Semestre 5 · 2018. 6. 18. · A. REZZOUK FSDM 1 Module : Electronique Analogiques – SMP – S5 TP d'électronique analogique Volumes d'heures : 12h TP dont 2h d’initiation et

A. REZZOUK FSDM

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FILIERES : SMP

Semestre 5

Année universitaire 2017-2018

Réalisé par le:

PPrr.. AAbbddeellllaahh RREEZZZZOOUUKK

Fascicule TP en ligne :

Site : http://www.fsdmfes.ac.ma/ (voir ressources pédagogiques/filière SMP/S5)

http://www.fsdmfes.ac.ma/

A. REZZOUK FSDM

1

Module : Electronique Analogiques – SMP – S5

TP d'électronique analogique

Volumes d'heures : 12h TP dont 2h d’initiation et 2h d’examen final

Intervenants :

- Pr. Abdellah REZZOUK (auteur de ce polycopie)

-

Ce module figure dans la Filière SMP

Résumé.

TP électronique : Ces TPs illustrent le cours d'électronique à travers 5 manipulations de 2 H sur le thème de l’électronique analogique.

Prérequis : Electronique de base

Évaluation :

- Compte-rendu noté : ¼ de la note - Examen Final : ¾ de la note

Documents.

- Polycopié de TP. - Polycopié de cours - Travaux Dirigés

Mots-clés : Diode, amplificateur opérationnel, oscillateurs, multivibrateurs

Fascicule TP en ligne :

Site : http://www.fsdmfes.ac.ma/ (voir ressources pédagogiques/filière SMP/S5/rezzouk)

http://www.fsdmfes.ac.ma/

A. REZZOUK FSDM

2

Quelques conseils

- La préparation du TP

La préparation du TP est importante. Vous devez, avant de venir en TP, avoir préparé

votre travail, c'est à dire avoir rédigé la partie théorique du TP. De plus, la préparation ne doit

pas se faire en prenant exemple sur le travail d'un autre binôme.

Votre comportement en TP, c'est à dire votre autonomie, la façon dont vous résolvez les

problèmes, votre efficacité est prise en compte dans la note.

- Le compte-rendu :

Le compte-rendu doit comporter pour chaque exercice:

Une partie théorique,

Une partie pratique : un ou des schémas électroniques.

Une analyse des résultats obtenus.

Enfin, la présentation en elle-même de tout travail est importante.

- Le contrôle :

Le contrôle a lieu à la fin des TPs. Il dure 1h et sera individuel. Le contrôle compte pour

¾ dans la note finale des Travaux Pratiques.

A. REZZOUK FSDM

3

1. INTRODUCTION 4

2. GÉNÉRALITÉS 5

3. AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL. 15

(Préparé et réalisé par le Pr. A. REZZOUK, FSDM-FES-Dépt.Phys. En 2014/2015)

4. CARACTERISTIQUE STATIQUE D’1 TRANSISTOR BIPOLAIRE NPN 30


5. ÉTUDE D’OSCILLATEURS. 37


6. LES MULTIVIBRATEURS 42


A. REZZOUK FSDM

4

I. INTRODUCTION GENERALE

Le logiciel PSpice est un simulateur natif de signaux mixtes utilisés pour simuler des

projets comprenant les composants Analogiques et Numériques allant des Transistors IGBT aux

Convertisseurs Numériques Analogiques (DAC), en passant par les modulateurs de largeur

d’impulsion. PSpice offre un environnement de simulation complet combinant simulation,

analyse de formes d’ondes et affichage des valeurs du point de polarisation sur le schéma. Un

simulateur analogique est indispensable pour concevoir des projets analogiques. Intuitif et très

souple d’emploi PSpice répond bien aux attentes des ingénieurs.

Pour l’analyse analogique PSpice permet de :

- visualiser les tensions, les courants et les puissances ou les bruits sur chaque

composant.

- étudier le comportement d’un circuit en fonction des variations des composants à

l’aide des analyses paramétriques.

- introduire l’effet de la température sur des composants spécifiques pour des analyses

plus fixes.

- analyser le comportement d’un circuit à l’aide d’analyse en continue (Bias Point

Detail), en fréquentielle (AC Sweep), en temporelle (Transient) ou en bruit.

Pour lancer le logiciel il suffit de faire, directement, un double clique sur le raccourcie

schematics ou encore faire les étapes suivantes :

On obtient la fenêtre suivante :

A. REZZOUK FSDM

5

La fenêtre schematics se décompose en deux parties :

Une barre supérieure et des menus déroulants. Un ensemble d’icônes paramétrables sont

des raccourcis pour les commandes les plus courantes.

Un bureau de travail (pour réaliser notre circuit)

II. GENERALITE

II.1 APPEL DES COMPOSANTS

Pour créer un

circuit sous PSpice, on

dessine tout d’abord le

schéma à l’aide de

l’éditeur graphique

schematics en utilisant

les composants

disponibles dans la

librairie.

L’appel des composant

se fait de la barre du

menu en cliquant sur

Draw → Get New

Part qui affiche une

fenêtre permettant la

sélection (on peut,

aussi, utilisé

directement l’icône

)

La recherche du composant peut se faire de trois manières :

taper le nom du composant si on le connaît.

effectuer une recherche descriptive en cliquant sur le menu : Advanced

Description Search = *invert* qui listera tous les composants qui possèdent la chaîne

‘’invert’’ (inverseur) dans leur description.

se Promener dans la librairie en cliquant sur la touche libraries.

Une fois le composant désiré sélectionné, validez la touche Place ou Place&Close ou

encore appuyez sur la touche Entrée. Il suffit de placer le composant où on désire à

l’aide de la souris :

- Le bouton gauche permet de placer autant de composants de ce type que l’on

veut.

- Le bouton droit permet de sortir du placement.

Remarque :

Pour tourner le composant, utilisez le menu Edit Rotate ou le raccourci

CTRL+R, pour faire un effet miroir, utilisez le menu Edit Flip ou CTRL+F.

A. REZZOUK FSDM

1

II.2. DENOMINATIONS DES PRINCIPAUX ÉLEMENTS SIMULABLES

Pour utiliser certaines sources, il faut configurer leurs paramètres :

Les sources alternatives :

- Pour l’analyse fréquentielle (AC Sweep)

PSpice utilise :

DC = Valeur de la composante continue.

AC = Amplitude de la composante alternative.

- Pour l’analyse temporelle (Transient) PSpice

utilise :

VOFF = Valeur de la composante continue.

VAMPL=Amplitude de la composante alternative.

FREQ = Fréquence en Hz.

TD = Délai d’apparition du signal (0 par défaut).

DF= Coefficient d’amortissement (0 par défaut).

PHASE = Phase (0 par défaut).

Ces deux sources conviennent pour tout type de simulation sauf pour l’analyse AC

avec balayage d’un paramètre (AC Sweep) car on ne peut pas faire de balayage en fréquence

avec les deux sources VSIN et ISIN. On peut aussi utiliser les sources VAC et IAC, mais elles

ne permettent pas l’analyse temporelle (Transient). Les sources VSRC et ISRC sont du même

type que VSIN et ISIN mais elles utilisent, pour l’analyse temporelle, une fonction du temps

choisi par l’utilisateur (paramètre TRAN).

Les sources de tension rectangulaire périodique :

Ce type de source est évidemment utilisé en analyse temporelle. Si on effectue une

analyse fréquentielle, la source devient sinusoïdale et utilise les paramètres AC et DC. On doit

aussi noter que TF et TR ne doivent pas être nuls (ce qui correspond à la réalité). Pour avoir

des signaux « carrés », il faut utiliser de très faibles valeurs.

Les sources définies par segments :

V1

V2

t(s)

+

-

+

-

VPWL IPWL

V3

V4t1 t2 t3 t4

Comme les sources de signal carré, ce type de source est évidemment utilisé en

analyse transitoire. Si on effectue une analyse fréquentielle, la source devient sinusoïdale et

utilise les paramètres AC et DC.

II.3 CONNEXIONS ET PARAMETRES DES COMPOSANTS :

a. Les fils de connexion

Les fils de connexion se tracent simplement avec la souris à l’aide de Draw Wire, à

l’aide de la combinaison CTRL+W ou en cliquant sur l’une des touches .

b. Donner des valeurs aux composants

Une fois le circuit créé (ou lors de sa création), il faut entrer les valeurs et les paramètres

des composants. Pour le faire, c’est tout simple, il suffit de cliquer sur l’élément considéré.

Remarques :

En double-cliquant sur un fil, on peut nommer les signaux.

En cas d’erreur et pour effacer un ou plusieurs fils ou composants, il suffit de les

mettre en surbrillance avec la souris (ils apparaissent alors en rouge) et d’appuyer sur

la touche Suppr (ou de faire Edit Delete). Pour déplacer un composant, il suffit de

se placer dessus, maintenir la souris enfoncée et de le déplacer.

c. Les unités, les symboles d’unité utilisée et les facteurs

Elles se résument dans le tableau suivant :

Symboles Unités Puissance de dix Préfixe métrique Facteur

Multiplicateur

V volts T tera 1012

A ampère G giga 109

Hz hertz Meg mega 106

Ohm ohm K kilo 103

H henry M milli 10-3

F farad U micro 10-6

Degré degré N nano 10-9

P pico 10-12

F femto 10-15

II.4. LES TYPES DE SIMULATION

Il existe de nombreux types de simulations, on les configure à l’aide de Analysis Setup :

Pour la plupart des applications, on peut dire que l’on utilise essentiellement les 4

simulations :

Bias Point Detail : Analyse du point de fonctionnement,

DC Sweep : Analyse, en continu, DC avec balayage d’un paramètre.

AC Sweep : Analyse, fréquentielle, AC avec balayage d’un paramètre.

Transient : Analyse temporelle.

Parametric Analysis : Analyse Paramétrique.

Les simulations se valident en cochant les cases () des analyses désirées, chacune

d’elles se configure en cliquant sur son nom. Après paramétrage, on lance la simulation à

l’aide de menu Analysis Simulate.

a. Simulation du Point de Fonctionnement

Bias Point Detail : Effectue une analyse statique en utilisant seulement le

paramètre DC des sources (sans tenir compte des autres paramètres). Après cette simulation,

on peut placer des sondes Viewpoint (Voltmètre) et Iprobe (Ampèremètre) qui permettent

d’afficher les tensions et courants continus aux divers points du circuit. Il est important :

que tous les composants soient reliés par des fils ;

qu’au moins une source soit présente dans le circuit ;

qu’un point de mise à la terre soit présent ;

b. Analyse, en continu, DC avec balayage d’un paramètre (DC Sweep)

DC Sweep : Ce type d’analyse est utilisé pour tracer la dépendance d’une quantité

mesurable dans un circuit, C’est à dire la tension DC en un point, le courant DC traversant un

composant, ou une fonction dépendante de ces paramètres (par exemple Log (v)), en fonction

d’un paramètre variable (amplitude de tension ou de courant d’une source, température,

résistance d’un composant, etc) dont on choisit les limites de balayage. Il est important :

a. que tous les composants soient reliés par des fils ;

b. qu’au moins une source soit présente dans le circuit ;

c. qu’un point de mise à la terre soit présent ;

d. de choisir dans la boite de dialogue ‘’Analyse setup’’ le paramètre

variable avec ses propriétés ;

e. de choisir également, le type de variation et fixer les limites de variation

du paramètre et son incrément, ou encore donner la liste des valeurs

discrètes du paramètre variable ;

f. pour obtenir un graphique par défaut lorsqu’on lance la simulation,

d’insérer dans le schéma du circuit un ou plusieurs marqueurs, sondes, de

tension ou du courant.

c. Analyse avec balayage (AC Sweep)

AC Sweep : Analyse fréquentielle petits signaux. Le simulateur remplace le schéma par

son équivalent petits signaux lorsqu’il est polarisé avec les paramètres DC des sources. Il

permet de réaliser une analyse fréquentielle (réponse en fréquence, diagramme de Bode, ...).

La simulation s’effectue en complexes en utilisant seulement les paramètres AC et DC des

sources et ne permet donc pas de déterminer si par exemple le circuit n’est pas saturé. En cas

de doute, on effectuera au préalable une analyse temporelle.

Outre points communs à toutes les simulations, il est important pour ce type d’analyse :

a. de placer au moins une source AC dans votre circuit soit VAC ou VSRC.

b. de choisir dans la boite de dialogue ‘’Analyse setup’’ le type de variation

et fixer les limites de variation de fréquence de même que son incrément;

c. pour obtenir un graphique par défaut lorsqu’on lance la simulation,

d’insérer dans le schéma du circuit un ou plusieurs marqueurs (tension ou

courant).

Note 1 : on ne peut pas faire de balayage en fréquence avec une source VSIN ou ISIN.

Note 2 : il n’est pas nécessaire de fixer toutes les valeurs des propretés d’une source

(magnitude, DC, phase, etc.), on a qu’à lancer la simulation et le logiciel nous donnera un

message d’erreurs spécifiant les valeurs essentielles à l’analyse demandée.

d. Analyse temporelle (transient).

Transient : ce type d’analyse temporelle est utilisé pour tracer la dépendance en temps

d’une quantité mesurable dans un circuit, c-à-d la tension en un point, le courant traversant un

composant,ou une fonction dépendant de ces paramètres (V2 par exemple). Il est important

pour ce type d’analyse :

a. de placer au moins une source AC dans votre circuit soit VSIN ou ISIN.

b. de choisir dans la boîte de dialogue ‘’Analyse setup’’ le type ‘’transient’’

et fixer les limites de variation de temps (fixer le Point setep et le Final

time). Le paramètre Step Ceiling correspond au pas maximal de calcul du

simulateur (si les courbes sont trop segmentées, il faut lui imposer une

faible valeur).

c. pour obtenir un graphique par défaut lorsqu’on lance la simulation,

d’insérer dans le schéma du circuit un ou plusieurs marqueurs (tension ou

courant). Ils seront conserver avec l’analyse. Si vous modifiez et simulez

de nouveau le projet, les signaux spécifiés s’afficheront automatiquement

après chaque simulation.

d. on ne peut pas faire de balayage temporel avec une source VAC ou VSRC.

e. Analyse paramétrique (Parametric Sweep )

Parametric Sweep : Cette option permet de faire varier certains paramètres soit sur des

générateurs (tension ou courants), soit sur des composants (Ex: paramètre global sur la valeur

des résistances, des condensateurs, potentiomètre,...), soit sur des modèles (tolérance,

coefficient de température d'une résistance...), soit la température elle-même. La variation

peut être linéaire, logarithmique, ou suivant une liste de valeur. Il est alors possible de tracer

des réseaux de courbes pour voir l'influence de ces paramètres.

Dans le cas d’un variation d’un résistance par exemple il est important de :

1. changer la valeur de la résistance par une variable {Rval}

2. déclarer le paramètre Rval en ajoutant un symbole PARAM ;

3. choisir dans la boîte de dialogue ‘’Analyse setup’’ le type Parametric Sweep

permettant de définir le pas de la valeur de la résistance utilisant Rval.

En PSpice l’apprentissage se fait essentiellement par la pratique.

Cette manipulation a pour but de se familiariser avec les principales caractéristiques

des amplificateurs opérationnels intégrés, dont la connaissance est nécessaire pour une bonne

utilisation. Les mesures seront faites sur le type 741.

I. GENERALITES 1. Définition

Par définition l’amplificateur opérationnel (AOP) est un ensemble électronique

caractérisé par les paramètres suivants :

- un gain A en tension très grand ( 410 ).

- Une grande impédance d’entrée Ze ( 410 ).

- Une impédance de sortie pratiquement nulle Zs ( 250 ).

- Très grande résistance aux variations de température et au vieillissement.

- Bande passante aussi large que possible : l’amplification est constante dans

un très grand domaine de fréquence.

L’amplificateur opérationnel (AOP) est symbolisé par le schéma de la figure 1 :

+Vcc

-Vcc

e-

e+

A

Vs(t)

i-

i+

Fig. 1

2. Contre réaction : C-R

Puisque le gain en tension est très grand, la moindre signal apparaissant sur une des entrées

sera amplifié par le gain A ce qui amènera l’AOP à la saturation, soit vers +Vsat ou -Vsat.

D’où la nécessité d’appliquer une contre réaction pour obtenir un fonctionnement

linéaire de l’AOP, ce qui impose à la tension de sortie une valeur qui annule la tension

d’entrée différentielle. Il est donc exclu de mesurer la gain A lorsque l’AOP est effectivement

en boucle ouverte (les tensions de dérives en très basses fréquence suffisent à le bloquer ou le

saturer de manière erratique et sans aucun signal d’entrée).

Lorsque le comportement d’un montage comprenant un AOP contre réactionné n’est

fonction que du réseau de contre réaction, l’AOP peut être considéré comme un élément idéal

ie : 0,, se ZZA , bande passante infinie. Dans ce cas 00 iiet . On

boucle donc l’amplificateur et on utilisera le montage de la figure 4.

3. Représentation de l’AOP

L’AOP que nous allons étudier se présente sous la forme d’un boîtier, rectangulaire,

de 7 broches qui relient les circuits de l’amplificateur aux circuits extérieurs (Fig. 2).

Ce type d’amplificateur présente 5 broches principales :

- polarisation (+Vcc) et (-Vcc) resp.

(broches 7 et 4).

- entrée inverseuse e- (broche 2).

- entrée non inverseuse e+ (broche 3).

- offset réglage de la tension de

décalage - (broches1 et 5).

- les autres broches non câblées n’ont

aucune liaison avec le circuit intégré.

Fig. 2

II. MANIPULATION Pour toute la manipulation les deux sources d’alimentations (+Vcc) et (-Vcc) seront

respectivement égales à (+12 V) et (-12 V).

1. Montage inverseur

1.1. Réaliser le montage de la figure ci-dessus.

1.2. Montrer que le gain en tension, A, de l’amplificateur : 1

2

R

R

V

VA

e

s . Mesurer A

sachant que kHzfreqKRKR 1,5.1,1 21 .

1.3. Faire l’analyse temporelle (Transient) pour visualiser Ve et Vs :

On montre comment effectuer une analyse temporelle sur le montage inverseur. Ceci

exige de placer une source Ve dans notre circuit :

Pour paramétrer la source VSIN on suit les étapes suivantes :

a. double cliquer sur la source VSIN (Ve)

b. saisir les paramètres suivants, puis cliquez sur OK:

Remarque

Chaque fois que vous entrez la valeur des paramètres analyse, cliquer sur Save Attr

Pour paramétrer la boîte de dialogue Analysis Setup il faut désactiver DC Sweep cochez la case

Transient et cliquez une seule fois sur ce dernier

La fenêtre suivante s’affichera :

Fixer le Print Step et le final Time,

puis cliquez sur OK, par la suite cliquez sur

Close de la fenêtre Analysis Setup.

Pour Lancer la simulation, cliquez

sur la touche , demander à visualiser

V(Vs) et V(Ve).en plaçant des marqueurs

aux noeuds de l’entrée et de la sortie de

votre circuit.

1.4. Comparer les gains expérimental et théorique.

2. Montage non inverseur

2.1. Réaliser le montage de la figure 5 ci-dessous.

2.2. Montrer que le gain en tension, A, de l’amplificateur : 1

21R

R

V

VA

e

s . Mesurer A

sachant que kHzfreqKRKR 1,5.1,1 21 .

2.3. Faire l’analyse temporelle (Transient) pour visualiser Ve et Vs.


Fig. 5

3. Montage suiveur

3.1. Réaliser le montage de la figure 6 ci-dessous.

3.2. Vérifier, à f=1khz, les tensions d’entré Ve et de sortie Vs sont égales.

Fig. 6

Ce montage est utilisé dans le cas d’adaptation d’impédance.

4. Montage additionneur inverseur

Réaliser le montage de la figure 7, ci-dessous :

Fig. 7

4.1. Montrer que 21

1

3 eeR

RVs .

4.2. Choisir khzfKRKRee 1,100,10; 2121 . Mesurer Vs et expliquer.

4.3. Choisir kHzfkHzfKRKRee 101,100,10; 212121 . Mesurer Vs.


5. Montage Intégrateur (Filtre Passe-bas)

On montre aisément que 12

01

2

0

11

1

1

)(1

CRet

RR

Aoù

j

AjTdtV

RCV es

Réaliser le montage de la figure 8 avec

khzfFCetRR 1,47.0470,330 21 .

Fig. 8

5.1. Appliquer un signal carré, sinusoïdal, triangulaire puis relever et expliquer les formes

des signaux de sortie correspondants.

5.2. Calculer la fréquence de coupure fc. À f = fc le gain (en décibels dB) e

s

V

VG log20

chute de 3 dB tel que 2

maxss

VV (Pour cela il faire l’analyse fréquentielle (AC sweep)

pour déterminer la bande passante ou la fréquence de coupure de cet amplificateur :

Dans ce type de simulation, il faut obligatoirement

utiliser la source VAC. Pour changer la source

VSIN ou bien VDC par VAC, on a deux

méthodes :

) Sélectionnez la source et appuyer sur la touche

Suppr (ou de faire Edit Delete) et on place

notre source VAC.

) Cliquer une seule fois sur la source VSIN, allez

au menu Edit Replace une boite de dialogue

s’ouvre tapez VAC puis cliquez sur OK.

1. Analysis Setup (cliquez sur la touche

)

2. on clique une seule fois sur *AC Sweep…*

3. on obtient le tableau d’enface :

4. demander une analyse par décade de 10Hz à

50KHz avec 11pts/décade. Cliquez sur OK.

5. par la suite cliquer sur Close de la fenêtre

Analysis Setup.

6. dans la barre de menu cliquez sur Markers

en choisissant clear all

7. dans la barre de menu cliquez sur Markers

puis Mark Advanced.

8. on obtient la boîte de dialogue d’enface :

Sélectionner vdb et cliquer sur OK.

9. placer le marqueur de vdb et de Vphase sur

le fil de sortir (Vs).

10. cliquer sur : pour enregistrer le schéma ;

11. lancer la simulation { }.

voir sur l’écran le résultat obtenu :

6. Montage Dérivateur (Filtre Passe-haut)

Soit le montage de la figure 9, avec FCetRR 47.0470,330 21 . Refaites la même

étude que le montage intégrateur. Vs= -C1R2(dV2/dt) = A/(1+j(0/)) avec A=-R2/R1, 0=1/C1R2

Fig. 9

Pour obtenir, à l’entrée ie Ve, le signal triangulaire il faut faire entrer les valeurs ci-dessous :

Pour obtenir, à l’entrée ie Ve, le signal carrée il faut faire entrer les valeurs ci-dessous :

I. BUT

Un transistor est un amplificateur de courant : c’est un générateur de (fort) courant en

(sortie) piloté par (faible) courant (en entrée). Les paramètres d’un transistor (au premier ordre)

se fera en considérant les paramètres suivants :

- le VCEMax que peut supporter le transistor et le courant de collecteur maxi ICMax.

- La puissance maxi que le transistor aura à dissiper.

- Le gain en courant .

- Si on utilise le transistor en commutation, la tension de saturation VCEsatmax sera un

critère de choix essentiel.

II. GENERALITES

II.1. Définition :

Un transistor bipolaire est constitué par la juxtaposition de deux jonctions P-N. Il en

résulte deux types de transistor : le transistor NPN et le transistor PNP.

La région centrale est appelée base (B). Les deux autres régions de même type sont

appelées collecteur (C) et émetteur (E). Ces deux régions ne sont pas identiques : l’émetteur est

plus dopé que le collecteur, la surface de la jonction collecteur - base est plus grande que celle de

la jonction émetteur – base.

II.2. Symboles graphiques :

Deux symboles graphique sont couramment utilisés : NPN (npn) et PNP (pnp)

La flèche (de l’émetteur) indique le sens conventionnel de circulation du courant émetteur

(de la région P vers la région N).

II.3. Montages possibles :

Il existe trois types de montages fondamentaux à transistor :

Émetteur commun

Collecteur commun

Base commune

II.4. Notation et convention de signe :

VCB

Relation entre courants : CBE III

Relation entre tensions : CBBECE VVV

II.5. Polarisation :

La polarisation d’un transistor a pour

but l’obtention des conditions de

fonctionnement correspondant au régime

statique. Le point de fonctionnement

correspond aux grandeurs IC0, IB0, VBE0 et

VCE0. Parmi les procédés de polarisation, on

trouve par pont (figure 1).

VBE0 VCE0

IB0

IC0

Figure 1

II.6. Paramètres hybrides dynamiques:

Soit le schéma équivalent du transistor monter en émetteur commun.

Ce schéma conduit aux relations suivantes : 22211211

2221

1211,,,

..

..hhhhtq

Vhihi

VhihV

CEBC

CEBBE

sont appelés paramètres hybrides en raison de leur dimensions différentes.

III. CARACTERISTIQUES DYNAMIQUE DU MONTAGE A ETUDIER

III.1. Montage à étudier:

Vs

C1

C2

Ve

Figure 2

Les capacités C1 et C2, capacités de couplage, isolent le transistor du point de vue statique.

La capacité CE, capacité de découplage, court-circuit la résistance RE en régime dynamique.

La résistance RE permet la stabilité en température pour le point de fonctionnement.

III.2. Paramètres caractéristiques:

On prend le cas pratique h12=h22=0, ce qui permet d’assimiler h21 à ie0

021

B

C

I

Ih )

gain en courant statique.

Le montage, de la figure 2, précédent est caractérisé par quatre grandeurs :

- L’amplification en courant Ai : Ai # .

- L’amplification en tension Av : 11

#h

RA c

v

- L’impédance d’entrée Ze : )//(// 2111 RRRhRZ BBe .

- L’impédance de sortie Zs : Zs # Rc

I. MANIPULATION :

A. caractéristique statique d’un Transistor NPN à émetteur commun.

V.1. Travail théorique:

- Montrez comment V0 et R0 permettent d’imposer le courant IB.

- Choisissez R0 dans la série normalisée de manière a respecter la limite du courant

IBmax = 20A.

V.2. Caractéristique d’entrée :

- Réaliser le montage ci-dessous (Fig. a) avec les valeurs expérimentales à respecter V0

varie de 0 à Vcc par pas de 1mV, Vcc = 5V et IBmax = 20A.

Fig. a

- Relever la caractéristique d’entrée IB = f(V0) à VCE = Cte, puis en déduire la valeur de

VBE. Pour ce faire il faut faire l’analyse continue ie le DC sweep :

- Pour paramétrer la source VDC on suit les étapes suivantes :

1. menu Analysis Setup (cliquant directement sur

la touche ) ;

2. cochez la case DC Sweep ;

3. on verra la fenêtre suivante :

4. Demander une variation linéaire de V0 de 0 à 5 V

par pas de 1mV. Puis cliquez sur OK ;

5. cliquez sur Close de la fenêtre * Analysis Setup*

6. Lancez ensuite la simulation en cliquant sur la

touche : ou appuyer sur F11)

Visualisation des résultats (PSPICE A/D PROBE):

Une fois sur PSPICE A/D PROBE il faut cliquer sur menu trace AddIB(Q1)OK

V.3. Caractéristique de transfert courant-tension

- Utiliser la Fig. a pour relever la caractéristique d’entrée IC = f(V0) à VCE = Cte. Que se

passe t-il si VCE varie. Autrement dit tracer IC = f(VCE) pour cela allez vers:

1. menu Analysis Setup (cliquant directement

sur la touche ) ;



4. Demander une variation linéaire de Vcc de 0 à 5

V par pas de 1mV. Puis cliquez sur OK ;

5. cliquez sur Close de la fenêtre * Analysis

Setup*



Visualisation des résultats (PSPICE A/D PROBE):

Une fois sur PSPICE A/D PROBE il faut cliquer sur menu trace AddIC(Q1)OK

V.4. Caractéristique de transfert en courant

- Relever la caractéristique expérimentale du

transfert en courant IC = f(IB) pour VCE = Vcc. En

déduire le gain en courant du transistor B

C

I

I .

Pour cela réaliser le schéma suivant (Fig. b) :

- Remplacer donc la source VDC=V0 et R0

de la Fig. a par la source IDC que vous nommez IB

par la suite.

- Pour paramétrer la source IDC, on suit les

étapes suivantes :

1. Cliquez directement sur la touche



4. Demander une variation linéaire de IB de 0 à

20A par pas de 1A. Puis cliquez sur OK ;

5. cliquez sur Close de la fenêtre *Analysis

Setup*



Visualisation des résultats (PSPICE A/D

PROBE):

V.5. Caractéristique de sortie

- Les caractéristiques de sortie IC = f(VCE) à courant de base IB (ou de tension VBE) variable. Le

circuit précédent Fig. b permet d’ajuster la valeur de IB. Pour faire varier la tension VCE, on

utilise les étapes suivantes :

1. menu Analysis Setup (cliquant directement

sur la touche ) ;


3. on verra la fenêtre suivante : 4. Demander une variation linéaire de Vcc de 0 à 5

V par pas de 1mV. Puis cliquez sur OK ;


Setup*

Pour faire varier le courant IB, on utilise les étapes

suivantes :

1. cliquez directement sur la touche ;

2. cochez la case Parametric;


4. Demander une variation linéaire de IB de 0 à

20A par pas de 5A. Puis cliquez sur OK ;


Setup*



Calculer la valeur maximale de Ic de manière à ne pas dépasser la puissance totale de

dissipation admissible par le transistor (cf. données de fabriquant) lorsque VCE = Vcc. La

puissance dissipée dans le transistor est P = VCE.IC.

I. GENERALITES

Tout système électronique réel est le siège de tension de bruit. Dans cette tension de bruit

existent toutes les fréquences (Bruit blanc). À l’entrée des amplificateurs, toutes les fréquences

existent à cause de bruit. D’après la condition d’oscillation G = 1, il existe une seule fréquence

pour laquelle le gain sera infini, cette fréquence sera alors amplifié d’une façon privilégiée.

Définition : Un système bouclé, formé d’un quadripôle actif de gain G et d’un quadripôle passif

de coefficient de réaction complexe , entre en oscillation si le gain de l’ensemble devient infini.

G

V2 V1

V2

K

Fig. 1

Quand on ferme K les deux régimes se superpose : G

GGGVVV T

1122

Si TGalorsG 01 , le système entre en oscillation.

II. MANIPULATION

A. Oscillateur à pont de Wien

Cet oscillateur est très répondu

car sa fréquence est facilement

réglable. Le réseau de réaction est tel

que schématisé sur la figure 2 en face :

R2

R1

C2

C1

Vr Vs

Sa fonction de transfert est : 2

211212212

12

1 pCCRRpCRpCCR

pCRjp

Pour 21210 1 CCRR , Vr et Vs sont en phase et l’on a : 1

2

2

11C

C

R

R

V

V

r

s

Pour pouvoir réaliser la condition d’oscillation G>1 il faut donc un amplificateur non

déphaseur de gain 1

2

2

11C

C

R

RG , ce qui peut être par exemple obtenue avec un amplificateur

opérationnel (Fig. 3). Notons que pour R1=R2=R et C1=C2=C on a :

))((

1

3

1

10)Im(

31

0

0

0

2

RéelG

RC

jRCRC

jRCj

Fig. 3

1. Réaliser le montage de la figure 2, sachant que R1=R2=1k et C1=C2=22nF. Indiquer la

fréquence f0 pour laquelle Vr et Vs sont en phase .et la valeur 0 (0) (transient analysis).

2. Tracer, dans le plan de bode ie (AC sweep), la courbe des variations de transfert

)f(gV

V

s

r , indiquer la fréquence f0 pour laquelle Vr et Vs sont en phase.et la valeur 0

de l’atténuation apportée à cette fréquence. Comparer valeurs théoriques et pratiques.

3. Boucler l’oscillateur ie Réaliser le montage de la figure 3, sachant que 2R3=R4=2k.

Noter la fréquence et l’amplitude des oscillations.

4. Comparer la valeur de la fréquence f0 et celle du gain à celles obtenus en question 1.

B. Oscillateur à réseau de déphasage

On se sert d’un réseau à plusieurs cellules RC (au moins 3) pour déphaser une tension de 180° à

une fréquence donnée. Dans le cas d’un réseau à trois cellules avec condensateurs en tète (Fig. 4).

Fig. 4

On montre qu’à 29

1

V

Vaon

6RC2

1ff

e

s0

puisqu’on peut montrer aisément que :

6RC

10)RC(610)j(deateurmindénoRéel0)j(Im

0)j(Im1jRC6jRC5jRC

jRC

V

V)j(

0

2

0

23

3

e

s

Pour réaliser un oscillateur, il faut donc un amplificateur déphaseur de gain (-29) à

condition qu’il ait une très faible résistance de sortie Rs<<R et que son impédance d’entrée ne

charge pas notablement la dernière cellule. On peut utiliser un amplificateur opérationnel à cet

effet (Fig. 5).

1. Réaliser le réseau de la figure 4 et mesurer la fréquence f0 à laquelle Ve et Vs sont en

opposition de phase. Noter la valeur de l’affaiblissement Vs/Ve à f0. comparer avec les

résultats théoriques (transient analysis)..

2. Réaliser le circuit de la figure 5 en laissant la boucle de réaction ouverte. Régler le gain de

l’amplificateur pour qu’on ait l’entrée égale à la sortie en module et en phase à une

certaine fréquence que l’on précisera.

3. Fermer la boucle de réaction et noter l’amplitude et la fréquence des oscillations obtenues.

Commenter les résultats obtenus.

Fig. 5

1. INTRODUCTION

Le multivibrateur est un oscillateur qui génère un signal non sinusoïdale (relaxation)

périodique et d’amplitude constante. Un multivibrateur à transistors est formé de deux étages à

transistors bipolaires ou JFET fonctionnant en mode bloque saturé, la sortie de chaque étage est

reliée à l’entrée de l’autre par un élément résistif ou capacitif. Les deux transistors occupent

toujours deux états opposés.

e1 s1

e2 s2

Suivant la nature des liaisons on distingue trois types de multivibrateurs :

Multivibrateur astable : si les deux éléments de liaison sont des condensateurs, les deux

états de la sortie sont instables.

Multivibrateur monostable : si l’un des éléments de liaison est résistif l’autre est

capacitif, ce montage possède un état stable et l’autre instable. Le passage de l’état stable à l’état

instable se fait par excitation extérieure.

Multivibrateur bistable : si les deux éléments de liaison sont résistifs, ce montage

possède deux états stables et le passage d’un état à l’autre se fait par excitation extérieure.

L’état stable d’un multivibrateur est son état permanent, la durée de cet état est infinie,

tant que le montage est au repos (polarisé mais sans excitation extérieure)

L’état d’un multivibrateur est instable si cet état est obtenu après excitation du montage et

que la durée de cet état est limitée. Après cette durée, l’oscillateur quitte l’état instable

automatiquement (sans excitation) pour passer à un autre état stable ou instable.

état instable

état stable

état instable

monostable

astable

Liaison 1

Liaison 2

Etage 2

Etage 1

Astable

Monostable

2. MONOSTABLE

RC1 = RC2 = 1k.

RB1 = RB2 = 10k.

Vcc = 6V.

C2 = 22n.

C1 = 5n.

R3 = 10k.

Ve (Vpulse):

V1 = 0.7V et V2 = 0.2V

TD = 5ns, TR = 0, TF = 0.

PW = 0.25ms et PER = 0.5ms.

a. Etude Théorique

Montrer que Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en

forme.Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en forme. est tel

que:

CCCCSatCESatBEB VtVVVtV

exp20

122 AvecErreur ! Des objets ne peuvent pas

être créés à partir des codes de champs de mise en forme..

Montrer que la durée, t’1, de l’état instable T1S et T2B prend l’expression suivante:

.22

'' 2221212 2LogCR

VV

VVVLogCRBtVtV B

BESatCC

CESatCESatCC

SatBEB

Évolution des potentiels des collecteurs :

- Il y a absence de condensateurs dans le circuit de C2, lorsque T2 se bloque Erreur ! Des

objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en forme. augmente

instantanément de Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en

forme. à Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en forme..

- AErreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en forme., T1 se

bloque, la montée de Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise

en forme. se fait exponentiellement de 0.2V àErreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des

codes de champs de mise en forme..

Montrer que l’évolution de Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs

de mise en forme. : CCCCCCESatC VCRttVVttV 211 'exp'

.101.0

9.0 21211 LogCRV

VVLogCRtVtV C

CC

CESatCC

CmCCmC

tm est le temps de montée.

b. Etude Pratique : simulation

1. Étude du montage au repos. Mesurer VC1, VB1, VC2, VB2, en déduire l’état stable de

montage, comparer avec l’état théorique.

2. Exciter le montage avec un signal Ve carrée. Choisir une gamme de fréquence dans

laquelle le front montant de Ve n’agit pas sur l’état du monostable. Relever les signaux, en

utilisant le Transient analysis, VC1(t), VB1(t), VC2(t), VB2(t). Mesurer la durée t’1 de l’état

instable.

3. Mesurer les temps de montée de VC1(t) et VC2(t).

3. ASTABLE

RB1 = RB2 = 10K.

C1 = C2 = 50n.

Vcc = 6V.

RC2 = RC1 =1

a. Etude Théorique

Monter que l’évolution de VB2 (t) est : Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des

codes de champs de mise en forme. Montrer que, la durée de l’état instable, t0 est tel que :

.22

120

2

12

120202 LogCRtVV

VVVLogCRtVtV B

ESatBCC

ESatCESatBCC

BESatBB

Monter que l’évolution de VC1(t-t0) est Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des

codes de champs de mise en forme.

Montrer que le temps de montée, tm1, de VC1 : 109.0 11111 LogCRtEtV CmmC

Monter que l’évolution de VB1 (t-t0): Erreur ! Des objets ne peuvent pas être créés à partir des codes de champs de mise en forme.

à l’instant t1 : 2'' 211001001 LogCRtttVttV BESatBB

Monter que l’évolution de VC2(t) : .exp 222 CCCCCCESatC VCRtVVtV

Montrer que le temps de montée, tm2, de VC2 : 109.0 22122 LogCRtEtV CmmC

Montrer que la période de signal 2' 122101000 LogCRCRtttttT BB

b. Etude Pratique : simulation

Les deux transistor doivent être différents pour cela on change la valeur du Gain Bf du

deuxième transistor par 100 en utilisant la suite des commandes :

Edit Model Edit Instance Model.

Dans le tableau Transient on donne 5ms à Final Time puis on clique sur Skip initial transient

anlysis.

1. Réaliser le montage ci-dessus. Relever les signaux VC1, VB1, VC2, VB2, avec leur

caractéristiques (Transient analysis).

2. Mesurer les durées des états instables t0 et t1. En déduire les valeurs des condensateurs

C1 et C2.

3. Mesurer, tm1, tm2, les temps de montée de VC1(t) et VC2(t) et montrer comment diminuer

ces temps de montées sans changer la période de ces signaux.