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Dr. Fatma Zohra CHELALI 1
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE
HOUARI BOUMEDIENE
Faculté d’Electronique et d’Informatique
Département Télécommunications
Rappels de cours d’électronique générale avec
exemples
A l’usage des étudiants de 2éme
année licence :
Electronique, Télécommunications et
Electrotechnique
Réalisé par :
Dr Fatma zohra CHELALI
Enseignante à l’USTHB, Faculté d’électronique et d’informatique
Année universitaire : 2013-2014
Dr. Fatma Zohra CHELALI 2
Préambule
Ce polycopie résulte de notes de cours d’Electronique générale que j’ai enseigné au niveau de
l’école supérieure des Techniciens d’Aéronautique. Il comporte des notes de cours et quelques
exercices d’applications.
Le manuscrit est présenté comme suit :
Le chapitre 1 présente quelques rappels sur les semi-conducteurs ;
Le chapitre 2 présente une étude sur le fonctionnement des diodes ;
Le chapitre 3 décrit le transistor à jonction ainsi que ses applications ;
Le chapitre 4 présente l’amplification à base de transistors ;
Le chapitre 5 présente le transistor à effet de champ ;
Le chapitre 6 présente l’amplification à plusieurs étages ;
Le chapitre 7 présente l’amplificateur à courant continu.
Ce polycopie étant essentiellement un ouvrage d’enseignement, je souhaiterai qu’il soit enrichi dans
le futur avec d’autres exemples. J’espère qu’il sera utile pour les étudiants de la deuxième année
Licence Electronique, Télécommunications et automatisme.
Dr. Fatma Zohra CHELALI 3
Sommaire
Rappels fondamentaux .................................................................................................... 5
Conduction dans les solides ............................................................................................. 5
Chapitre I .......................................................................................................................... 5
Les Semi-conducteurs ..................................................................................................... 5
Rappels fondamentaux sur les conducteurs .................................................................. 5
Mécanisme de conduction .................................................................................................................. 5
Mobilité-Résistivité ............................................................................................................................. 5
Isolants ............................................................................................................................... 6
1.1 Définition ..................................................................................................................... 7
1.2 Agitation thermique ................................................................................................... 7
1.3 Résistivité .................................................................................................................... 7
1.4 Les semi-conducteurs extrinsèques .......................................................................... 8
1.4.1 SC extrinsèque type N (SC dopé).............................................................................................. 8
1.4.2 SC extrinsèque type P ................................................................................................................ 9
1.4.3 Relation entre les concentrations en porteurs , résistivité ................................................... 10
1.5 La jonction PN ......................................................................................................... 10
1.5.1 Généralités ............................................................................................................................... 10
1.5.2 Jonction PN non polarisée ...................................................................................................... 11
1.5.3 Jonction PN polarisée .............................................................................................................. 13
Chapitre 2 ........................................................................................................................ 15
La diode à jonction ......................................................................................................... 15
2.1 symbole ..................................................................................................................... 15
2.2 Caractéristique courant – tension .......................................................................... 16
2.3 Diode zener ............................................................................................................... 18
2.4 Fonctions à diodes .................................................................................................... 21
2.4.1 Redressement simple alternance........................................................................................... 21
2.4.2 Redressement double alternance ........................................................................................... 22
2.4.3 Redressement simple alternance avec filtrage...................................................................... 24
2.4.4 Redressement double alternance avec filtrage capacitif ..................................................... 25
2.5 Autres applications ..................................................................................................................... 26
2.5.1 les limiteurs à diode.................................................................................................................. 26
Chapitre III ..................................................................................................................... 29
Le transistor à jonction .................................................................................................. 29
III- Description générale du transistor ........................................................................ 29
III-1- constitution ........................................................................................................... 29
III-2- Principe de fonctionnement et effet transistor .................................................. 29
III-3- Relations fondamentaux ...................................................................................... 31
III-4- Les trois montages fondamentaux à transistors ............................................... 31
III-5- réseaux de caractéristiques du transistor .......................................................... 33
III-6- Polarisation d’un transistor ................................................................................ 37
III-6-1- Polarisation par une résistance unique ............................................................................. 37
III-6-2- Polarisation par pont........................................................................................................... 39
Dr. Fatma Zohra CHELALI 4
III-6-3 résistance entre base et collecteur ....................................................................................... 40
III-6-4- Blocage et saturation d’un transistor ................................................................................ 40
Chapitre IV ..................................................................................................................... 42
Amplification à transistor .............................................................................................. 42
IV-1- Comportement en dynamique ............................................................................. 42
IV-1-a-les divers paramètres de définition d’un transistor ........................................................... 42
IV-1-b- les différentes configurations de montage d’un transistor .............................................. 43
IV-2-Schema dynamique du transistor émetteur commun ........................................ 44
IV-3-Amplificateur à émetteur commun ..................................................................... 44
IV-4- Amplificateur émetteur commun avec RE découplée ..................................... 47
IV- 5- Amplificateur à collecteur commun .................................................................. 50
IV-6- Amplificateur à base commune .......................................................................... 53
Chapitre 5 ........................................................................................................................ 58
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP ................................................................ 58
5.1 Introduction ............................................................................................................. 58
5.2 Transistor à effet de champ à jonction .................................................................. 58
2.2.1 Constitution schématique ....................................................................................................... 58
5.2.2 Représentation symbolique .................................................................................................... 58
5.3 Fonctionnement du TEC ........................................................................................ 59
5.4 Polarisation automatique ........................................................................................ 61
5.5 Les applications du transistor à effet de champ .................................................... 61
5.6 Calcul des paramètres dynamiques de l’amplificateur ....................................... 62
Chapitre 6 ........................................................................................................................ 68
Amplification à plusieurs étages ................................................................................... 68
Liaison entre plusieurs étages ( couplage) ................................................................... 68
6.1 La fonction amplification ......................................................................................... 68
6.2 Introduction ............................................................................................................. 70
6.3 Couplage par un condensateur ............................................................................. 71
VI- 4- Couplage par transformateur ............................................................................ 72
6.5 couplage direct ......................................................................................................... 73
Chapitre 7 ........................................................................................................................ 75
Amplificateurs à courant continu ................................................................................. 75
7.1 Amplificateur différentiel ....................................................................................... 75
7.1.1 Définition................................................................................................................................... 75
7.1.2 Schéma du montage ................................................................................................................ 75
7.2 Amplificateur opérationnel .................................................................................... 79
7.2.1 Définition.................................................................................................................................. 79
7.2.3 Opérations sur les signaux à laide d’un AOP ....................................................................... 81
7.2.3.3 Intégration et dérivation .................................................................................... 85
7.2.3.4 Amplificateur exponentiel : .................................................................................................... 86
Exercices d’applications ................................................................................................ 89
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumedienne/ Electronique et informatique
Dr. FZ CHELALI 5
Rappels fondamentaux
Conduction dans les solides
Chapitre I
Les Semi-conducteurs
Rappels fondamentaux sur les conducteurs
Les conducteurs ont la propriété de permettre un passage facile du courant électrique. cette propriété
est dû au fait que les électrons dits externes se libèrent très facilement de la couche périphérique pour
circuler de façon désordonnée à travers le réseau d’ions fixes du cristal .
Mécanisme de conduction
Appliquer une différence de potentiel revient à appliquer un champ électrique E
A l’intérieur du conducteur, dirigé vers le potentiel le plus faible.
Les é libres sont alors soumis à une force EF
e* et acquiérent un mouvement
d’ensemble vers l’extrémité de potentiel le plus élevé . ce déplacement constitue le courant électrique .
Remarque :
Le sens de déplacement est l’inverse du sens conventionnel du courant.
Mobilité-Résistivité
Les é soumis à une force constante devraient selon le principe fondamental de la dynamique
prendre un mouvement uniformément accéleré ; or les mailles du reseau ont des dimensions tel que
les é en moucvement heurtent sans cesse les ions fixes constituants le motif de ces mailles , ces
chocs provoquent un freinage très vite, les é libres acquiérent une vitesse limite que l’on admettera
proportionnelle au champ V=µE.
Le coefficient de proportionnalité µ s’appelle « mobilité » s’exprime en métres carrés par volt par
seconde.
E
é
Fé
F
Sens conventionnel du courant
E
V
V
Vdt
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Soit dQ la charge qui traverse une section droite du conducteur pendant un intervalle de temps
dt infiniment petit.
dQ=e.n.s.v.dt
e :charge de l’électron
n :la concentration en électrons par unité de volume .
s :section du conducteur.
V : vitesse d’écoulement.
Par définition
Evet
vsnedt
dQI
.
...
I=e.n.s.µ.E
Si on définit la densité de courant dans le conducteur par la relation
EJtireonetEneJS
IJ ....
Le coefficient dépend de n et µ du matériau , est appellé « conductivité » s’exprime en 11. m .
Son inverse est appelé « résistivité » du conducteur s’exprime en m.
Isolants
Les isolants ou diélectriques sont des matériaux ayant une résistivité très élevée :
mà .1010 168 , car ils contiennent très peu d’électrons libres. Un isolant est caractérisé par ses
propriétés électriques, mécaniques, chimiques et thermiques.
Les isolants interdisent le passage du courant (clacquage de l’isolant) est élevée
E
Bc
Bv
Metal
Bc
Eg BI
Semi- conducteur
E
Bande interdite
E
Bc
Isolant
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La bande de conduction contient des niveaux d’énergie succeptibles d’etre occupés par les é ayant
une énergie suffisante pour se libérer de l’attraction du noyau.
La bande de valence : succeptible d’etre occuppée par des é de valence lorsqu’ils sont dans leurs
états énérgétiques les plus faibles (au zéro absolu).
1.1 Définition
Les semi-conducteurs utilisés dans la fabrication des diodes et transistors sont des corps solides qui ont
des propriétés intermédiaires entre celles des conducteurs et celles des isolants à la température
ordinaire (25°c) . Aux très basses fréquences se comportent comme des isolants et aux températures
élevées comme des conducteurs.
Etudions la structure d’un semi-conducteur : Silicium
L’atome Si a 04 électrons sur la couche externe et pour se mettre à l’état stable ; il forme 04 liens
covalents avec les 04 atomes qui l’entourent.
1.2 Agitation thermique
Si la température du cristal de Si est supérieure au zéro absolu ; le cristal a reçu de l’énergie sous forme
thermique, cet apport d’énergie se traduit par une vibration des atomes. L’amplitude augmente avec
l’énergie sous l’action d’une agitation thermique intense, des électrons peuvent quitter leurs atomes
d’origine et devenir des é libres.
Un semiconducteur qui posséde un nombre égal de porteurs de deux éspéces est dit intrinséque (ni=pi)
1.3 Résistivité
Si on applique un champ éléctrique à l’intérieur du semiconducteur les porteurs libres prennent un
mouvement d’ensemble :
- les trous dans le sens du champ.
- Les é au sens inverse.
Si
Si
Si
Si
Si
Une liaison
covalente
Electron(-e)
Trou(+e)
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Ce double déplacement constitue le courant électrique.
On définit pour les porteurs négatifs : Vn=µn .E tel que µn : la mobilité des é
Et pour les porteurs positifs : Vp=µp.E tel que µp : mobilité des trous.
La conductivité des semi-conducteurs = conductivité des é + conductivité des trous.
)..( pinipn pne
la résistivité : )(.
1
)(.
1
)(
1
pnipnipini penepne
1.4 Les semi-conducteurs extrinsèques
1.4.1 SC extrinsèque type N (SC dopé)
le dopage d’un SC consiste à introduire des atomes étrangers dans la structure du SC à l’ordre d’un
atome d’impuretés pour 100 millions d’atomes de Si ou de Ge . les atomes dopeurs , sont des atomes
pentavalents comme L’ARSENIC (AS) ; le phosphore (P) : introduisons un atome pentavalent (P) dans
un cristal intrinsèque , cet atome ne peut créer que 04 liaisons avec les 04 atomes du Si voisins. Le 5éme
électron non engagé dans une liaison covalente sera facilement expulsé (En=0.01ev)
pV
é nV
E
nV
é
+ -
Si
Si
Si
P
Si
Si 5
éme é en
excès
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1.4.2 SC extrinsèque type P
Si on introduit dans un réseau une impureté trivalente ( Al, Bore, Galium) , les atomes d’impureté ne
peuvent établir que 03 liaisons covalentes avec les atomes de Si voisins ( ils fournissent un trou) , une
très faible énergie sera nécessaire pour qu’un électron d’une liaison voisine vienne combler ce trou
avec apparition d’un nouveau trou ( ces atomes trivalents appelés atomes accepteurs).
Si
Si
Si
P+
Si
Si Electron
libre
Ion
positif
Atome
donneur
Electron libre (e)
Ion positif (P+)
Si
Si
Si
B
Si
Si
Trou en
excès
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1.4.3 Relation entre les concentrations en porteurs , résistivité
Pour un semiconducteur type N :
Soit : ND la concentration en atomes donneurs.
(nn la concentration en porteurs négatifs
(pn la concentration en porteurs positifs
Un semiconducteur neutre nn =ND+pn)
La concentration en porteurs négatifs ( majoritaires ) est très supérieure à la concentration en porteurs
positifs ( minoritaires) nn >>pn d
ii
n
ii
nN
pn
n
pnp
La résistivité nd
NNe
..
1
Pour un semiconducteur type P :
Soit : Na : concentration en atomes accepteurs.
( np : concentration en porteurs négatifs)
( pp : concentration en porteurs positifs)
neutralité électrique du Sc : pp =Na+np
la concentration en porteurs positifs >>concentration en porteurs négatifs.
Pp>>np c'est-à-dire Pp=Na
Pp.np =pi .ni a
ii
p
iip
N
pn
p
pnn
..
La résistivité pa
pNe
..
1
1.5 La jonction PN
1.5.1 Généralités
On réalise dans un barreau de semiconducteur une conductibilité de type P dans une région et de type N
dans l’autre ; la zone de séparation est appelée jonction PN.
Si
Si
Si
B-
Si
Si
Ion
négatif
Trou libre
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Dans la région P : les trous sont porteurs majoritaires et les é sont porteurs minoritaires : les ions sont
stables négatifs.
Dans la région N : les é sont porteurs majoritaires ; les trous sont porteurs minoritaires : les ions stables
sont positifs.
1.5.2 Jonction PN non polarisée
1.5.2.1 Mécanisme et équilibre
Dans une jonction PN non polarisée , les porteurs majoritaires auront tendance à diffuser vers la
région opposée ou ils sont neutralisés par recombinaison ; on dit qu’il y’a diffusion par porteurs
majoritaires .
Après diffusion ;il résulte après voisinage de la jonction une disparition de porteurs libres , une
charge spatiale négative prend naissance dans la région P , et une charge spatiale positive prend
naissance dans la région N ; d’où l’apparition d’un champ éléctrique interne dirigé de N vers P .
Si Si
Si B
Si
Si
Si
Si
P
Si
Si
Si
Trou
Electron
libre
CRISTAL dopé
N
-
-
-
- +
+
+
+
P N
Jonction PN
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Un champ E
interne veut dire création d’une différence de potentiel ; cette ddp est appelée
barriére de potentiel.
- les trous ( charge +e) sont soumis à iEF
e. qui les renvoie vers la zone P.
- les électrons ( charge –e) sont soumis à iEF
e.' qui les renvoie vers N.
Remarque :
Seuls quelques électrons dotés d’une énergie cinétique suffisante pourront franchir la barriére de
potentiel ; ils donnent naissance à un courant naissance à un courant de diffusion Id.
iE
Accélère les porteurs minoritaires de chaque région, on a alors création d’un courant de
saturation IS .
La jonction en circuit ouvert ; un état d’équilibre s’établit : IS=Id .
1.5.2.2 Evaluation du courant
Soit Vd= ddp de la barrière de potentiel.
Nd le nombre de porteurs majoritaires qui se présentent devant la barrière.
Seuls les porteurs qui ont une énergie e.Vd vont traverser la zone de transition.
).
exp(.;).
exp(..
.).
exp(.
00
0
kT
VeII
kT
VeNaI
NaIKT
VeNN
dD
dD
DDd
D
à l’équilibre :
).
exp(.0kT
VeIII d
DS
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
-
P N
Zone de charge d’espace
Eint
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1.5.3 Jonction PN polarisée
1.5.3.1 polarisation directe
On porte l’extrémité de la région P à un potentiel supérieur à celui de l’extrémité de la région N.
Une telle ddp crée un nouveau champ externe iext EE
et de sens inverse.
extE
va aider les porteurs majoritaires à se déplacer ( vont franchir la barrière de potentiel) : Id
augmente la jonction PN en direct est conductrice.
1.5.3.2 polarisation inverse
On porte l’extrémité de la région N à un potentiel supérieur de la région P.
Cette nouvelle ddp crée un champ électrique externe < iE
et de même sens.
Ainsi, la barrière de potentiel est surélevée, le nombre de porteurs majoritaires qui franchissent la
barrière diminue. La jonction polarisée en inverse est bloquée tandis que le courant de saturation du
aux minoritaires reste constant.
1.5.3.3 Evaluation du courant
La jonction PN polarisée en direct (la tension V diminue)
I=Id – IS
IS
extE
+ -
Vd
Id
Eint
P N
IS
extE
+ -
Vd
Id
Eint
P N
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Avec
)exp(.
)exp(*)exp()(exp. 00
kT
eVII
kT
eV
kT
eVI
kT
VVeII
Sd
ddd
SSSd IkT
eVIIII )exp(
)1)(exp( kT
eVII S pour une jonction conductrice. Avec k=1.38*10
-23 J/K
la jonction PN polarisée en inverse :
le courant qui circule dans le circuit externe est très faible ( la tension V augmente)
)exp(1[
)exp(.
).exp(02
KT
eVii
KT
eViii
kT
VVeiiiii
S
SS
d
SS
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Chapitre 2
La diode à jonction
2.1 symbole L’application la plus élémentaire du semi-conducteur dopé est la diode.
Les diodes sont des composants actifs qui laissent
passer le courant dans un seul sens : celui de leur
flèche. Les diodes sont formées de deux cristaux
semi-conducteurs en Silicium ou en Germanium
dopés N ou P. Le courant électrique va dans
le sens P N. Lorsque la diode est passante, l'anode
est reliée au + et la cathode au -.En sens inverse, la
résistance est très importante (plusieurs centaines de k).
Si : VA> VC :la jonction PN est conductrice : diode conductrice
Si : VA < VC : la jonction PN est bloquée : diode bloquée
Courant traversant la diode : Id = I diffusion – I saturation.
P N
sens du
courant +
-
Anode Cathode
0,65V (Si) ou 0,3V (Ge)
Trous
Electrons libres
Barrière de Potentiel P N
I
V
CC
CO
Caractéristique d’une diode
idéale
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2.2 Caractéristique courant – tension
2.2.1 polarisation directe
V0: tension du seuil.
la résistance Rd de la diode :
Le courant croit de manière exponentielle puis tend à devenir linéaire à partir d’une tension de seuil
V0 : I devient proportionnel à V.
V= V0 + K Id =V0 + Rd. Id.
SENS
INVERSE SENS
DIRECT
0,7V
0,6V
Id
Ud
Id
V0
Rd Vd
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On écrira donc :
Diode( récepteur de Fcem V0 et de résistance interne rd.
2.2.2 Polarisation inverse
La tension VA-VC est importante et le courant i est faible : on l’appelle courant de fuite .la
caractéristique inverse peut être assimilée à une droite passante par 0
Vd = k id .
En polarisation inverse, une diode est équivalente à une résistance RI de très grande valeur.
Schéma équivalent caractéristique idéale
SENS
INVERSE
Id
Ud
RI grande
Clacquage
Iinv
Id
V
d
Uinv
Iinv
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2.2.3 Point de fonctionnement en régime variable
Le problème consiste à déterminer le point de fonctionnement du montage.
Les coordonnées de ce point sont solutions du système :
- id = f(Vd) caractéristique du dipôle
- Vd= e (t) – R id droite de charge
Le point de fonctionnement est donc l’intersection Mt des deux courbes dans le plan
(Vd, id).
Supposons que e (t) soit de la forme : e (t) =E+em sin (t.
e (t) varie entre les valeurs limites.
1ér
cas : em faible => le système travaille en régime de petits signaux.=> Régime linéaire .
La portion de caractéristique M1 M2 décrite peut-être assimilée à un segment de droite dont la pente
est appelée résistance dynamique du dipôle ; on définit :
i
Urd
résistance dynamique.
2éme
cas : em important.=> Le système travaille en régime de grand signaux => Il y a distorsion.
2.3 Diode zener
la diode zener est une diode a jonction pour laquelle la tension de claquage est connue avec
précision la valeur absolue de la tension inverse correspondant au claquage s’appelle : tension de
zener Uz0
Id
Ud
D1
D2
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Quant la tension inverse augmente => le champ électrique augment
=> Courant électrique inverse intense.
La diode en inverse est équivalente à un récepteur de F.c.e.m Uz0 et de résistance interne rz .
a- En direct
b- En inverse
Plage Zener
Vinv
Id (mA)
Ud
Vmax V0 VZ0
Imin
I0
IZmax
Rd
V0=0.
7
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Tant que la tension E n’atteint pas VZ ; la diode est bloquée : iZ=0.
Dés que la tension E dépasse VZ , la diode Zener est passante.
Remarque :
Pour une diode Zener idéale :
En direct : Vseuil=0 ; rd =0
En inverse : rZ=0.
2.3.2 Protection contre les surtensions
Lorsqu’on veut limiter la tension entre deux points d’un circuit à une valeur V0, il suffit de placer entre
ces deux points une diode zener de tension UZ0=V0.
RZ
VZ
UZ
Interrupteur
ouvert
Id
V
d
VZ
iZ
VZ
VZ
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Si e< UZ0 : la diode set bloquée.
Si e> UZ0 : la tension à ces bornes reste pratiquement égale à UZ0.
2.4 Fonctions à diodes
2.4.1 Redressement simple alternance
de 0 à : Ve > 0 => Va – Vc > 0 : diode passante => Vs =Ve .
de à 2 :Ve < 0 => Va - Vc => diode bloquée => Vs =0 .
me
VcontinuetensionV :
Une tension redressée idéale devra comporter seulement la composante continue ; pour caractériser
l’écart de ce cas idéal ; on définit le taux d’ondulation résiduelle.
V
V
Ve
VS
em
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créteàcréteamplitudeldemoitiélaV ' de l’ondulation résiduelle.
22
0 mm EEV
d’où
2
V
V : le taux est très élevé.
2.4.2 Redressement double alternance
2.4.2.1 Redressement à prise –médiane (transformateur à point milieu)
Un transformateur à point milieu est un transformateur qui permet de délivrer deux tensions de même
amplitude et de sens opposée.
de 0 à on a :
1
22
11
'
2:00
1:00
eS
ACe
ACe
VVoud
bloquéeestDdiodelaVV
passanteestDdiodelaVV
de à 2 on aura :
2
22
11
200
100
eS
ACe
ACe
VV
passanteDDiodeVV
bloquéeDdiodeVV
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2.4.2.2 Redressement en pont de diode
de 0 à on a :
D2 et D3 sont conductrices ; D1 et D4 sont bloquées : VS=Ve
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De à 2 on aura :
D2 et D3 bloquées ; D1 et D4 conductrices : VS=Ve
La valeur moyenne de ce signal redressé est :
mEV
.2
Le taux d’ondulation : 42
.2
m
m
E
E
V
V bien meilleur mais encore très élevé.
2.4.3 Redressement simple alternance avec filtrage
T: période du signal qui .alimente le circuit redresseur .choix de C tel que RC>>T.C Commence à ce
charger rapidement dès que e>0, la tension V à ces bornes monte pratiquement jusqu'à Em à t=T/4.A
partir de ce moment e décroit et la diode polarisée alors en inverse cesse de conduire, le condensateur
commence alors à se décharger à travers R.
Cette décharge se poursuit jusqu'à ce qu’elle devienne égale à V (point B).
La diode redevienne conductrice et recharge le condensateur jusqu'à point C et ainsi de suite.
V
Vmax
Vmin
A B
C
t
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On définit le taux d’ondulation :fCRL ...2
1
Pratiquement :
On calcule le taux d’ondulation comme suit :
minmax
minmax
minmax
minmax
'
2
2
VV
VVoud
VVV
VVVavec
V
V
2.4.4 Redressement double alternance avec filtrage capacitif
Filtrage d’un signal double alternance
Soit tEe m sin. on définit le taux d’ondulation :
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fCRV
V
...4
1
f : Fréquence du signal.
Le filtrage assure une amélioration du taux d’ondulation (résistance de charge très élevée)
Si tend vers 0 => Vs tend vers une tension continue .
• Définition : .U = Uond = ONDULATION du signal redressé
• Idéalement : signal DC Uond = 0 (en pratique: Uond < <)
2.5 Autres applications
2.5.1 les limiteurs à diode
2.5.1.1 limiteur à un niveau
E : tension de référence
D : diode réelle.
V est de la forme : EVavectV mm sin.
On se propose de tracer la caractéristique de transfert U=((V) et determiner graphiquement u(t).
*Si V<E+E0 la diode est bloquée, courrant dans R set nul et la tension U sera égale à
U=V………..(A)
*Si V>E+E0 diode passante, un courant i circule dans R et rd.
V-(E+E0) = (R+rd) d’où 0)( 0
rdR
EEVI
On détermine la fonction de transfert U = f(V).
U= rd i + (E+E0)………..(1)
V=Ri+U ………………(2)
.
De (2) on tire: R
UVi
et de (1) on tire : 00)( EEUR
rdV
R
rdUEE
R
UVrU d
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0)1( EEVR
rd
R
rdU
).........()..........()()( 00 BEErdR
RV
rdR
rdUEEV
R
rd
R
rdRU
à partir de (A) et de (B) ; on peut tracer la caractéristique suivante :
II-5-1-b- limiteur à deux niveaux : (écréteurs)
Soit VR1 et VR2 deux tensions de référence, supposons que VR2 > VR1>>Vd (R>>rd. D1et D2
U
V Diode
bloquée
U=V
E+E0
E+E0
La diode
conduit
U
t
Vm
- Um
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identiques.
1er cas :V<0 D1 passante ,D2 bloquée,U=VR1 une droite constante .
2ème cas : 0<V<VR1 D1 passante , D2 bloquée.
).(.
.
)(.
0
0
EErdR
RV
rdR
rdU
UiRV
EEirU d
3éme
cas : 21 RR VVV ; D1 et D2 sont bloquée U=V droite de pente 1.
4éme
cas : 2RVV D1 est bloquée et D2 passante .
U U
V
VR2
VR1
VR1 VR2
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Chapitre III
Le transistor à jonction
III- Description générale du transistor III-1- constitution
Un transistor à jonction comporte deux jonctions PN réalisés à partie de matériaux semi-conducteurs
extrinsèques dopés N(-) et P(+) de façon à obtenir 03 régions : 02 régions de même type séparés par
une région de type opposé.
Pour les deux types NPN et PNP , les 03 régions semi-conducteurs sont appelés : Emetteur (E) , base
(B) , Collecteur(C).
III-2- Principe de fonctionnement et effet transistor
N P P
P N N
Emetteur Base
Collecteur
+ + +
+
Base
Collecteu
r
Emetteur
Transistor
NPN
+ + +
+ PNP
Emetteu
r
Collecteu
r
Base
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Le transistor possède 02 jonctions :
Jonction Emetteur-base : E-B
Jonction Collecteur-base : C-B
Ou le principe dans un transistor PNP
la jonction E-B est polarisée en direct , il y’a donc diffusion des électrons majoritaires de l’émetteur
vers la base et diffusion des trous majoritaires de la base vers l’émetteur .
les é de l’émetteur arrivant dans la base y deviennent porteurs minoritaires dans la base ; ceux qui
échappent aux recombinaisons , arrivant aux voisinage de la jonction collecteur-base sont accélérés par
le champ interne et propulsés dans le collecteur .
pour qu’un nombre maximal des é émis par E soit collecté par « C » , il suffit que le nombre de
recombinaisons soit le plus faible possible , cette condition sera remplie si :
- la base est très mince et la surface de jonction C-B importante.
- La base est très faiblement dopée.
Ces particularités de structures étant réalisées , le pourcentage de recombinaisons est très faible et
l’ensemble des é émis est collecté presque intégralement , ce phénomène est appelé effet
transistor.
N P N
Eint Eint
Diffusion des
trous
Electrons émis
collectés
recombinaison
IE Ic
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III-3- Relations fondamentaux
Soit IE : courant émetteur ; IB : courant de base ; IC : courant collecteur.
est appelé Gain en courant.
IE=IB+IC
IC= 0. CBE II ICB0 : courant inverse à émetteur ouvert.
0
0
0
.)1(
...
)(
CBBc
CBBcc
CBCBC
III
IIII
IIII
0
0
*)1(*1
11
11
1
1*
1
CBBC
CB
BC
III
poseon
III
III-4- Les trois montages fondamentaux à transistors Un transistor est défini comme étant un quadripôle ayant un circuit d’entrée et un circuit de sortie
on réalise le transistor à 03 électrodes donc forcément une électrode commune à l’entrée et à la
sortie.
On obtient 03 montages ou le comportement du transistor est différent :
1-Emetteur commun.
2-Collecteur commun
3-base commune
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III-4-1- Montage EC :
Les grandeurs d’entrée : VBE ; IB
Les grandeurs de sortie : VCE ; IC
III-4-2- Montage BC :
Les grandeurs d’entrée VEB ;IE
Les grandeurs de sortie : VCB , IC
III-4-3- montage CC :
Les grandeurs d’entrée VBC , IB
Les grandeurs de sortie VEC , IE
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III-5- réseaux de caractéristiques du transistor Déterminer l’état de fonctionnement d’un transistor nécessite la connaissance de 06 variables :
-trois courants : IB ; IE ; IC.
-trois tensions : VCE ; VBE ; VCB.
pour un montage émetteur commun :
Ic=f(VCE) pour différentes valeurs de IB
Ic=f(IB) pour différentes valeurs de VCE
IB=f(VBE) pour différentes valeurs de VCE
VBE =f(VCE) pour différentes valeurs de IB.
signification des courbes :
III-5-1- Ic=f(VCE) à IB différents :
Cette famille de courbe permet de calculer la résistance de sortie , son gain en courant et la droite
de charge de l’étage.
La résistance de sortie du transistor est :
tconsIàI
VR B
C
CE
S tan
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III-5-2-Ic=f(IB) à VCE différents :
cette famille de courbe permet
de controler le gain en courant
du transistor et l’étude de ces
variations .
cstVàI
ICE
c
III-5-3- IB=f(VBE) à VCE différents :
IB= f(VBE) permet de calculer la résistance
D’entrée du transistor :
cstVàI
VR CE
B
BEe
IB1 IB2 IB(A)
Ic1
Ic2
Ic(mA)
VCE1
VCE2
VCE3
VBE1 VBE2
IB2
IB1
IB
VBE (V)
VCE3 VCE2 VCE1
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III-5-4- VBE= f(VCE) à IB différents :
Cette famille de courbe permet de déterminer
Le taux de contre réaction externe du transistor.
constIàV
VB
CE
BE
Courbe de caractéristique d’un transistor :
VCE1 VCE2 VCE(v)
VBE(v)
VBE1
VBE2
IB3
IB2
IB1
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Caractéristiques idéalisées :
III-6- Polarisation d’un transistor La polarisation d’un transistor a pour but l’obtention des conditions de fonctionnement correspondant
au régime statique.
Le transistor est en régime statique lorsque la jonction E-B est polarisée en direct et la jonction C-B
polarisée en inverse, et que le transistor n’est traversé que par des courants continus . les grandeurs
électriques ( tension ,courant) prennent des valeurs déterminées notées IB0 , IC0 , VBE0 , VCE0 ,
l’ensemble de ces valeurs caractérisent l’état du repos du transistor.
III-6-1- Polarisation par une résistance unique
Détermination de la droite d’attaque :
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VBB polarise en direct la jonction B-E à travers RB.
VBB -RB*IB –VBE=0
B
BEBBB
R
VVI
cette relation IB=f( VBE) représente l’équation de la droite d’attaque statique.
(VBE0 ,IB0) sont les coordonnées
du point d’intersection E0 de la
droite d’attaque et de la
Caractéristique d’entrée du
transistor .
Détermination de la droite de charge statique :
Vcc polarise la jonction C-B en inverse
A travers Rc .
Vcc-Rc Ic – VCE=0.
c
CEcc
cR
VVI
Cette relation
est l’équation de la droite de charge statique
les coordonnées du point S0 pour un courant
IB(A)
Ic(mA)
VBB/Rb
IB0
VBE0
E0
Caractéristique
D’entrée
Droite
D’attaque
Ic (mA)
Vcc/Rc
VCE0 Vcc VCE
IC0
IB0
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de base de repos ( VCE0 ; IC0) pour IB=IB0.
E0 et S0 sont dits points de repos du transistor.
III-6-2- Polarisation par pont
on applique le théorème ( on déconnecte la charge entre B et M et on calcule la tension VBM)
ccpBM VRR
RIRV **
21
22
Pour la résistance de thé venin : on court- circuite Vcc et on calcule Req entre B et M :
21
2121
RR
RRRRRth
Le circuit équivalent est le suivant : même calcul qu’en III-6-1 pour retrouver Ic0 , IB0 , VCE0 et VBE0.
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III-6-3 résistance entre base et collecteur
VCE0-VBE0-RB*IB0=0
0
00
B
BECE
BI
VVR
Vcc-Rc*I-VCE0=0
Vcc-Rc(IC0 +IB0)-VCE0=0.
00
0
BC
CEcc
CII
VVR
On a supposé VBE0 ; IB0 ; VCE0 ; IC0 connus et on détermine les résistances RB et RC.
III-6-4- Blocage et saturation d’un transistor
Le point ou la droite de charge rencontre la courbe IB=0 s’appelle le point de blocage
(VCE(blocage)=Vcc).
VCE
Vcc/Rc
Ic
VCEsat Vcc
Icsat
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L’intersection de la droite de charge et de la courbe IB=IBsat s’appelle le point de saturation
ICsat=Vcc /RC et IBsat= ICsat/ .
A la saturation VCE = VCEsat : quelques dixièmes de volt . tous les points de fonctionnement entre le
blocage et le point de saturation composent la zone dite « active » zone ou le transistor est polarisé
normalement et ou l’effet transistor est obtenu.
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Chapitre IV
Amplification à transistor
IV-1- Comportement en dynamique IV-1-a-les divers paramètres de définition d’un transistor
Un transistor peut être considéré comme un quadripôle caractérisé par les relations existantes entre les
grandeurs d’entrée V1 , I1 et les grandeurs de sortie V2 , I2.
On définit un quadripôle par ses paramètres impédances - admittances ou hybrides.
Les paramétres impédances :
2221212
2121111
..
..
iZiZV
iZiZV
Les paramétres admittances :
2221212
2121111
..
..
VYVYi
VYVYi
Les paramétres hybrides :
2221212
2.121111
..
..
Vhihi
VhihV
Les paramétres hybrides sont les plus utilisés pour l’étude des transistors en régime dynamique en
basse et moyenne fréquence.
2
1
2221
1211
2
1*
V
i
hh
hh
i
V
Par définition 02
1
111 V
i
Vh impédance d’entrée du transistor
01
2
112 i
V
Vh Inverse du gain.
02
1
221 V
i
ih gain en courant.
V1
I1
V2
I2
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01
2
222 i
V
ih Admittance de sortie
IV-1-b- les différentes configurations de montage d’un transistor
IV-1-b-1- Montage base commune
cbbebc
ebebeb
Vhihi
VhihV
..
..
2221
1211
IV-1-b-2- Montage collecteur commun
eccbce
eccbcbc
Vhihi
VhihV
..
..
2221
1211
IV-1-b-2- Montage émetteur commun
ceebec
ceebebe
Vhihi
VhihV
..
..
2221
1211
E C
B
Vcb
Veb
ie ic
B E
C
Vec
Vbc
Ib Ie
B C
E
Vce
Vbe
Ib Ic
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IV-2-Schema dynamique du transistor émetteur commun
En pratique :
h11=1à5 K ; h12=10-4
. négligeable
h21=50à200 ; h22= 10-5
à 10-7
-1
le schéma dynamique simplifié :
IV-3-Amplificateur à émetteur commun
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CE : capacité de découplage.
CL : capacité de liaison.
Le schéma équivalent en dynamique :
On pose 11 RRRp et Lc RRR 0
Le schéma simplifié deviendra :
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1- Calcul du gain en tension :
e
S
VV
VG gain de l’amplificateur.
Ve=h11 . ib ; VS = -R0. iC =- R0. h21. ib
11
021.
h
Rh
V
VG
e
S
V la tension VS est déphasée de par rapport à Ve.
2- Calcul d’impédance d’entrée Ze :
11
11
1111
.
).(;
hR
hRZ
hRi
VihRVaon
i
VZ
p
p
e
p
e
eepe
e
ee
3- Calcul du gain en courant :
e
p
p
bbc
e
c
i ihR
Riihi
i
iG .;.;
11
21
p
P
e
ci
Rh
Rh
i
iG
11
21.
4- Calcul de l’impédance de sortie :
0 egi
VZ
S
S
S pour eg=0 ; V1=ib=0
iS= iL+iR+iC ; on a ic=0.
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Dr. FZ CHELALI 47
LC
LC
LCS
LCS
S
L
S
c
S
SRR
RRRRZ
RRV
i
R
V
R
Vi
.11
IV-4- Amplificateur émetteur commun avec RE découplée
le schéma équivalent en dynamique :
1- Calcul du gain en tension :
).(..
).(..
11
''
bCEbBe
CLCCSLS
iiRihVViRV
iRRiRiRV
)2........().........(.
)1.......(....................).(
11 bcEbe
CLCS
iiRihV
iRRV
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Dr. FZ CHELALI 48
)4()..........(
).3....(............ 22
bcEceS
cebC
iiRVV
hVii )5().........( bCESCE iiRVV
(5) dans (3) :
22)).((. hiiRVii bcESbc
(4) dans (6) :
cLccEbEbc iRRhiRhiRhii )..(..... 222222
D’où l’amplification en courant :
).(.1
.
2222
22
LcE
E
b
ci
RRhRh
Rh
i
iA
pour h22=0 ; )7.........(. bici iAiA
bEbe
biLcS
iAiRihV
iARRV
)1.(.
.)(
11
)1(
)(
11
iE
Lci
e
S
VARh
RRA
V
VG si h22=0 ;
.)1(11 EE
i
RRh
A
d’où E
Lc
VR
RRG
2- Impédance d’entrée du montage :
)1().1(.;
11
11
'
iE
e
bbiEbeb
B
e
beARh
ViiARihVi
R
Viii
transistorduentréedimpédanceZARhi
VeTiE
b
e ':)1(11
BeTe
eeTBe
e
eT
e
B
e
e RZZoudZZRV
i
Z
V
R
Vi '
111;
3- Calcul du gain en courant :
eTB
B
Lc
c
i
e
S
I
e
eTB
Bbc
Lc
c
S
bic
iE
e
bb
B
e
be
ZR
R
RR
RA
i
iGoud
iZR
Rii
RR
Ri
iAi
ARh
Vii
R
Viii
..'
.;.
.
)1(;
11
'
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumedienne/ Electronique et informatique
Dr. FZ CHELALI 49
4- Impédance de sortie :
)(
)(;..
)(
0
22
bcESce
bcEceScebc
Sc
c
S
ccS
S
S
S
iiRVV
iiRVVhVii
Vfi
R
Viiii
egi
VZ
bEcESbc iRhiRhVhii ...... 222222
Nœud A : diviseur de courant :
S
E
EEc
S
BgE
EEEc
S
BgE
EEEc
Sc
BgE
Ec
BgE
EcEc
SbEbcEc
c
BgE
Eb
VhR
hRRhi
VRRhR
RhhRRhi
VhRRhR
RhRRhi
VhiRRhR
Rhi
RRhR
RiRhi
VhiRhiiRhi
iRRhR
Ri
11
1
221
22
11
22
1
221
22
22
11
2222
22
11
2
22
11
22
222222
11
..
).(.
.).(
1
...
..
..
......
.
On néglige Bg RR devant RE+h11 et h22.RE devant
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumedienne/ Electronique et informatique
Dr. FZ CHELALI 50
On néglige ERh 1
22 devant ..11
1
22E
E
RhR
h
CSc
E
ECS
E
EcS
S
S
E
E
S
c
SS
c
C
S
S
E
E
S
c
RZRhR
hRRZ
hR
hRRV
i
Z
hR
hR
V
R
Vi
iR
Vidonc
hR
hR
Vi
)..
(
..
111
..
...
11
1
22
11
1
22
11
1
22
11
1
22
L’émetteur commun utilisé comme amplificateur :
- GV : gain en tension grand.
- GI : gain en courant grand.
- Ze : impédance d’entrée moyenne.
- Zs : impédance d’entrée moyenne.
IV- 5- Amplificateur à collecteur commun
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Dr. FZ CHELALI 51
1- calcul du gain en tension :
11
1
22
1
22
1
2211
1
2211
1
221111
1
22
)1)((
)1).((
1/)(;.)(
).1)(.(..
).1).((
hRRh
RRh
V
VG
RRhdevantpetittrésesthiRRhhV
iRRhihVihV
iRRhV
V
VG
LE
LE
e
S
V
LEbLEe
bLEbSbe
bLES
e
S
V
le montage CC n’amplifie pas en tension.
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Dr. FZ CHELALI 52
2- Impédance d’entrée :
grandeZRZ
ZZRV
i
Z
V
R
Vi
RRhh
V
R
Viii
i
VZ
eTBe
eeTBe
e
eT
e
B
e
e
LE
e
B
e
be
e
e
e
:
111;
)).(1( 1
2211
3- le gain en courant :
grandGRZ
R
RR
RGoud
R
ZRiii
ZR
Ri
i
VZiiiifi
iRR
R
RRh
Rhii
i
iG
I
BeT
B
LE
EI
B
eTBbee
eTB
Bb
b
eeTbebe
b
LE
E
LE
E
bS
e
SI
:.).1('
..
;;)(
).1()(
.).1(1
22
1
22
4-Impédance de sortie :
Bg
S
bbBgS
b
S
E
S
S
bS
S
S
S
RRh
VIIRRhV
ih
V
R
Vi
iiii
egi
VZ
11
11
1
22
'''
).(
).1(
).1(
0
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumedienne/ Electronique et informatique
Dr. FZ CHELALI 53
1
1
111
1
111
22
111
22
111
22
Bg
ES
BgES
S
Bg
SS
E
S
S
RRhhRZ
RRhhRV
I
RRh
V
h
V
R
Vi
Rg faible faibletrésh
ZhRRh
S
Bg
111
111111
Pour un amplificateur collecteur commun :
petiteZgrandeZgrandGG SeIV ;;;1
IV-6- Amplificateur à base commune
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Dr. FZ CHELALI 54
1- le gain en tension :
b
LC
C
bc
LC
bC
eSe
C
eS
bC
CLCS
be
e
S
V
ih
h
h
RRi
ih
hi
h
RRiidanset
h
V
h
V
h
Vidans
h
VVii
iRRV
ihV
V
VG
)(1.
.)(.)3()2()4(
)4.......(...........
)3(2
)3.........(.
)2(..........).(
)1........(...........
1
22
11
1
22
1
22
11
1
22
1
22
1
2211
1
22
11
Généralement : h22=0 ; )5........(........... bc ii
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumedienne/ Electronique et informatique
Dr. FZ CHELALI 55
grandh
RR
V
VG
ihViRRV
LC
e
S
V
bebLCS
:.
.;.)(
11
11
2- Impédance d’entrée :
transistorduentréedimpédanceh
V
h
V
R
V
h
V
R
Vi
iiiii
iiiii
VZ
e
e
E
ee
E
ee
bebc
cbe
e
e
e
':
1
1
).1(
).1(.
;
11
1111
faibletréshh
RZ
hRZV
I
Ee
Eee
e
11
1
111
1111
11
3- Impédance de sortie :
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C
EG
Eg
S
C
Eg
Eg
Sg
C
Eg
Eg
Eg
Eg
S
C
Eg
Eg
b
bbcS
c
C
S
CS
S
S
S
iRRh
RRhV
iRRh
RRhhVRgrandh
iRRh
RRh
RRh
RRhhV
ihRR
RRi
ihihihV
iR
Viii
egI
VZ
.)(
.
.).(.
:
].)()(.
[
.)(
....
0
11
1
22
11
1
221
22
1
22
11
11
11
1
221
22
11
11
1
22
1
22
'
CS
Eg
EgCSS
S
Eg
Eg
S
C
SS
RZ
RRh
RRhRZV
I
RRh
RRh
V
R
VI
11
1
22
11
1
22 ).(.
111
).(
4-le gain en courant :
bbc
E
E
e
e
E
EeTeb
LC
C
S
bCC
LC
C
S
e
S
I
iiiiiR
hR
i
ih
R
Ri
hZiiii
RR
RI
iIIRR
RI
I
IG
)1(;.1
.
1
;1
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.;.;
''''
11
11
''11''
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LC
C
I
E
E
LC
C
e
s
I
b
E
E
e
RR
RG
Rh
R
RR
R
i
iG
iR
hR
i
)1
).(1(
..
).1.(1
11
11
L’amplificateur base commune n’amplifie pas en courant.
Conclusion :
Le gain en tension grand.
Le gain en courant 1
Impédance d’entrée faible.
Impédance de sortie moyenne.
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Chapitre 5
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP
5.1 Introduction Le fonctionnement du transistor fait intervenir deux types de porteurs de charges ; porteurs majoritaires
et porteurs minoritaires. Le transistor à effet de champ ne faisant intervenir qu’un seul type de porteurs
de charge. On l’appelle aussi transistor unipolaire.
Il existe deux familles de transistor à effet de champ :
Des transistors à effet de champ à jonction JFET.
Des transistors à effet de champ à grille isolée ou le (MOST) (métal oxyde semi-conducteur
transistor).
5.2 Transistor à effet de champ à jonction 2.2.1 Constitution schématique
Le TEC est constitué d’un barreau de Si de forme aplatie ; très souvent de type N ( TEC à canal N) .
les soudures placées aux extrémités du barreau sont des contacts purement résistants. Lorsqu’elles
sont reliées à un générateur de courant continu convenablement disposé , un courant de porteurs
majoritaires traverse le barreau , ces porteurs entrent dans le barreau par l’électrode appelé « source »
et en sortent par l’électrode appelé « drain ».
une mince couche de silicium P fortement dopé (P+) est déposée sur deux faces latérales opposées du
barreau pour former une électrode unique appelée « porte » du transistor.
5.2.2 Représentation symbolique
Le FET est un dispositif à 03 électrodes : grille ; source ; drain.
La flèche indique le sens passant de la jonction grille canal.
Drain Source
Grille
ou porte Canal N
Bague P Substrat N
conducteur Zone
isolante P
commandée
par les grilles
Source Drain
Grilles de
commande
Transistor FET
Canal N
et bague P
(la flèche
pénètre)
+
Source
Drain
Grille
+
Grilles
Drain
Source
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5.2.3 Utilisation
Les TEC à jonction sont utilisées comme étage d’entrée dans les étages amplificateurs.
5.3 Fonctionnement du TEC On polarise le TEC à l’aide de deux alimentations variables VGG et VDD .
la jonction grille- source est polarisée en inverse par VGG ; le courant qui la traverse est pratiquement
nul ; d’où la grande valeur de la résistance d’entrée du FET .
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IS : courant source.
ID : courant drain
IG : courant grille .
DSG
DGS
III
III
0
5.3.2 Réseau de sortie
La caractéristique ID=f(VDS) se décompose en trois parties :
Pour les tensions VDS plus petites que Vp ; le courant ID est proportionnel à VDS.
Le barreau se comporte comme une simple résistance.
pour les tensions VDS supérieurs à Vp , ID garde une valeur pratiquement nulle constante égale à IDSS (
courant drain maximum pour un TEC) : la plage de saturation est atteinte.
On limite la tension VDS à une tension maximale qu’on note VDSmax : la zone de fonctionnement
normale d’un transistor à effet de champ est définie par :
Vp < VDS < VDSmax
5.3.3 Réseau de transfert ID=f(VGS) à VDS constant :
pour un VDs donné ; l’évolution du courant drain en fonction de VGS est représenté par la figure
suivante :
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L’équation de définition de cette courbe est donnée par :
2)1(p
GSDSSD
V
VII
Vp :tension de pincement.
Le courant ID est nul pour VGS=Vp .
On définit la transductance « gm » d’un FET : GS
Dm
V
Ig
La pente de la courbe Id =f(VGS) peut être définie :
)1(
)1(*2;
0
p
GS
mm
P
GS
p
dSSm
GS
Dm
V
Vgg
V
V
V
Ig
dV
dIg
conductionfaibleIVVg
conductionforteélevéIVélevéeg
dpGSm
dGSm
:00
:0
5.4 Polarisation automatique
la polarisation de la porte est assurée par la chute de tension aux bornes de la résistance.
VDD=VDS + RS. IS + Rd. Id.
Le courant grille est nul IG=0 ; Id = IS
La tension grille VG=0.
VGS= VG-VS = - RS. Id
Le courant Id induit par VDD dans Rd et RS permet d’assurer automatiquement en relation avec cette
dernière la polarisation VGS nécessaire au bon fonctionnement du TEC.
5.5 Les applications du transistor à effet de champ 1- les amplificateurs pour les basses et hautes fréquences.
2- les oscillateurs.
3- les résistances variables.
4-les commutateurs analogiques.
5-les sources de courant constant.
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5.6 Calcul des paramètres dynamiques de l’amplificateur 5.6.1 Schéma équivalent
5.6.2 Montage source commune avec RS découplée :
Calcul du gain en tension :
)(;; LDSgSe
e
S
V RRrVVVV
VG
).( LDm
e
S
V RRrgV
VG
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Impédance d’entrée :
RZI
VZ e
e
S
e
Impédance de sortie :
DS
DS
S
gs
D
S
gSm
S
S
dS
RrZRrV
i
vorR
Vvg
r
Vi
iii
)11
(
0.
5.6.3 Montage drain commun :
le schéma équivalent de ce montage est le suivant :
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1- calcul du gain en tension :
Ve= Vgs+VS
1).(1
.
.)(1
.).(
.).(
LSm
LS
m
e
S
V
gsmLSe
gsmLSgse
gsmLSS
RRrg
RRrg
V
VG
vgRRrV
vgRRrvV
vgRRrV
2- Calcul de l’impédance d’entrée :
RZi
VZ e
e
e
e
3- calcul de l’impédance de sortie :
gsmS
g
S
S
S
vgiii
eaveci
VZ
.
0
21
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m
SSSm
S
S
S
S
SgsSgs
gsm
S
S
S
S
gRrZvg
R
v
R
vi
vvvv
vgr
v
R
vi
1.
0
.
5.6.4 Montage grille commune :
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1- calcul du gain en tension :
mLDV
gsmLDS
gs
mLD
d
gs
d
d
LD
gsmd
gSS
gSmd
gSSDS
DS
gSmd
dLDSgSe
e
S
V
gRRGoud
vgRRV
vr
rg
r
RRi
r
vi
r
RRvgi
r
VVvgi
VVVavecr
VVgi
iRRVetVVV
VG
.'
.).(
..1
1
.)(
.
.
.
).(;
2- calcul de l’impédance d’entrée :
eme
LD
m
d
eem
Ld
dd
Ldeemd
gSeeS
gsmd
d
S
ede
e
ee
VgVRRr
gri
r
VVg
r
RRioudi
r
RR
r
VVgi
VVr
VVvgi
iR
Viii
i
VZ
...1
.1'..
;.
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mm
Seem
S
e
egg
RZVgR
Vi
11.
3- calcul de l’impédance de sortie :
DDSS
D
SS
gse
S
S
S
RRrZr
V
R
Vi
vVi
VZ
0;0,.
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Chapitre 6
Amplification à plusieurs étages
Liaison entre plusieurs étages ( couplage)
6.1 La fonction amplification Un amplificateur est un système qui permet d’accroître l’énergie d’une grandeur physique variable
dans le temps sans introduire de distorsions totales des autres caractéristiques.
Les amplificateurs ne sont pas parfaits, ils présentent :
- une impédance interne.
- Leur comportement dépend de la fréquence.
- Leurs caractéristique sortie= f( entrée) peut être linéaire ou quelques fois logarithmiques
1-Amplificateur linéaire
la sortie est proportionnelle à l’entrée au moins dans une certaine zone de la caractéristique VS=f(Ve).
VS= a . Ve a : pente de la caractéristique de transfert ( gain).
Ve VS
charge
VS
Ve
Zone de
linéarité à x%
Zone de
saturation <0
Zone de
saturation >0
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Si l’amplificateur ne débite pas dans une charge , on parle d’un gain à vide ; dans le cas contraire , on
définit la gain à charge.
2- caractéristiques dynamiques :
On peut classer les amplificateurs selon la grandeur qu’ils permettent principalement d’amplifier (
tension ,courant ou puissance)
- gain en tension : e
SV
e
SV
V
VdBGou
V
VG log.20)(
-gain en courant : e
Si
e
Si
i
idBGou
i
iG log.20)(
-gain en puissance : e
Sp
e
Sp
P
PdBGou
P
PG log10)(
3- Bande passante :
la bande passante est le domaine d’utilisation d’un amplificateur ; elle est représentée par le gain en
tension en fonction des fréquences des signaux à amplifier GV= h(f)
Pratiquement ; on admet que le domaine d’utilisation de l’amplificateur est limité par les fréquences fc1
et fc2 pour lesquels l’affaiblissement de GV est de 3dB par rapport à la valeur maximale de ce gain ,
donc la bande passante est 12 cc ff
Fc1 fc2 (f)
GV(dB)
GVmax
Gmax-3
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4- Modélisation d’un amplificateur électronique linéaire :
Un amplificateur peut être représentée par son schéma équivalent :
Ze est l’impédance d’entrée de l’amplificateur.
ZS est l’impédance de sortie de l’amplificateur.
Zg est l’impédance interne du générateur.
Zu : impédance d’utilisation.
La connaissance de Ze et ZS est nécessaire afin de réaliser l’adaptation des impédances.
Ze=Zg et Zu= ZS
6.2 Introduction Lorsque l’amplification apportée par un seul étage est insuffisante, ou bien lorsque les valeurs
d’impédances de sortie et d’entrée ne sont pas compatibles avec les autres éléments de l’ensemble
dans les quelles s’intègrent l’amplificateur, il faut associer plusieurs étages en cascade. Dans ce cas la
tension d’entrée d’un étage c’est la tension de sortie de celui qui le précède.
Supposons un amplificateur à 03 étages suivant :
GBF
Quadripôle
Amplificateur
Q1 Vem Vs
m
Quadripôle
Amplificateur
Q2
Va
m
1er
étage
2éme
étage
3éme
étage
Ie
Ve
V2 V3 V4 Is
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Supposons : Av1= gain de l’étage I
Av2= // // l’étage II
Av3= // // l’étage III
a- gain en tension :
Av= Av1, Av2, Av3
123
1
2
2
3
3
4
1
4 **** VVVVT AAAAV
V
V
V
V
V
V
V
b- gain en courant total :
AiT= Ai1. Ai2. Ai3
c- gain en puissance
ApT= Av. Ai
d- Impédance d’entrée :
L’impédance d’entrée de la chaîne, c’est l’impédance d’entrée du 1er
étage compte tenu de la présence
des autre étages et de la charge.
Il existe plusieurs types de liaison :
6.3 Couplage par un condensateur
C’est la méthode la plus utilisée pour les circuits discrets.
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Le signal aux bornes de la résistance de collecteur de chaque étage est transmis à la base de l’étage
suivant.
Les condensateurs de couplage laissent passer le courant alternatif mais bloquent le courant continu ;
Ce qui est nécessaire pour évite r l’interférence et le dé calage des points de repos.
L’inconvénient de cette méthode est la limitation en fréquence imposée par les condensateurs de
couplage.
VI- 4- Couplage par transformateur Soit le schéma d’un tel amplificateur
Ce montage met en oeuvre une propriété du montage transformateur pour réaliser cette adaptation
d’impédance.
La bobine du circuit bouchon est couplée par mutuelle inductance à une autre bobine.
Si la résistance d’entrée du seconde étage ( résistance vue entre des points B’ et M)
est désignée par Ré tout se passe comme si une résistance Ru= 2' )2
1(Ren
n était disposée en parallèle
avec le circuit bouchon.
En effet, si un transformateur parfait alimente une résistance R.
U1eff= 2
1
n
nU2eff
U1eff= 2
1
n
nR I2ff = )
2
1*(**
2
11
n
nIR
n
neff
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effeff In
nRU 1
2
1 *)2
1( .
Tout passe comme si une résistance R ( 2
1
n
n )2 était alimentée directement sous la tension U1.
L’ensemble transformateur résistance R peut être remplacé par cette résistance R*( 2
1
n
n )2 appelée
résistance amenée au primaire.
6.5 couplage direct
Enroulement du primaire
N1 spires
Enroulement du secondaire
N2 spires
PRIMAIRE / ENTREE SECONDAIRE / SORTIE
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Avantages :
Amplifie tous les signaux.
Inconvénients dans le calcul de la polarisation.
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Chapitre 7
Amplificateurs à courant continu
7.1 Amplificateur différentiel 7.1.1 Définition
Un amplificateur différentiel permet d’amplifier la différence entre deux signaux, il est souvent utilisé
dans l'instrumentation, ou l’on doit effectuer un certain nombre de mesures tel que la pression et la
température. Il est réalisé avec des circuits intégrés.
Description
C’est un amplificateur symétrique, à deux transistors, à deux entrée s, permettant d’obtenir à la sortie
une tension proportionnelle à la différence des deux tensions d’ entrées.
7.1.2 Schéma du montage
Les deux transistors sont identiques.
On applique une tension Ve entre la base et la masse et Ve’ entre la base B’ et la masse.
Une tension alternative de sortie est relevée entre les deux collecteurs.
Ce circuit est équivalent à un tripole à deux entrées et une sortie.
Un amplificateur différentiel peut être défini comme un circuit qui amplifie une différence de
signaux et la converti en un signal unique.
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on appelle Ad : le gain de l’amplificateur différentiel
V0= Ad( Ve- Vè) …….(1) cas d’un amplificateur ideal
Si Ve= Vé 0Vo
En réalité la tension de sortie ne s’annule jamais. La sortie Vc ne dépend pas seulement de la
différence des deux 02 signaux mais aussi d’un signal appelé : signal de mode commun Vc. Qui est
défini par la moyenne des deux signaux d’entrée.
Vc= 2........2
1VéVe
Donc Vo dépend de Vb et Vc.
Taux de réjection du mode commun
En tenant comte de l’équation(2) on peut dire que la sortie Vo est une combinaison linéaire des deux
entrées.
Vo= A1 Ve+ A2 Vé………..3
A1= 0/ véVe
Vo
A2= 0/ veVe
Vo
A1 et A2 sont des gains des amplificateurs respectives des entrées quand l’une d’elle est reliée à la
masse.
Ve+ Vé= 2Vc…………1
VdVcVe2
1
Ve- Vé= Vd……………2
VdVcVe2
1
On remplace dans l’équation .3
Vo=1/2 ( A1- A2) Vd + ( A1+ A2) Vc…….……..(4)
-
+
Ie- = 0
Ie+ = 0
S = (e+ - e-).
Ze+ =
Ze- =
Gain en tension
infini
+
-
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Ad=1/2 (A1- A2) gain de l’amplificateur en mode différentiel.
Ac= A1 –A2 gain de l’amplificateur en mode commun.
Vo= Ad. Vd + Ac. Vc
Remarque :
Un bon amplificateur différentiel est celui qui possède un gain Ad élevé et Ac nul, d’où on caractérise
la performance d’un ampli différentiel pour le taux de rejection en mode commun P= Ad/Ac.
Ac=0P : Amplificateur parfait
Vo= Ad. Vd ( 1+ ).
.(
VdAd
VcAc…………(5)
Pour un bon ampli différentiel.
Vd
Vc
pVd
Vc
Ad
Ac.
1. <<1 P >>
Vd
Vc
Taux de rejection en mode commun P= CMRPAc
Ad
CMRP dp= 20 log 10 CMRPAc
Ad
Etude de l’amplificateur en dynamique
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Vs= -Rc h21* lb
On détermine le courant qui traverse RE
ie=ib+ h21 * ib+ ib’+h21 * ib’= ( h21+1)ib+(h21+1)ib’
ie= (h21+1) *( ib+ib’)
Ve= h11 * ib+ RE*(h21+1)( ib+ib’)
Ve= (h11+RE( h21+1)ib+RE(h21+1)ib’…………1
Vé= (h11+RE( h21+1)ib’ + RE(h21+1)ib…………..2
On pose:
ibbibaVé
ibbibaVe
*'*
'**
Ve- Vé = (a-b)* ( ib- ib’) ; a-b=h11
Ve-Vé= h11 (ib-ib’)
'.**'
.**
21
21
ibhRcVs
ibhRcVs
VS- VS’= -RC h21 *( ib-ib’ ) = - RC(h21/ h11) *( Ve- Vé )
)(*11
*'21
' eecSS VVh
hRV
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7.2 Amplificateur opérationnel
7.2.1 Définition
Un amplificateur opérationnel est un circuit intégré linéaire ; possède une entrée différentielle l’empli
schématisé possède 2 entrées , l’une dite inverseuse e- et l’autre appelée entrée non inverseuse e
+
Vs= A0 (e+-e
-)
A0 : gain en boule ouverte.
7.2.2 Caractéristiques d’un amplificateur opérationnel :
les paramètres qui permettent une définition complète d’un amplificateur opérationnel sont :
* le gain en tension en boucle ouverte :
le cas idéal A0 infini.
En réalité ; ce gain peut être mesurable.
Ao=Ve
Vs.
Résistance d’entrée différentielle :
La résistance d’entrée des A , OP dépasse le Mega – ohm. Ze= ie
Ve
Ex : µA 741 : Ze= 3M
-
+
Ie- = 0
Ie+ = 0
S = (e+ - e-).
Ze+ =
Ze- =
Gain en tension
infini
+
-
+
-
Ve
Vs
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Impédance de sortie :
L’impédance de sortie est faible.
Ex : pour l’amplificateur opérationnel µA741 on a :ZS= 75
Tension résiduelle à l’entrée : (offset)
Vs= A0( e+- e
- )
Si on relie les 2 entrée ( e- et e
+ ) à la masse , normalement Vs est nul , en réalité on mesure une
certaine tension à la sortie de L’ AOP il existe une certaine source de tension de décalage Ed à
l’intérieur même de l’amplificateur.
Vs= A0. Ed.
Ed est du :
- dissymétrie des étages différentiels d’entrée du circuit AOP.
- Caractéristique d’entrée ib= f( Vbe) des deux transistors .
Ex. pour le µA741 : Ed= 15 mv.
-Bande passante :
La courbe de réponse en fréquence d’un AOP dans le cas général est indiqué ci-dessus.
La bande passante est définie par B=fc- fo= fc.
+
-
Ed
Vs
+
-
Ve
Vs
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Rapport de rejection en mode commun :
Quand la tension Ve augmente on remarque que la tension Vs varie .
On définit le TRMC (taux de rejection en mode commun)
TRMC= Ao
Vs
Vec
Pour le µA 741 : TRMC= 70 db.
bruit à l’entrée.
Vitesse d’excursion.
Puissance consommée par un amplificateur opérationnel.
7.2.3 Opérations sur les signaux à laide d’un AOP
7.2.3.1 Amplification :
a- Amplificateur inverseur
C'est le montage de base à amplificateur opérationnel. L'entrée non inverseuse est reliée à la masse ;
le signal d'entrée est relié à l'entrée inverseuse par une résistance R1, et la sortie est reliée à cette
entrée par une résistance R2.
On considère que l’AOP est idéal : gain infini.
Re infinie, Rs nulle.
i=0 car Re
Ve= R1 *i
Vs= - R2 *i
L’attaque en tension est effectuée sur l’entrée inverseuse (-).
1
2
R
R
Ve
Vs le gain du montage est égal à A= -
1
2
R
R Vs déphasé de par rapport à Ve
+
-
Vs
Ve
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Le gain en tension est donc négatif, et sa valeur ne dépend que des deux résistances R1 et R2, qui
peuvent être très précises : contrairement aux montages à transistors, le résultat va être fiable.
Le calcul de l’impédance d’entrée est simple :
1Ri
VZe e
b- Amplificateur non inverseur :
R2 et R1 forment un pont diviseur entre Vs et V- , soit :
l’attaque en tension s’effectue sur l’entrée non inverseuse(+)
0A i=o
Ve= R1 i1
Vs= ( R1+ R2 ) i1
1
21
R
RRA
Ve
Vs A: gain en boucle fermée.
Le gain en boucle fermée est imposé par le réseau de contre réaction formé par R1 et R2 .
Le gain est non seulement positif (ampli non inverseur), mais il est aussi toujours supérieur à 1, alors
que l'ampli non inverseur autorisait un gain (en valeur absolue) inférieur à 1, soit une atténuation.
Vm(R1+R2 /2)
Vm
t
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C- Adaptateur d’impédance ou suiveur en tension : Ce montage est une extrapolation de l'ampli précédent, avec R1 = et R2 = 0. On obtient un montage
tout simple, de gain unité, dont la seule fonction est l'adaptation d'impédance. On le placera donc en
tampon entre deux portions de circuit de façon à les isoler l'une de l'autre pour prévenir toute
interaction parasite.
Ce circuit est aussi idéal en entrée et en sortie d'un montage pour bénéficier d'impédance d'entrée
infinie (ou presque) et d'impédance de sortie très basse.
Ve= Vs transfert de la tension d’entrée vers la sortie (suiveur)
7.2.3.2 Addition et soustraction des signaux analogiques
a- Circuit sommateur inverseur:
On a souvent besoin de mélanger plusieurs signaux ensemble ; la difficulté réside dans le
fait qu'il faut éviter toute interaction de réglage des gains affectés aux différentes entrées.
À la base de ce montage, on retrouve l'amplificateur inverseur ; on avait vu que l'entrée
inverseuse était considérée comme une masse virtuelle, et qu'aucun courant n'entrait dans
l'AOP. De ce fait, chaque courant ii ne dépend que de la tension d'entrée Vei et de Ri relatif à sa
branche : il n'y aura donc pas d'interaction entre les différentes entrées. L’AOP est ideal .
Ve1=R1*i1 ; Ve2=R2* i2 ; Ve3=R3*i3
En sortie, on a :
VS=-R*i= -R*(i1+i2+i3)
Vs= - R*
3
3
2
2
1
1
R
V
R
V
R
V eee
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Dans le cas ou R1= R2= R3= R on aura Vs = - ( Ve1+Ve2+Ve3) le signe (-) est du à l’inversion de phase
provoqué par l’AOP
On voit qu'on peut ajuster le gain globalement en jouant sur R, et le gain de chaque entrée en jouant sur
les résistances Ri. Ce montage offre donc toutes les souplesses.
On peut obtenir un additionneur inverseur pur en fixant toutes les résistances du montage à la même
valeur.
L’impédance d'entrée de chaque voie i est égale à la résistance Ri .
b- Circuit soustracteur:
Ce montage permet d'amplifier la différence de deux signaux. C'est un montage de base très important
en mesures.
Ve1= R1 i1 + R4 *i2
Ve2 = ( R3 +R4) i2
Vs= - R2 *i1 + R4 *i2
43
2
2RR
Vi e
)(
2*1
431
4
1
1RRR
VeR
R
vei
Vs= -43
24
43
24
1
1
2 ..
RR
VR
RR
VRV
R
R ee
e
+
-
Ve1
Vs
Ve2
R4
R3
I2
I1
R2
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Vs= -
.* 212
431
41
1
2ee VRR
RRR
RV
R
R
Dans le cas ou R1= R2=R3= R4= R 12 VeVeVs
7.2.3.3 Intégration et dérivation
a- circuit intégrateur :
Le calcul de la réponse Vs à un signal d'entrée Ve se traite comme dans le cas de l'amplificateur
inverseur. On a :
iRVe *
En sortie, le condensateur a aux bornes de ses armatures une charge électrique q égale à :
SVCq *
Cette charge électrique est l'intégrale du courant i qui traverse le condensateur ; compte tenu du sens de
i, on a :
dtiq *
d’où dtVRC
V eS **1
Ce montage est souvent utilisé pour obtenir un signal en dents de scie à partir d’une tension en
créneaux.
le gain en boucle fermé est donnée dans le cas d’un régime sinusoïdal
JCRWA
Ve
Vs 1
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b- Circuit dérivateur :
Ce montage est similaire au précédent et se traite de la même manière.
Ve= idtC
1
Vs= -R*i
Vs=-R*C dt
dVe
La fonction de transfert est donnée
Z
R
Ve
Vs RCW
Ve
Vs
La sortie est proportionnelle à la dérivée de l'entrée. Comme pour le montage précédent, avec
un amplificateur réel, on aura des difficultés à faire fonctionner ce circuit tel quel (système
instable), et il faudra rajouter des éléments pour le rendre pleinement fonctionnel.
7.2.3.4 Amplificateur exponentiel :
a- Amplificateur logarithmique :
Dans ce montage, on retrouve la structure traditionnelle de l'ampli inverseur, mais avec une
diode en contre-réaction. Cette diode, dont la caractéristique courant/tension est logarithmique
va nous donner une fonction de transfert de ce type.
Ve= Ri
Vs=- VD
Le courant qui traverse la diode est égal :
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)1)(exp( kT
eVii D
S
lorsque Ve est élevée : )exp(*kT
eVii D
S
Ve= R*is * exp
kT
evs
D’où VS=K1*lnK2.Ve
e
kTK 1
SRiK
12
b- Amplificateur exponentiel :
Ve doit être supérieur au seuil de la diode.
Par des calculs analogues aux précédents, on démontre facilement et de la même manière :
I= is. Exp kt
evd
Vs= - R*is exp
kT
evd
VS=K1*exp(k2Ve)
SiRK *1
KT
eK 2
En pratique, on trouve des circuits intégrés tout faits comprenant le montage Log, le montage
exponentiel, ainsi que les compensations thermiques et diverses possibilités de réglage de gain. Ces
montages sont des multiplieurs analogiques, et servent notamment, en mesures, à linéariser certains
capteurs. A noter que ces composants sont délicats, coûteux, et présentent des dérives importantes.
L'utilité de tels montages est devenue douteuse avec l'introduction massive du traitement numérique.
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7.2.3.5 L’AOP dans la comparaison
Un comparateur est un système à deux entrées et une sortie ; cette dernière prend deux états : un état
haut et un état bas.
La comparaison est effectuée entre deux signaux analogiques l’un sert de référence et l’autre
correspond à un signal d’entrée inconnu qu’on désire comparer en amplitude à la tension de référence.
Le principe est simple : on compare un signal d'entrée à une tension de référence, et selon que la valeur
du signal est supérieure ou inférieure à la référence, l'ampli prendra l'une ou l'autre des valeurs Vsat+ ou
Vsat- en sortie.
Si on met un signal sinusoïdal à l'entrée, les chronogrammes d'entrée et de sortie sont :
Comparateur Vref
Ve
VS
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Exercices d’applications
Chapitre I Les semi-conducteurs
EXERCICE N°1
Un barreau de Germanium (Ge) de section 1Cm2 et de longueur l=10cm est placé sous une ddp de 10v.
Si les mobilités sont à 300°K ; n=0.38 m2/V.S et p=0.18m
2/V.S.
Calculer :
a- la conductivité et résistivité.
b- la vitesse de déplacement des porteurs.
c- le courant et densité de courant.
La concentration est ni=pi =2.5 1013
/cm3.
Refaire le même travail pour un barreau de silicium (Si) tel que n=0.13 m2/V.S et
ni=pi =1.6.1010
cm-3
.
Conclure.
Solution :
paramètre Barreau de Ge Barreau de Si
Conductivité
0.0224 4.608*10-6
-1
.cm-1
Résistivité
44.46 21.7*104 .cm
Vitesse des
porteurs.
Vn=38 m/s , Vp=18m/s Vn=13m/s , VP=5m/s
Courant
22.4 mA 4.608 A
Densité de
courant.
224 A/m2 46.08 mA/m
2
EXERCICE N°2
A quelle tension le courant inverse d’une diode à jonction atteindra t-il 90% de sa valeur de saturation à
la température ambiante normale.
Solution :
Vi= 0.058V
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Chapitre II : La diode à jonction
EXERCICE N° 1 :
Dans le schéma ci-dessous P est un potentiomètre et x est la résistance comprise entre le curseur et
l’extrémité M.
1- calculer x pour que la diode D soit à la limite du blocage (tension de seuil est de 0.7v).
2- On déplace le curseur du potentiomètre de manière que x = 90 K.
Quelle sera l’intensité dans la diode ?
Quelles seront les intensités UBM et UAM ?
On donne :
R= 100 K ; R1= 22K ; R2= 82 K ; UA= 12V.
Solution:
1- Kx 73
2- UBM=9.46v ; Ux= 10.8 V.
EXERCICE N°2 :
Soit le montage suivant:
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Calculer le courant qui traverse la diode .
Sachant que la tension de seuil V0=0.6v et la résistance dynamique rd=0.
On travaillera les deux cas :
E= 2V ; R1= 4K ; R2=1K ; R3=200 .
E= 8V ; R1= 8K ; R2=2K ; R3=200 .
Solution:
1er
cas : I=-0.2 mA : la diode est bloquée.
2éme
cas : I=555A.
EXERCICE N°3 :
Soit le circuit suivant avec U1=50V.
Déterminer V0 lorsque :
a- la diode Zener est idéale.
b- L’impédance ZZ est de 10.
EXERCICE N° 4:
Dans les circuits de la figure, les diodes sont parfaites ; la tension de seuil V0=0 . Résistance
dynamique rd=0.
La tension d’entrée est e(t)=Vm.sint avec Vm >E.
Tracer dans chaque cas les graphes suivants Vs(t) et Vs=f(Ve).
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EXERCICE N°5 :
On donne le circuit suivant :
R=1K ; EZ=8V ; E0 = Edirect = 0
On donne e(t)=10.sint.
Tracer le signal Vs(t).
Chapitre III :
le Transistor bipolaire
EXERCICE N°1 :
Un transistor au Si est utilisé dans un montage avec polarisation par pont.
On veut déterminer les différents éléments du montage de façon que pour un courant de base de repos
Ip= 2mA et Vcc=8V . les coordonnées du point de repos sont :
VCE = 4.8 V ; Ic=0.2 A ; VBE=0.68V.
1- Déterminer l’équation de la droite de charge. Calculer Rc.
2- sans négliger IB ; calculer les résistances R1 et R2 pour que le courant traversant R2 soit de 25mA.
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Solution :
1- Rc= 16.
2- R1= 278. R2= 27.2.
EXERCICE N°2 :
Le transistor du montage suivant est caractérisé par le réseau de sortie de la figure n°1-a
Son réseau d’entrée est idéalisé comme l’indique la figure n°1-b
1- Par application de la loi des nœuds au point B.
Déterminer la relation qui lie VBE . IB , U0 ; Ra et Rb .
Retrouver cette relation par application du théorème de Thevenin.
2- Déterminer le point de repos du montage pour U0=10v ; Ra=200K ; Rb=50K et Rc=1K.
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Solution :
1- B
ba
ba
ba
b
BE IRR
RR
RR
RUV .
..0
2- E0(0.6v, 35A) ; S0( 4.8v ; 5mA).
EXERCICE N°3 :
1- Exprimez IB en fonction de RB, VCOM et VBE.
2- Calculez IB.
VCE
E
BC
RC
RB
VCOM
VDD
+VCC
IC
IE
IB
VBE
RB = 100k
RC = 2k
VCOM = 10V
VCC = 12V
VBE = 0,6V
VCE = 1V
IC = xIB
= 50
VBE(V)
IB(A) 30
0.6
Figure n° 1-b
Ic(mA)
VCE(V)
Figure n° 1-a
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3- Exprimez VD en fonction de VCC, RC, IC et VCE.
4- Exprimez VD en fonction de VCC, RC, , IB et VCE.
5-Exprimez VD en fonction de VCC, RC, , VCE, RB, VCOM et VBE.
6-Calculez VD.
7-Calculez IC.
EXERCICE N°4 :
1- Exprimez IB en fonction de VE, VBE et RB.
2- Calculez IB.
3- Exprimez VS en fonction de RB, RC, VCC, VE et VBE.
4- Calculez VS.
6- Exprimez IC en fonction de VCC, VS et RC.
7- Calculez IC.
8- Calculez .
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Chapitre IV
Amplification à transistor :
EXERCICE N°1 :
Soit le montage suivant :
( h11= r = 1.65K ; = h21 = 110 ; VCE0 =4.5V ; IC0= 3 mA ; IB0=27 A ; VBE0 négligeable , RE=1K ;
VCC=9V).
1- Déterminer RC , on admettra par la suite que Rc= RL .
2- Calculer R1 et R2 si le courant Ip =10*IB0 ( Ip dans R1).
3- Donner le schéma équivalent.
4- Calculer GV ; GI ; Re et RS.
Solution :
1- Rc= 491.
2- R1=11.21K. et R2=20K.
3- Gi =-0.48 ; GV=16.36 ; Re=14 ; RS=Rc.
+VCC
VS
VE
RB
RC
VCC = 15V
VE = 5V
RB = 10k
RC = 470
= 50
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EXERCICE N°2 :
Soit le montage collecteur commun.
1- Etablir le schéma équivalent pour l’alternatif.
2- Calculer Re , Ai , AV et RS.
Solution : (voir cours).
EXERCICE N°3 :
On veut que la résistance d’entrée du montage entre la base et la masse 1
1
i
VRe soit de 50.
1- Exprimer Kreg
Vg 50,1 . Quelle condition est alors vérifiée entre le générateur et l’amplificateur.
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2- On veut que la polarisation du transistor en statique soit tel que 4
CC
CE
VV ; VEM soit de 2V ;
ic=0.5mA et IR1=5*iB.
Calculer RC , la somme RE+R’E, R1 et R2 .
3- Représenter le schéma équivalent et on posera UCLB RRRRRR ;21 .
4- Exprimer la résistance d’entrée 1
1
i
VRe ainsi que l’amplification en tension
1
2
V
VAV
Quelles seront les valeurs RE , R’E ,AV.
On donne
vVethhKrKRKrhhvV CCgBE 20022;50;4;8;150;7.0 1241121
Solution :
1- 2
11 ge
V
2- KRKRKRR EE 873;162;4 21'
4- 3' 10*38.10;72.3;278 VEE AKRR
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Chapitre V
Transistor à effet de champ
EXERCICE N°1
On considère un étage simple à J. FET . On donne comme caractéristique Idss= 6 mA et Vp= 3v.
1°/ - quelle valeur devra t- on donner à R1 pour que le transistor soit polarisé au milieu de sa droite de
charge statique.
2°/- quelle est la valeur qu’il convient de donner à Cs pour que la fréquence de coupure basse de cet
amplificateur soit égal à 50HZ.
Solution :
Polarisation médiane
VGs= -0.9v
VG= 2.1v
R1=1M
2/- valeur de Gs
Cs = 14.27 MF
On choisit une valeur normalisée :Cs= 22 F.
EXERCICE N°2
On donne
E=30V ; R7=5K
R4= 4K
R1//R2=3M .
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VR7= 20V ; Idss=10mA; Vp= -6V
Pour les 2 TEC on prend le même Idss et le même Vp .
1/- trouver les valeurs de R1 R2 de manière à avoir VR7=20v en régime continu.
2°/- Exprimer le gain Gv= VE
VSen dynamique calculer la résistance d’entrée vue par eg.
Solution :
1-Id2= 4mA
VGs= -2.2v
Id1=4.4mA.
VGs1= -2.02V.
VR2= 15.78 V
On utilisé thevenin entre Aet M
On a aussi MRR
RR3
21
21
Ω
R1= 5.7 MΩ
R2=6.3 MΩ
2-gm1= 2.22 mA/V
gm2= 2.11 ma/ V
A1= 0.89 A2=0.91 80.0 A
Re= R1//R2
Chapitre 6 : Amplification à plusieurs étages
EXERCICE N°1 :
1°/-Donner le schéma équivalent en dynamique
2°/- calculer la résistance d’entrée
a/- r de T , Re de l’ampli
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b/- r’ de T’ , Re’ du 2èmè étage .
3- pour le transistor T , calculer la charge Ru en dynamique.
( la charge d’un transistor c’est l’impédance portée par l’électrode de sortie du transistor )
4°- calculer GainVe
VS
VS
VS,;
' total
Ve
SV '
5°- calculer la résistance de sortie de l’ampli
// // // du 1er étage
Solution :
2°/- calcul de la résistance d’entrée :
a- 11hi
Vr
b
e
Re de l’amplificateur = 2//111// RRRBavechRBie
ve
b- r’ de T’
r’= h11+ (RE//RL) (B’+1)
Re’= RB’//r’
3°/- charge Ru du 1er étage Ru= Rc// Re’
4°/- Ve
VS
VS
VS
Ve
VS.
''
1'
VS
VS
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Gv11h
RuB
5°/- Résistance de sortie du 1er étage Rs=Rc
résistance de sortie de l’ampli :
Ve=0 00*11 ibibh
Rs=
'11//
1'
'
1
1
hRBRc
B
RE
Chapitre VII
Amplificateurs à courant continu
EXERCICE N°1
Soit l’amplificateur suivent dont les éléments on t pour valeur :
R1= 10KΩ ; R2=1MΩ
R3=9.5KΩ ; R4=0.5 KΩ
1°/- Calculer l’amplification en tension
a- pour R2 Connectée entre E- et S ( soit G1)
b- pour R2 Connectée entre E-et S’ ( soit G2)
Solution :
1°/- R2 entre E- et S :
G1 100
2/- R2 entre E’ et S’
G2=-2000
EXERCICE N°2 :
Soit le montage :
a - trouver la relation entre R, R1 , et R2 pour avoir Vs= G ( e1-e2)
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b- calculer R1 et R2 avec R= 18KΩ pour avoir GdB= 20dB
Solution :
1°/- relation entre R, R1 et R2 : Vs= G ( e1-e2)
la condition pour laquelle Vs= G(e1-e2)
)1(2)2(;12
)1(.
2RRRRRR
RR
RR
R
R
d’ou R
2 = R1R2
2°/- R1= 2K
R2= 162K
EXERCICE N°3 :
Montrer que le circuit de la figure est équivalent à une résistance négative.
L’impédance d’entrée est bien négative Ze=-2
31
R
RR
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EXERCICE N°4
Réaliser avec des amplificateurs opérationnels l’équation suivante
Y+3y+5y+f(t)=0
Solution :
RC=1
103
;32
;51
R
R
R
R
R
R