R // RC 20 log . L RS R L // RC 1 20 log . R S FC 1 F 20 40 Signal 1 Pascal MASSON FC 103 106 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Si le transistor chauffe il risque de s’emballer thermiquement et d’être détruit. VDD R1 C RC IP VBE Vin Pascal MASSON CL Vout R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Si le transistor chauffe il risque de s’emballer thermiquement et d’être détruit. La résistance RE évite l’emballement thermique du transistor : T° IB VE VBE IB VDD R1 C RC CL IP VBE Vin Pascal MASSON R2 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) RE VE Vout Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur v .RC // R L A VE out v in RS R E 1 Gain en tension : Le gain a diminué avec l’introduction de la résistance RE. A VE 100 300 30 1000 Rg ib RB eg A VE 100 B 300 9.9 1000 201 100 C hie hfe.ib vin E ic RC vout RE Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Pour revenir à la valeur initiale du gain (i.e. AV), on ajoute une capacité CE en parallèle de RE. Cette capacité agit comme un passe bas. Si la fréquence est basse, CE agit comme un circuit ouvert, sinon elle est équivalente à un court-circuit. VDD R1 C RC IP VBE Vin Pascal MASSON R2 CL RE -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) CE VE RL Le transistor bipolaire Vout V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Il est nécessaire de déterminer la fréquence de transition entre court-circuit et circuit ouvert. Pour cela, on représente le schéma en petit signal en faisant apparaître la capacité CE. Rg ib RB eg B C hie vin E RE Pascal MASSON hfe.ib CE ic RC vout ve -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Pour déterminer la fréquence de coupure du filtre, on commence par définir 1 1 l’impédance équivalent à RE // CE : jCE ZEq R E On détermine alors le gain : 1 Zeq ve 1 1 AE RS v in RS Zeq 1 RS 1 jR SCE 1 Zeq RE Rg ib RB eg B C hie vin E RE Pascal MASSON hfe.ib CE ic RC vout ve -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Ce gain fait apparaître la forme d’un passe bas : AE ve R E 1 v in RS R E 1 1 j FCE Dont la fréquence de coupure est : Rg ib RB eg B RS R E 1 2RSR ECE C hie vin hfe.ib E RE Pascal MASSON 1 RSR ECE RS R E 1 CE ic RC vout ve -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) : A(db) 20 0 R // RC 20 log . L RS CE CE 20 R L // RC 20 log . RS 1 R E 40 Signal 1 Pascal MASSON FCE 103 106 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Le gain de l’amplificateur s’écrit : v A VCE out v in Rg RC // R L RC // R L RE RE RS 1 jCE jCER E 1 R S 1 1 RE jCE ib RB eg B C hie vin E RE Pascal MASSON hfe.ib CE ic RC vout ve -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Le gain de l’amplificateur s’écrit : v RC // R L A VCE out v in RS 1 R E 1 jCERE 1 R ERS jCE 1 RS 1 R E FCE’ FCE Il existe 2 fréquences de coupure FCE RS R E 1 2RSR ECE 1 2R ECE et FCE ' et R // R L A VCE C RS On retrouve aussi les 2 gains A VCE 0 Pascal MASSON RC // R L R S R E -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.8. Résistance d’émetteur Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) avec la résistance RE devient : A(db) CE 20 R // RC 20 log . L RS 0 20 CE R L // RC 20 log . RS 1 R E 40 Signal FCE’ Pascal MASSON FCE 103 106 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) 109 F (Hz) Le transistor bipolaire V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes La variation de la tension vbc implique une variation de la longueur de la zone de charge d’espace (ZCE) de la diode Base-Collecteur La variation de la ZCE correspond à une variation de charge et donc la diode est équivalente à une capacité notée CBC. Cette capacité fait un pont entre l’entrée et la sortie ce qui complique le calcul du gain en tension Rg eg ib RB vbe B C CBC hie hfe.ib ic vce RC E Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes Nous considérons la capacité entre la base et le collecteur : CBE Elle peut être ramenée en entrée et en sortie du transistor avec le théorème de MILLER : Z1 Z2 1 j.C BC1. 1 j.C BC2 . 1 1 j.C BC . 1 A V CBC1 CBC 1 AV CBC . AV j.C BC . 1 A V 1 C BC2 C BC . 1 AV C BC AV Rg eg Pascal MASSON RB CBC1 hie hfe.ib -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) CBC2 RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes v Re Gain composite : A VG _ CBC ce A V eg Rg R e Re Rg eg Pascal MASSON Req RB hie hfe.ib -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes Re // CBC1 v h Gain composite : A VG _ CBC ce fe . R eq // CBC2 eg h ie Rg R e // CBC1 Re Rg eg Pascal MASSON Req RB CBC1 hie hfe.ib -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) CBC2 RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes Re // CBC1 v h Gain composite : A VG _ CBC ce fe . R eq // CBC2 eg h ie Rg R e // CBC1 AVG v ce h fe R eq .R e 1 1 A . . . soit VG _ CBC eg h ie Rg R e 1 jCBC1 Rg // R e 1 jCBC2R eq Gain aux fréquences moyennes Rg eg Pascal MASSON Req RB CBC1 hie hfe.ib -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) CBC2 RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes Re // CBC1 v h Gain composite : A VG _ CBC ce fe . R eq // CBC2 eg h ie Rg R e // CBC1 AVG v ce h fe R eq .R e 1 1 A . . . soit VG _ CBC eg h ie Rg R e 1 jCBC1 Rg // R e 1 jCBC2R eq Gain aux fréquences moyennes Il existe deux fréquences de coupure hautes avec FHF1 << FHF2 : Fréquence de 1 coupure haute FHF1 FHF 2C BE1 R g // R e de l’ampli Rg eg Pascal MASSON RB CBC1 hie hfe.ib -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) CBC2 Req RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes Re // CBC1 v h Gain composite : A VG _ CBC ce fe . R eq // CBC2 eg h ie Rg R e // CBC1 AVG v ce h fe R eq .R e 1 1 A . . . soit VG _ CBC eg h ie Rg R e 1 jCBC1 Rg // R e 1 jCBC2R eq Gain aux fréquences moyennes Il existe deux fréquences de coupure hautes avec FHF1 << FHF2 : Fréquence de 1 1 coupure haute FHF1 FHF FHF2 2C BE1 R g // R e 2C BE2 R eq de l’ampli Rg eg Pascal MASSON RB CBC1 hie hfe.ib -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) CBC2 Req RC Le transistor bipolaire RL V. Amplification classe A V.9. Fréquences de coupure hautes Diagramme de bode en amplitude (échelle semi-log) : A(db) 20 h R eq .R e fe 20 log . h ie R g R e 0 20 db/dec 20 40 40 db/dec Signal 1 Pascal MASSON 103 FHF1 106 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) FHF2 109 F (Hz) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 C1 R2 R1 C2 VDD t VBE1 0 0.6 V t VCE2 VDD VBE2 0 t 0.6 V t Pascal MASSON RC1 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) T1 T2 Le transistor bipolaire RC2 VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 VDD C1 R2 R1 C2 T1 0.6 V T2 0 t VBE1 0 0.6 V t VCE2 VDD VBE2 0 t 0.6 V t Pascal MASSON RC1 Instant t < t0 T1 saturé : VCE1 = VCEsat = 0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RC2 VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 R2 R1 C1 VDD 0.6 V t VCE2 VDD t 0.6 V t C2 VC2 T1 t VBE1 0 VBE2 0 RC1 0.6 V T2 Instant t < t0 T1 saturé : VCE1 = VCEsat = 0 T2 bloqué : VCE2 = VDD VBE2 < 0,6 V VC2 = VDD 0,6 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RC2 VDD VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 VDD VCE2 VDD t 0.6 V t C2 VC2 T1 t 0.6 V t Pascal MASSON R2 R1 C1 0 VBE1 0 VBE2 0 RC1 0.6 V T2 Instant t = t0 C1 s’est chargée à travers R1 VBE2 devient égale à 0,6 V -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RC2 VDD VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 C2 VC2 t T1 0.6 VDD T2 0.6 V t VCE2 VDD Pascal MASSON R2 R1 C1 VDD VBE1 0 VBE2 0 RC1 t 0.6 V t RC2 0 Instant t = t0 T2 devient saturé : VCE2 = 0 La charge de C2 impose la tension VBE1 = 0,6 VDD T1 se bloque -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 RC1.C1 VDD RC1 R2 R1 C1 VDD RC2 0 0.6 V T1 0.6 VDD t C2 T2 VBE1 0 0.6 V t VCE2 VDD C1 se charge à travers RC1 avec t 0.6 V t faible VBE2 0 Pascal MASSON Instant t = t0+ une constante de temps très VCE1 = VDD -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 V CE1 RC1.C1 VBE1 0 VCE2 VBE2 0 Pascal MASSON RC1 C2 0.6 V t RC2 0 VDD T1 t R2.C2 R2 R1 C1 T2 Instant t > t0 VDD C2 se charge à travers R2 avec t 0.6 V t grande que RC1.C1. une constante de temps plus La tension VBE1 augmente -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 RC1.C1 VBE1 0 C1 R2 R1 C2 T1 0.6 V T2 VDD t R2.C2 0.6 V t VCE2 VDD VBE2 0 t 0.6 V t Pascal MASSON RC1 Instant t = t1 VBE1 = 0,6 V -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire RC2 VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 RC1.C1 VBE1 0 VCE2 VBE2 0 Pascal MASSON VDD RC1 0 R2.C2 VDD t 0.6 V t C2 RC2 VC1 T1 0.6 VDD T2 t 0.6 V t R2 R1 C1 Instant t = t1 T1 devient saturé : VCE1 = 0 La charge de C1 impose la tension VBE2 = 0,6 VDD T2 se bloque -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 RC1.C1 VBE1 0 R2.C2 RC2.C2 Pascal MASSON 0.6 V t R2 R1 C1 0 C2 RC2 VDD 0.6 V T1 0.6 VDD t VCE2 VBE2 0 VDD RC1 T2 Instant t = t1+ VDD C2 se charge à travers RC2 avec t 0.6 V t faible une constante de temps très VCE2 = VDD -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 RC1.C1 VBE1 0 0.6 V t R2.C2 RC2.C2 Pascal MASSON R1.C1 R2 R1 C1 C2 RC2 0 T1 t VCE2 VBE2 0 VDD RC1 T2 Instant t > t1+ VDD C1 se charge à travers R1 avec t 0.6 V t grande que RC2.C2. une constante de temps plus La tension VBE2 augmente -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VI. Multivibrateur astable Abraham BLOCH VI.1. Présentation VDD Circuit dont le schéma s’apparente à celui de la mémoire RS et qui fournit un signal carré. t0 t1 V CE1 RC1.C1 VBE1 0 R2.C2 R1.C1 R2 R1 C2 RC2 VDD 0.6 V t RC2.C2 Pascal MASSON C1 T1 t VCE2 VBE2 0 RC1 VDD T2 Le signal carré est pris sur le collecteur de T1 ou de T2 La période du signal carré dépend des valeurs de R1, R2, C1 et C2 t 0.6 V Il faut aussi RC1 << R1 et RC2 << R2 t -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.1. Définition et principe de fonctionnement L’amplificateur de classe B n’amplifie que la VDD moitié du signal d’entrée. Il crée beaucoup de distorsion mais a un RC rendement bien meilleur que le classe A avec en théorie 78.5 %. IB Le point de repos se situe à la limite du IC (A) IC0 0 Pascal MASSON VCE = VS VE = VBE blocage du transistor ICmax IC VS IC (A) IBmax IB0 VCE (V) ICmax IC0 -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) t Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain . Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. VE PNP RL VS VDD VS (V) VE (V) 0.6 0 t 0.6 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain . Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. VE Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en PNP régime linéaire et le PNP est bloqué : VS = VE – 0.6. RL VS VDD VS (V) VE (V) 0.6 0 t 0.6 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain . Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. VE Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en PNP régime linéaire et le PNP est bloqué : VS = VE – 0.6. Si VE < 0.6 V, le transistor PNP est en régime linéaire et le NPN est bloqué. VS = VE + 0.6. Distorsion pour les faibles valeurs de VE. VDD VS (V) VE (V) 0.6 0 t 0.6 Saturation de VS si |VE| > VDD. Pascal MASSON RL VS -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain . Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. VE Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en régime linéaire et le PNP est bloqué : PNP RL VS VDD VS = VE – 0.6. Si VE < 0.6 V, le transistor PNP est en régime linéaire et le NPN est bloqué. VS = VE + 0.6. Distorsion pour les faibles valeurs de VE. Saturation de VS si |VE| > VDD. Pascal MASSON VS (V) VDD 0.6 0 t 0.6 VDD -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VII.2. Amplificateur push-pull VDD Les deux transistors ont le même gain . Amplificateur de puissance et non de tension NPN IL Si VE = 0, les deux transistors sont bloqués et VS = 0. VE Si VE > 0.6 V, le transistor NPN est en régime linéaire et le PNP est bloqué : VDD VS = VE – 0.6. VS (V) Si VE < 0.6 V, le transistor PNP est en VDD régime linéaire et le NPN est bloqué. VS = VE + 0.6. RL VS PNP VDD 0.6 Distorsion pour les faibles valeurs de VE. 0.6 VDD VE (V) Saturation de VS si |VE| > VDD. Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) Le transistor bipolaire VII. Amplification classe B VDD VII.2. Amplificateur push-pull Afin d’éviter la distorsion du signal, on place un pont de base avec deux diodes polarisées en directe (et passantes). 0.6 V NPN IL VE PNP L’amplificateur push-pull est utilisé comme étage de sortie des générateurs de fonction et RL VS des amplificateurs audio. VDD VS (V) VDD VDD 0.6 0.6 Pascal MASSON -Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech (Peip) VDD VE (V) Le transistor bipolaire