cours electronique
DESCRIPTION
electroniqueTRANSCRIPT
Electronique Slim Yacoub
1
Institut National des Sciences Appliquées et de Technologie
Support de Cours
Module: D’électronique
2ème
Année IIA et RT
Enseignant:
Slim Yacoub
République Tunisienne
Ministère de l’enseignement Supérieur
Et de la Recherche Scientifique
Electronique Slim Yacoub
2
CH1 Elément actif à semi-conducteur
I Modèles statiques de la diode a jonction PN 8
I.1 Introduction:
I.2 Le modèle idéal:
I.3 Le modèle a seuil: 9
I.4 Le modèle linéarisé:
II Fonctionnement linéaire de la diode (régime petit signaux) 10
II.1 polarisation de la diode
II.2 Puissance maximale de la diode 11
II.3 Les claquage dans les diodes
II.3.1 le claquage par avalanche
II.3.2 Le claquage par effet tunnel 12
II.3.3 Le claquage thermique
II.4 Les capacités de la diode a jonction PN
III Les diodes zener 13
III.1 Modèle statique 14
III.2 Modèle linéarisé
CH2 Les Transistor bijonction
I Introduction 16
I.1 Polarisation d’un transistor: 17
II. montage a émetteur commun 18
II.1 Rapport α et β
II.2 Modèle Ebers-Moll 19
III. Caractéristique d’un transistor 20
III.1 Caractéristique du collecteur
III.2 caractéristiques de base 21
Electronique Slim Yacoub
3
III.3 Caractéristiques du gain en courant
III.4 Valeurs limites des transistors 22
III.5 Droite de charge en continu
III.6 Transistor Interrupteur 23
III.7 Transistor source de courant 24
IV Circuit de polarisation d’un transistor
IV.1Polarisation de base 25
IV.2 polarisation par réaction d’émetteur
IV.3 polarisation par réaction de collecteur 27
IV.4 polarisation par diviseur de tension 28
V circuit a transistor PNP 29
VI. Maintenance des transistors 31
CH3 Amplificateur à Transistor
A. Montage émetteur commun 32
I Introduction
I.1Condensateur de couplage et condensateur de découplages
II Application du théorème de superposition aux amplificateurs 33
II.1 Circuit équivalent en alternatif et en continu
II.2 Résistance en alternatif de la diode émetteur 35
II.3 Beta β en alternatif 36
III Amplificateur à émetteur à la masse
III.1 Modèle en alternatif d’un étage à émetteur commun 38
III.1.I Impédance d’entrée
III.1.2 Impédance de sortie
III.1.3 Modèle en courant alternatif d’un amplificateur à émetteur à la masse 39
Electronique Slim Yacoub
4
B. Montage collecteur commun
I Principe 40
I.1 Droite de charge statique
I.2 En dynamique 41
I.2.1 Circuit équivalent en courant alternatif 42
Impédance totale d’entrée de l’amplificateur
Impédance de sortie 43
Modèle en courant alternatif
C. Montage base commune
I Introduction 45
II Polarisation par diviseur de tension
II.1 Le circuit équivalent en alternatif 46
II.2 Le modèle en courant alternatif d’un amplificateur a bas commune 47
D. Paramètre hybride
I les paramètres hybride 48
II schéma équivalent en petit signaux
II.1 gain en courant et en tension 49
CH.4 Amplificateur de puissance
A Amplificateur classe A et classe B
I. Transistor classe A 51
I.1 Droite de charge en dynamique d’un amplificateur à émetteur commun
I.2 saturation et blocage dynamique 52
I.3 Dynamique du signal alternatif de sortie 53
II. fonctionnement en classe A 55
II.1 Puissance de charge 56
Electronique Slim Yacoub
5
II.2 Puissance dissipé par un transistor
II.3 Courant d’alimentation ou courant consommé
III Transistor classe B 57
III.1 Amplificateur Push-Pull
III.1.1L’équivalent en courant continu CC 58
III.1.2 L’équivalent en courant alternatif CA :
III.1.3 Distorsion de croisement de recouvrement ou de passage par zéro 60
III.1.4 Polarisation par diviseur de tension 61
III.1.5 Amplificateur d’attaque ou de pilotage d’un amplificateur classe B 64
III.2 fonctionnement en classe B
III.1.1 Puissance de charge
III.1.2 Puissance dissipé par un transistor
II.1.3 Puissance fournie au circuit Ps
III.3 Polarisation par diviseur de tension
III.4 Amplificateur d’attaque ou de pilotage d’un amplificateur classe B
B Amplificateur classe C
I Fonctionnement en classe C 65
Chapitre 5 les amplificateurs opérationnels
Introduction 68
I l’amplificateur différentiel ou de différence
I-1 Analyse en courant continu 69
-a Courant de queue IT.
-b Courant de décalage d’entrée
-c Tension de décalage d’entrée
I.2 Analyse en courant alternatif
Impédance d’entrée:
Gain en mode commun
Electronique Slim Yacoub
6
- Taux de rejection en mode commun (Common Mode Rejection Ratio)
I.2.1 Polarisation par miroir de courant 71
II l’Amplificateur opérationnel
II.1 Introduction 73
II.1.1 Symboles
II.1.2 Fonctionnement de l’amplificateur en comparateur 74
II.2 La rétroaction
II.2 .1 Définition
II.2.2 Différents type de contre-réaction 75
III Application linéaires de l’amplificateur opérat ionnel 76
III.1 Montages classiques
III.1.1 Amplificateur suiveur 77
III.1.2. Amplificateur non inverseur
III.1.3. Amplificateur inverseur 78
III.1.4 Amplificateur sommateur ou additionneur
III.1.5. soustracteur ou amplificateur de différence 79
III.1.6. Dérivateur Intégrateur 80
III.1.7. Convertisseur courant tension 81
III.1.8. Convertisseur tension courant
IV. Les filtres actifs 82
IV. 1Les filtres passe-bas
IV.2 Filtre passe-haut 84
Chapitre 6 Oscillateur
I Oscillateur sinusoïdaux 85
I.1 Gain de boucle et phase
II Oscillateur à pont de Wien 86
Electronique Slim Yacoub
7
II.1 Réseau d’avance de retard
II.2 fonctionnement 88
III.Oscillateur colpitts 89
III.I Montage a émetteur commun
IV Cristaux de quartz 91
IV.1 Fondamentales et harmoniques
IV.2 Résonnance série et résonance parallèle
V Minuterie 555 92
V.1 Bascule RS
V.2 Schéma fonctionnel du 555 93
V.2.1 Fonctionnement en Multivibrateur Monostable 94
V.2.2 Fonctionnement en multivibrateur astable 95
Bibliographie 96
Electronique Slim Yacoub
8
CH1 Elément actif à semi-conducteur
I Modèles statiques de la diode a jonction PN
I.1 Introduction :
Les modèles sont utilisés pour l’analyse des phénomènes, des processus, des systèmes et des éléments. La diode est un élément non linéaire, l’équation liant le courant ID et la tension VD est non linéaire :
)1( . −= T
D
Vm
V
SD eII
VT : potentiel thermique
Is ; courant inverse
m : coefficient d’ajustement empirique
VD : tension appliquée aux bornes de la diode
Ceci rend l’analyse d’un circuit électrique comportant des diodes difficile. Pour faciliter donc cette analyse on remplace les diodes par des modèles linéaires.
I.2 Le modèle idéal:
En direct la diode est considérée comme un circuit fermé :
VD =0 pour ID ≥ 0
En inverse la diode est considérée comme un circuit ouvert
ID =0 pour VD ≤ 0
Fig1 Modèle idéal d’une diode a jonction PN a: forme graphique; b: schéma équivalent de la diode en direct; c: schéma équivalent de la diode en inverse
ID VD
0
ID
VD
A
K
VD
A
K
a b c
Electronique Slim Yacoub
9
I.3 Le modèle a seuil: La forme analytique du modèle est exprimée par les équations :
00 ≥= DD IpourVV
00 VVpourI DD ≤=
Fig2 Modèle a seuil a: forme graphique; b: schéma équivalent de la diode en direct; c: schéma équivalent de la diode en inverse
I.4 Le modèle linéarisé:
La forme analytique du modèle est exprimée par les équations :
0.0 ≥+= DDDD IpourIrVV
00 VVpourI DD ≤=
Fig3 Modèle linéarisé a: forme graphique; b: schéma équivalent de la diode en direct; c: schéma équivalent de la diode en inverse
D
DD I
Vanr
∆∆
== αcot.
ID
V0
VD
0
ID
VD
A
K
VD
A
K
a b c
ID
V0
VD
0
ID
VD
A
K
VD
A
K
a b c
∆ ID
∆ VD
rD
V0
V0
α
Electronique Slim Yacoub
10
II Fonctionnement linéaire de la diode (régime petit signaux)
Quand on fait passer un courant variable (par exemple sinusoïdal) id à travers une diode, si la tension VD sur la diode a la même forme, la diode fonctionne en régime linéaire. Ceci est vrai pour de très petites amplitudes de id et VD.
Fig4 Diode linaire
II.1 polarisation de la diode
Le rôle de ID0 est de placer le point A au milieu d’une section linéaire de la caractéristique. La diode doit être polarisée par le courant ID0 avant qui id ne soit appliqué.
RIEV DD ..0 −= (1)
Equation du circuit de polarisation condition externe (1).
VTm
VD
SD eII .... = (2)
Equation de la caractéristique directe de la diode (condition interne) (2).
Circuit de polarisation
R
t
iD
vD
ID
VD
A
E0
VD
ID
Electronique Slim Yacoub
11
Fig5 Détermination graphique du point de fonctionnement de la diode
II.2 Puissance maximale de la diode
électrique
PuissanceRth
TaTjIVP DD .. 00
−==
Puissance dissipée
Rth résistance thermique de la diode de l’ordre °c/W et atteint quelques centaines de °c/W pour les diodes de petites puissance.
Tj : Température de la jonction
Ta : Température ambiante
Pmax de la diode : ( ) .max
. max00 Rth
TaTjIVP DD
−==
II.3 Les claquage dans les diodes
II.3.1 le claquage par avalanche
Dès que la tension inverse atteint une valeur critique appelée tension de claquage VBR , le courant inverse s’accroit vite et sa valeur est limitée seulement par la résistance branchée en série avec la jonction.
ID
E0 VD
A ID0
VD0
E0/R
0
Electronique Slim Yacoub
12
La résistance dynamique de claquage : mincot zdD
Dz IIpouran
dI
dVr ⟨== α
Fig6 Caractéristique complète d’une diode a jonction PN
II.3.2 Le claquage par effet tunnel
Il se produit quand l’anode et la cathode de la diode sont fortement dopées dans ce cas le claquage par effet tunnel précède le claquage par avalanche
II.3.3 Le claquage thermique
Quand la diode est polarisée en inverse, VD0 est la tension inverse et ID0 le courant inverse. Quand VD0 augmente la puissance électrique s’accroit et provoque une augmentation de la température de la jonction Tj jusqu'à Tjmax d’où le claquage thermique
II.4 Les capacités de la diode a jonction PN
La capacité de transition d
SC r
T
..0 εε=
S : aire de la jonction
d : largeur de la jonction
0ε Permittivité du vide
α
ID
VD
VBR
IZmax
IZmin
Electronique Slim Yacoub
13
rε Permittivité relative du semi conducteur
La capacité de diffusion VTm
InIpC DnDp
D .
.. ττ +=
pτ : Temps de vie des trous
nτ : Temps de vie des électrons
DpI , DnI courant de diffusion des trous et des électrons
VTm
IpCIIetnp Dp
DDnDp .
.τττ =⇒>>>>
Fig7 Schéma équivalent hautes fréquence de la diode
DD
DD r
pC
I
VTmr
.. τ=⇒=
En inverse TTD CCCC =⇒<<
En direct DTD CCCC =⇒>> .
Les diodes en inverse sont utilisées comme condensateur dans les circuits intégrés. On les utilisent aussi comme capacité commandé en tension dans les circuits de syntonisation.
Remarque : en continu l’impédance de la diode tend vers l’infini et les capacités sont négligeables
III Les diodes zener
Presque toutes les diodes à jonction PN peuvent fonctionner dans leurs zones de claquage électrique a condition qu’il reste réversible. Mais on conçoit des diodes zener spéciales pour obtenir contrôler et garantir leurs paramètres souhaités.
La tension de claquage VBR est appelée souvent tension zener Vz
rd
id
Vd C=CD+CT
C
Electronique Slim Yacoub
14
Symbole
III.1 Modèle statique
Fig.8 Modèle idéale d’une diode Zener a: forme graphique; b: schéma équivalent dans la zone de claquage; c: schéma équivalent avant le claquage
0≥= ZZD IpourVV
ZDZ VVpourI ≤= 0
III.2 Modèle linéarisé
Fig.9 Modèle linéarisé d’une diode à jonction PN a: forme graphique; b: schéma équivalent dans la zone de claquage; c: schéma équivalent avant le claquage
Vz
K
A
Iz
IZ
VZ
VD
0
ID
VD
K
A
VD
K
A
a b c
VZ
Iz
Vz
VD
0
IZ
VD
K
A
VD
K
A
a b c
α rz
VZ
Electronique Slim Yacoub
15
ZDZ
ZZZZD
VVpourI
IpourIrVV
≤=
≥+=
0
0
Le circuit de polarisation de la diode zener est le suivant
Fig.10 Circuit de polarisation
Coordonnées du point de fonctionnement
z
ZD rR
VEI
+−
= 00
z
ZZD rR
VRrEV
++
=..0
0
R sert à placer le point de fonctionnement dans la zone linéaire de la caractéristique de claquage.
E0
IZ
VD
R
Electronique Slim Yacoub
16
CH2 Les Transistors bijonctions
I.1 Introduction
L’impact du transistor dans le monde est énorme. En effet ce dernier a permit de réaliser les circuits intégrés, les composants optoélectroniques et les microprocesseurs.
Un transistor ce présente comme suit :
Fig.1 Symbole d’un transistor
Fig.2 Semi-conducteur NPN et PNP
Dans le cas d’un transistor NPN :
L’émetteur est fortement dopé il injecte des électrons dans la base
La base est légèrement dopée et très étroite elle conduit la plupart des électrons injectés par l’émetteur dans le collecteur
Le collecteur est moyennement dopé il collecte les électrons provenant de la base.
P N N
N P P
C
B
E
Émetteur Base
Collecteur Émetteur Base
Collecteur
B
E
NPN PNP
Transistor NPN Transistor PNP
C
Electronique Slim Yacoub
17
Le transistor comporte deux jonctions il ressemble donc a deux diode, la première est appelée la diode émetteur la seconde diode collecteur.
I.1 Polarisation d’un transistor:
•••• Montage base commune
Fig.3 Polarisation des deux diodes en direct.
Fig.4 Polarisation des deux diodes en inverse (rarement adoptée).
•••• Tension de claquage
Pour avoir l’effet transistor normal la diode collecteur doit être polarisé en inverse avec une tension collecteur inférieure a la tension limite BVCE de même pour la diode émetteur qui parfois dans certains transistor est polarisée temporairement en inverse.
P N N
VEB VCB
-
+ +
-
+ +
- -
P N N
VEB VCB
+
- -
+
- -
+ +
Petit courant Petit courant
Electronique Slim Yacoub
18
II. Montage a émetteur commun
Fig.5 Montage à émetteur commun
Le fonctionnement d’un transistor en montage EC est le même qu’en montage BC.
L’émetteur est plein d’électron libres lorsque VBE> 0.7 V ce dernier injecte ces électrons dans la base qui diffusent dans le collecteur d’où ils sortent pour aller vers la source externe de tension.
II.1 Rapport αααα et rapport ββββ en continu (régime statique)
Dans la plupart des transistors plus de 95% des électrons injectés par l’émetteur passent au
collecteur. Le rapport αcc qui lie Ic à IE :
1≈=E
CCC I
Iα
Moins de 5 % des électrons tombent dans la base Le rapport βcc qui lie Ic à IB :
B
CCC I
I=β
CCβ est compris généralement entre 50 et 300.
Relation entre CCβ et CCα
Pt commun des deux sources de tension
Reliées a l’émetteur d’où émetteur commun
commun
N
N
P
RB
RC
VBB
VCC
Electronique Slim Yacoub
19
On a CCCCC
B
C
EBCE I
I
I
IIII
βα1
11
1 +=⇒+=⇒+=
CC
CCcc α
αβ−
=⇒1
Deux circuits équivalent
VBE= IB r’b +V’ BE
II.2 Modèle Ebers-Moll:
- VBE=0.7V
+
-
IC=αCC.IE
+
- +
-
N
N
P
VCE
VBE
+
-
VCE
IE V’ BE
IB
r’b
α CC. Ι E
+
-
VBE
Fig.6 Transistor
Fig.7 Modèle d’un transistor
Electronique Slim Yacoub
20
- IB r’b =0
- IC =IE α CC=1
- IB =IE /β CC
Conclusion :
Pour qu’un transistor fonctionne de façon linéaire :
1 La diode émetteur doit être polarisée en direct
2 La diode collecteur doit être polarisée en inverse
3 La tension entre les bornes de la diode collecteur < à la tension de claquage
III Caractéristique d’un transistor
Les caractéristiques qui lient les courants et les tensions d’un transistor représentent graphiquement son fonctionnement.
Fig.8 Montage pour tracer les caractéristiques du transistor
III.1 Caractéristique du collecteur
On fixe IB a une valeur, on fait varier Vcc et on trace Ic =f(VCE).
Fig.9 Caractéristiques pour IB=10µA et IB=20µA
2mA
1V
VBB
VCC
- -
+
RB
RC
β CC=100
VCE
IB=10µA
Claquage
1mA
1V VCE
IC IC
IB=20µA
Claquage
+
Electronique Slim Yacoub
21
Si VCE fonctionne au dessus de la zone de claquage le transistor ne fonctionne plus en tant que source de courant.
III.2 caractéristiques de base
La caractéristique de base est celle d’une diode :
Fig.10 IB en fonction de VBE.
III.3 Caractéristiques du gain en courant
Fig.11 β pour deux températures différentes
Le gain β CC d’un transistor change avec la température. Il faut concevoir des circuits qui ne
dépendent pas trop de β CC.
0.7V
IB
VBE
1mA
T=150°c β CC
IC
T= -50°c
Electronique Slim Yacoub
22
III.4 Valeurs limites des transistors
Fig.12 Ic en fonction de Vce à Ib cste
III.5 Droite de charge en continu (en régime statique)
Fig.13 Polarisation d’un transistor
On a C
CECCC R
VVI
−= équation de la droite de charge statique
La droite de charge statique définit la dynamique d’un transistor elle va d’environ 0 à Vcc et le transistor se comporte comme une source de courant à l’exception des points de saturation et de blocage.
VCE
Région active le transistor se comporte
comme une source de courant
Région de Claquage à éviter
IC
Région de saturation
VBB
VCC
- -
+
RB RC
VCE +
Electronique Slim Yacoub
23
Fig.14 Caractéristiques d’un transistor
La droite de charge statique définit la dynamique d’un transistor elle va d’environ 0 à Vcc et le transistor se comporte comme une source de courant à l’exception des points de saturations et de blocages.
III.6 Transistor Interrupteur
Un transistor saturé se comporte comme un interrupteur fermé du collecteur à l’émetteur. Un transistor bloqué se comporte comme un interrupteur ouvert.
•••• Courant de base
La maille d’entrée donne B
BEBBB R
VVI
−=
Fig.15 Points de saturation et de blocage
- Si le courant de base est supérieure ou égale IBsat => interrupteur fermé
- Si le courant de base est nul => interrupteur ouvert
VBB et RB fixe le courant de base
Vcc
Q
Vcc/Rc
VCE
IC
IB>IB sat
IB=IB sat
Blocage
Q pt de fonctionnement Saturation
IB= 0
VCE Vcc
Interrupteur fermé
Interrupteur ouvert
Vcc/Rc
IC
Electronique Slim Yacoub
24
III.7 Transistor source de courant
Fig.16 Transistor polarisé
ECCCCCEECE IIorRIVRIV ≈=+−+ 0..
EC
CECCC RR
VVI
+−
≈⇒
La maille d’entrée => CE
BEBBE I
R
VVI ≈
−=
On remarquera que le courant collecteur ne dépend pas de βcc.
IV Circuit de polarisation d’un transistor
Avant d’appliquer un signal alternatif à un transistor il faut déterminer un point Q de fonctionnement près du point milieu de la droite de charge statique. Pour que le dispositif demeure linéaire la diode émetteur doit rester en polarisation directe et la diode collecteur doit rester en polarisation inverse. Les fluctuations du courant et de la tension ne doivent ni saturer le transistor ni le bloquer :
VBB
VCC
- -
+
RE
RC
VCE
+
Vcc/(Rc+RE)
Fig.17 Droite de charge statique
Q
VCE
IC
Electronique Slim Yacoub
25
IV .1 Polarisation de base
Appelée aussi polarisation fixe cette façon de polariser un transistor n’est pas bonne car le point Q n’est pas stable en effet βcc peut varier d’un rapport 9/1 selon le courant et la température.
Fig.18 Polarisation de base
IV.2 Polarisation par réaction d’émetteur
Le but de ce montage est de compenser les variations de βcc
Fig.19 Polarisation par réaction d’émetteur
-
+ VCC +
-
VCE
RB
VBB
RC
RE
-
+ VCC +
-
VCE
RB VBB
RC
RC RB
VCC
Electronique Slim Yacoub
26
Fig.20 Polarisation par réaction d’émetteur
La maille 1 ECCCCCEECE IIorRIVRIV ≈=+−+⇒ 0..
EC
CECCC RR
VVI
+−
≈⇒
La maille d’entrée => cc
CBBBCCEEBE
IIorRIVRIV
β==+−+⇒ 0..
CC
BE
BECCC R
R
VVI
β+
−≈
ER Compense les variations deCCβ
Si on augmente trop ER on risque de saturer le transistor elle est presque aussi sensible que la
polarisation de base donc on l’évite.
Exemple: Calculer le courant collecteur de saturation du transistor représenté ci-dessous.
RC RB
VCC
RE
Electronique Slim Yacoub
27
Fig.21 Polarisation par réaction d’émetteur
mAI Csat 9,14100910
15 =+
=
mAIpourI CccC 25,3
100100
10.430
7.015100
3=
+
−=⇒=β
mAIpourI CccC 33,9300 =⇒=β
IV.3 Polarisation par réaction de collecteur
Droite de charge
( ) 0. =++−⇒ CBCCCCE RIIVV
IC
14,9mA
15 V
Q
VCE
9,33mA
3,25 mA βcc=100
βcc=300
910ohm 430Kohm
VCC
100ohm
Electronique Slim Yacoub
28
C
CECCCBC R
VVIII
−≈>>
↓⇒↓⇒↓⇒↓⇒↑⇒↑⇒↑ CBBBCEC IIIRVIccTsi β
Fig.22 Polarisation par réaction de collecteur
Maille d’entrée
( )cc
IIorRIRIIVV C
BBBCBCCCBE β==+++−⇒ 0.
cc
RR
VVI
BC
BECCC
β+
−≈⇒
On est toujours sensible à la variation de βcc mais ce montage est beaucoup plus efficace que celui par réaction d’émetteur, avec cette méthode le transistor n’est jamais saturer en effet :
Si CsatCB IRc
VccpireauIR <−=↓ 7,0
IV.4 Polarisation par diviseur de tension
CCth VRR
RV
12
2
+=
21 // RRRth =
VCC
RC RB
Electronique Slim Yacoub
29
Fig.23 Polarisation par diviseur de tension
Fig.23 Polarisation par diviseur de tension: équivalent thévenin
V. Circuit à transistor PNP
Les diodes émetteur et collecteur pointent dans des sens opposés donc tous les courants et
-
+ VCC +
-
VCE
Rth
Vth
RC
RE
Rc
RE R2
R1
Vcc
VCE
VCB
VBE IE
IB
IC
Fig.24 Transistor PNP Fig.25 Courant conventionnel
Electronique Slim Yacoub
30
toutes les tensions sont inversées et pour polariser en direct la diode émetteur d’un transistor PNP la polarité de VBE doit être négative et pour polariser la diode collecteur en inverse VCB doit voir la polarité positive.
Lorsque l’alimentation est positive on renverse habituellement la représentation des transistors
+VCC
RC RB
+VCC
RC RB
Fig.28 Déplacement de la masse Fig.29 Version renversé
RC
VCC
RC RB
-VCC
RC RB
Fig.26 Polarisation d’un NPN Fig.27 Polarisation d’un PNP circuit original
Electronique Slim Yacoub
31
Maintenance des transistors
- Essais hors circuit
- La résistance entre le collecteur et l’émetteur doit être élevée dans les deux sens. Si la résistance est de zéro à quelques milliers d’ohms dans les deux sens le transistor est court-circuité
-Lire les résistances inverse et directe de la diode collecteur (collecteur base) et la diode émetteur (émetteur base) il faut que le rapport résistance inverse / résistance directe soit supérieure a 1000/1 (dans le cas du silicium)
-On mesure Vc et VE par rapport à la masse la différence Vc-VE doit être supérieure à 1 volt et inférieure à Vcc. Si la différence est inférieure à 1 volt le transistor est court-circuité et si elle est égale à Vcc le transistor est ouvert.
-Pour vérifier VBE on mesure VB et VE la différence doit être de 0,6 à 0,7 volt pour les transistors petit signaux et au moins 1V pour les transistors de puissance : si la différence est inférieure a 0,6 volt => la diode émetteur n’est pas polarisé en direct le défaut réside dans le transistor ou dans les composants de polarisation.
-Vérifier le blocage : on court circuite les bornes base émetteur avec un cavalier => on supprime la polarisation directe de la diode émetteur et bloque de force le transistor : la tension (collecteur-masse) doit égaler la tension d’alimentation du collecteur. Sinon le transistor ou la circuiterie est défectueuse.
Electronique Slim Yacoub
32
CH3 Amplificateur à Transistor
A. Amplificateur à émetteur commun
I. Introduction
Après avoir polarisé le transistor et choisi le point de fonctionnement Q au milieu de la droite de charge statique on peut appliquer un petit signal alternatif à la base. Si l’entrée est une onde sinusoïdale de fréquence 1 Khz la sotie sera une onde sinusoïdale agrandie de fréquence 1Khz. Un amplificateur est linéaire (haute fidélité) s’il ne change pas l’allure du signal. Si le signal d’entrée est trop grand les fluctuations le long de la droite de charge saturent ou bloquent le transistor.
I.1 Condensateurs de couplages et condensateurs de découplages
Fig.1 Schéma électrique
Vth Rth
XC
A B
RL
XC
A B
Ouvert en continu
Court circuit en alternatif
Electronique Slim Yacoub
33
Lth
C
th RRRavecXR
VI +=
+=
²²
Pour que la transmission ait lieu la résistance capacitive Xc doit être petite comparée à la résistance série.
Si f augmente Xc décroit jusqu'à devenir beaucoup plus petite que R => le courant passe par un maximum I=U/R => le condensateur transmet convenablement le signal quand Xc<<R.
-Couplage soutenu
La capacité d’un condensateur de couplage dépend de la plus petite fréquence qu’on veut
transmettre nous utiliserons la règle RXC .1,0≤ .
Exemple :
Si on travaille entre 20Hz et 20KHz et si le condensateur de couplage d’entrée voit une résistance totale série de 10 Kohm => Xc doit être inférieure a 1Kohm.
Ferieure
valeurlaanormaliseonFKohmhz
CCf
XC
µ
µππ
10sup
96.7)1).(20.(.2
1
...2
1
⇒
==⇒=
Le condensateur de couplage bloque le courant continu et laisse passer le courant alternatif cela permet de transmettre un signal alternatif d’un étage a un autre sans déranger la polarisation en courant continu de chaque étage.
II Application du théorème de superposition aux amplificateurs
Dans un amplificateur à transistor:
- La source continue: établit le point de repos
- La source alternative produit des fluctuations autour de ce point
II Circuit équivalent en alternatif et en continu
- En continu : annuler la source alternative ce qui revient à court circuiter une source de tension et ouvrir une source de courant. Ouvrir toutes les capacités.
- En alternatif : annuler la source continu ce qui revient à court circuiter une source de tension et ouvrir une source de courant. Court circuiter toutes les capacités de couplages et de découplages.
Electronique Slim Yacoub
34
Fig.2 Amplificateur à transistor
Fig.3 Circuit équivalent en alternatif
Fig.4 Circuit équivalent en continu
Condensateur de découplage
E
Rc
RE R2
R1
RS
VS V i
RL
VCC
V0
Condensateur de couplage
Condensateur de couplage
R2
RS
VS V i
V0
R1 rc=RC/ / RL
E
Rc
RE R2
R1
VCC
Electronique Slim Yacoub
35
II.2 Résistance en alternatif de la diode émetteur
Transistor Modèle ebers-Moll en continu Modèle ebers-Moll en alternatif
Fig.5 Modèle ebers-Moll
Fig.6 Fonctionnement en linéaire
En absence de signal alternatif le transistor fonctionne au point Q. En alternatif si le signal est petit les points A et B sont proche de Q et le fonctionnement est a peu près linéaire (AB une droite) dans ce cas la diode est approximée a une résistance r’e.
E
BE
I
Ver
∆∆
='
-r’e : est la résistance d’émetteur en alternatif
Q ∆IE
∆VBE
+
C
E
B
VBE
IC
-
+
vbe
ic
-
r’e
B
C
E E
B
C
VBE
IE
Α
Β
Electronique Slim Yacoub
36
Si le signal d’entrée est grand nous aurons une distorsion pour éviter cela nous utiliserons la règle suivante : ie=10% IE
On montre que EI
mVer
25' =
II.3 Beta ββββ en alternatif
B
C
I
I
∆∆
=β
Fig.7 Ic en fonction de Ib
III Amplificateur à émetteur à la masse
Fig.8 Amplificateur à émetteur à la masse
Q ∆IE
∆IB VBE
Α
Β
IB
∆IC
IC
VCE constant
Condensateur de découplage
E
Rc
RE R2
R1
V i C
VCC
V0
Condensateur de couplage
Condensateur de couplage
Electronique Slim Yacoub
37
Ce montage inverse la tension de sortie par a celle de l’entrée de 180°.
Fig.9 Caractéristiques d’un transistor
Pour avoir un fonctionnement linéaire on prend CC II .1,0<∆
Le gain en tension vaut i
O
V
V
entréedealternativtension
sortiedeealternativtensionA ==
'
Circuit équivalent en alternatif
On court-circuite la source d’alimentation à la masse et on court circuite les capacités.
Fig.10Circuit équivalent en alternatif
Q
VBE VCE
IC
B
rc=RC
V i
R1 R2
C
VO
E
R2 V i V i
V0
R1 rc=RC
r’E
Electronique Slim Yacoub
38
Aer
R
erie
Rie
V
VA
RieV
ieicorer
Vi
CC
i
o
Co
ie
=−
=−
==
−=
≈=
'.
.
'.
.
.
'
Exemple
ohmerKohmRSi C 26'7,4 ==
188'.
.−=
−=
er
RA C
III.1 Modèle en alternatif d’un étage à émetteur commun
Impédance d’entrée
eri
eribZet
eribViicie
erieVori
VZnoteon
i
VZ
bbasei
ib
ib
ibasei
i
ii
'.'..
'...
'.
)(
)(
ββ
ββ
=≅
=⇒≅≅
===
Fig.11Modèle en alternatif d’un étage à émetteur commun
erRRZi './/// 21 β= C’est l’impédance totale d’entrée
Impédance de sortie
CRZ =0 Car l’impédance de la source de courant ic est infini (source idéale)
B
E
RC
V i
R1 R2
C
VO
ββββ.r’e
iC
Electronique Slim Yacoub
39
Modèle en courant alternatif d’un amplificateur à émetteur à la masse
Fig.12 Modèle en courant alternatif
Ce modèle simple d’un amplificateur à émetteur à la masse permet d’analyser rapidement des étages en cascades.
)1
'.
1.(
'.
eqii
ibe
eq
ibi Rer
Vier
Vii
R
Vii +=⇒==+=
ββ
Amplificateur stabilisé
La résistance r’e peut varier du simple au double pour différentes températures toute variation de r’e fera varier le gain en tension d’un amplificateur a émetteur à la masse pour y remédier on insère une résistance re en série avec l’émetteur (re>>r’e)
Fig.13 Stabilisation
Si on stabilise très fort on risque d’avoir un gain A très faible (tout dépend de l’application).
RC
Vi VO
R1// R2.//ββββ.r’e
AVi
re
Re
Electronique Slim Yacoub
40
B. Amplificateur à collecteur commun
I. Principe
Un amplificateur à collecteur commun ressemble à un amplificateur à émetteur commun fortement stabilisé.
La tension continue de sortie est égale à Vo=Vi – VBE.
On appelle aussi ce dispositif un amplificateur à émetteur suiveur ( la tension continue émetteur suit la tension continue base).
Fig.1 Amplificateur à collecteur commun
I.1 Droite de charge statique
La maille du collecteur donne :
Fig.2 Point de fonctionnement
Vi
Vo
VCE
RE0
VCC
VCE
IC
VCC/RE
VCC
Electronique Slim Yacoub
41
0=−+ CCEECE VIRV
E
CECCC R
VVI
−=⇒
I.2 En dynamique
Fig.3 Circuit équivalent en courant alternatif
tensionengainrR
R
V
VA
rRiV
RiV
eE
E
i
eEei
Ee
)'(.
)'(.
.
0
0
+==
+=
=
Dans la plupart des amplificateurs à émetteur suiveur RE masque r’e et le gain en tension 1≈A
Fig.4 Amplificateur à émetteur suiveur
V i
ic
V1
Vo
r’e
RE
VCC
V0
V1
R1
R2 RE Vs
Rs
V1
Electronique Slim Yacoub
42
- Circuit équivalent en courant alternatif
Fig.5 Montage en courant alternatif
- Impédance totale d’entrée de l’amplificateur
1
11 i
VZ =
( )
βββ
β
ββ
β
β
).'(.)//(1
)//().'.(.//)//(
.)').(.1(
.)').(.1(
)').(.1(
).').(.1()').(.(
21
21211
13
31
3
111
1
3
11
eE
eE
eE
eE
eE
beEeEcb
b
rRRRetcar
RRrRRRZ
VRrR
RrRi
R
V
rR
Vi
irRrRiiV
R
Vii
+<<≈+
≈+=⇒
+++++
=⇒+++
=
++=++=
+=
R3=R1 //R2
ic I1
ic
R1
io Vs
Rs
r’e
RE
R2
V1
r’e
RE
Ib
V1
Electronique Slim Yacoub
43
- Impédance de sortie
00
00
=
=
Vsi
VZ On éteint les sources autonomes Vs=0
beq
e
beqeebeq
bE
cbE
iR
rV
iRrriiRV
iR
V
iiR
Vi
).1).()1(
'(.
).').1(()'..(
).1(
)(
0
0
0
00
ββ
β
β
++
+−=
++−=+−=
+−=
+−=
)1).()1(
'(.
)1.(000
ββ
β
++
+
++=
eqe
ER
r
V
R
Vi
1))////(
'//( 210 +≈+= ββ
βavec
RRRrRZ S
eE
Gain à vide
Ee
E
Rr
R
V
VA
+==
'1
0
Modèle en courant alternatif
))////(
'//( 210 β
SeE
RRRrRZ +=
))////(
'())////(
'( 2121
ββS
eES
e
RRRrRcar
RRRr +>+≈
Req=R1//R2//RS
ic
VS
r’e
RE
Ib io
I
Electronique Slim Yacoub
44
Fig.6 Modèle de l’amplificateur
A V1
Z1 V1
Z0
V0
Electronique Slim Yacoub
45
C. Amplificateur a base commune
I Introduction
La figure ci-dessous représente un amplificateur à base commune
Fig.1 amplificateur a base
On règle le point Q avec la polarisation d’émetteur : circuit équivalent en courant continu =>
Fig.2 Circuit équivalent en courant continu
E
BEEEE R
VVI
−=
II Polarisation par diviseur de tension
Fig.3 Polarisation par diviseur de tension
-VEE
RE
-VEE
VCC
VS VE
VCC
V0
V1
RE
RC
VCC
VS VE
RC
RE
RC
R2
R1 RC
Electronique Slim Yacoub
46
L’équivalent en courant continu de l’amplificateur à base commune de la figure précédente est :
Fig.4 équivalent en courant continu
II.I Le circuit équivalent en alternatif est le suivant :
Fig.5 L’équivalent en courant alternatif
SC iii +=
On néglige la résistance RE devant r’e en effet 22 ''//' RercarerRer <<≈
ieerVeavecerie
VeZe .'' ===
icRVsavecis
VsZ C
VeS .
0
=
==
er
Rc
Ve
VsA
'==
RE
r’e iS
Rc
VCC
R1
R2
RE
Rc
ie
Ve VS ic
i
Electronique Slim Yacoub
47
II.2 Le modèle en courant alternatif d’un amplificateur a base commune:
Fig.6 Modèle
Avec er
RcA
'=
La différence entre cette amplificateur et celui à émetteur commun est la petite impédance d’entrée. C’est pour cela qu’on ne l’utilise pas beaucoup. Il est surtout utilisé dans des applications haute fréquence (>10 Mhz) ou l’impédance de source sont souvent petites.
A V0
r’e V1
RC
VS
Electronique Slim Yacoub
48
D. Paramètres hybrides ou h Les paramètres hybrides ou h permettent d’analyser mathématiquement et de façon poussée les circuits linéaires a transistors. Ils constituent l’outil suprême pour calculer le gain en tension, l’impédance d’entrée et l’impédance de sortie exacte, d’un amplificateur à transistor/
I Les paramètres hybrides
Dans le cas de petites variations (petits signaux) autour du point de repos statique (Vce0, Ib0) situé dans la zone de fonctionnement linéaire le modèle d’un transistor peut être défini à partir des paramètres hybrides (pas les mêmes dimensions).
+=
+=
cebc
cebbe
Vhihi
VhihV
2221
1211
En émetteur commun :
-h11 : résistance d’entrée en ohm
- h12 : nombre pur
- h21 : nombre pur (gain en courant)
- h22 : conductance de sortie (s ou ohm-1).
constIce
c
constVb
c
constIce
be
constVb
be
b
ce
b
ce
V
ih
i
ih
V
Vh
i
Vh
=
=
=
=
=
=
=
=
22
21
12
11
II schéma équivalents en petit signaux
B
E
C
ib
ic
Vbe
Electronique Slim Yacoub
49
Fig.1 Schéma équivalent petit signaux
Exemple : Les paramètres d’un 2N3904 à émetteur commun et courant collecteur de 1mA sont :
Kohmsh
h
h
Kohmh
1185,8
120
103,1
5,3
22
21
412
11
===
=
=−
µ
II.1 gain en courant et en tension
Fig.2 Schéma équivalent petit signaux
1/h22
h21. i1
rL
i2 I1
i4 I3
B
E
C ib
h12. Vce h21. ib 1/h22
ic
h11
Vce Vbe
B
E
C
h12. V2
h11
V2 V1
rS
VS
Electronique Slim Yacoub
50
)..(.1
)...(
.1
222112
2221
22
21
1
2
iLL
iLLS
Li
Arhhrh
ArhhrA
rh
h
i
iA
−−−−
=
+==
.)..(
.
2112221111
21
L
Lv rhhhhh
hrA
−+−=
1
212111
1
1 ...
i
irhih
i
VZ L
i
−==
+−=
LLi rh
hrhhZ
.1.
22
211211
( ) 12211122
11
02
2
. hhhrh
hr
i
VZ
S
S
vs
S −++
=
=
=
Electronique Slim Yacoub
51
Chapitre 4 Amplificateur de puissance
A Amplificateur classe A et classe B
I. Transistor classe A
I.1 Droite de charge en dynamique d’un amplificateur à émetteur commun
Fig.1 Amplificateur à émetteur commun
Fig.2 Équivalent en courant continu CC
B E
Rc R1
R2 RE
RS
VS V i
RL
VCC
V0
B E
Rc R1
R2 RE
Electronique Slim Yacoub
52
Fig.3 Équivalent en courant alternatif: CA
- En statique
Fig.4 Droite de charge statique
La résistance d’attaque de la base est en courant alternatif:
21 //// RRRr SB =
La résistance de charge en courant alternatif vue par le collecteur est
LCC RRr //=
I.2 saturation et blocage dynamique
Maille de sortie => rc
VicrcicV CE
CE −=⇒=+ 0.
On a CQCC IIIic −=∆= .
CEQCECECE VVVv −=∆= .
c
CECEQCQ
C
CECQC r
V
rc
VI
r
VII −+=−= Équation de la droite de charge dynamique
- A la saturation
Vcc VCE
Ic
EC RR
Vcc
+
B
E rc=RC/ / RL rB
RS
VS
Electronique Slim Yacoub
53
0)( =+= CECEQ
CQC Vcarrc
VIsatI
- Au blocage
rcIVblocagevI CQCEQCEC +=⇒= )(0
)(satI C : Courant de saturation dynamique
CQI : Courant continu collecteur
CEQV : Tension continu collecteur émetteur
Cr : Résistance en courant alternatif vue par le collecteur
rc
VI CEQ
CQ +
CQI
CEQV rcIV CQCEQ +
Fig.5 Droite de charge dynamique
I.3 Dynamique du signal alternatif de sortie
La droite de charge dynamique permet de comprendre le fonctionnement en grand signaux, durant l’alternance positive la tension collecteur varie du point Q vers le point de saturation durant l’alternance négative la tension collecteur varie du point Q vers le point de blocage.
Si le signal d’entrée est trop grand on aura saturation
La dynamique du signal alternatif de sortie d’un amplificateur à émetteur commun est égale a la plus petites des deux valeurs approchées suivantes:
Ic
VCE
Q
Saturation
Blocage
Electronique Slim Yacoub
54
Inf de
≈
≈
imalenegativeexcursionlVpp
imalepositiveexcursionlrcIpp
V
CEQ
CQ
CEQ
max'2
max'2
Pp : valeur crête à crête
Exemple
La droite de charge statique donne :
Dynamique du signal
3.6Kohm 10 Kohm
2.2Kohm 1Kohm
1.5Kohm
1Kohm
VCE
Q
5.76mA
10V
4.94V
2.17mA
V
IC
6.11V
B E
RS
VS V i
RL
VCC
V0
+10 V
1.17V
1.17V
Electronique Slim Yacoub
55
VKohm
KohmVB 8.110.
2.12
2.2 ==
CQBEB
E ImAKohm
VVI ≈=
−= 1.1
1
VohmmAVVCEQ 94.4)4600).(1.1(10 =−=
mARR
VsatI
EC
CCC 17.2)( =
+=
Droite de charge dynamique :
KohmKohmKohmRRr LCC 06.15.1//6.3// ===
=+=+=
=+=+=
−
−−
VKohmrcIVblocageV
AKohmrc
VIsatI
VCAen
CQCEQCE
CEQCQC
CEQ
11.606.1.101.194.4)(
1076.506.1
94.4101.1)(
3
33
VppVKohmrcI CQ 34.2217.106.1.101.1 3 =⇒== −
VppVVCEQ 88.9294.4 −=⇒−= À éliminer
II. fonctionnement en classe A
Soit l’amplificateur à émetteur commun du paragraphe I
Le gain en tension vaut er
RA C
v '−= sans charge
Le gain en tension en chargeer
rA C
cv '−= LCC RRr //=
Le gain en courant β≈=b
Ci i
iA
Le gain en puissance i
p P
pA 0=
bii ivP .= Puissance d’entrée à la base en alternatif
CivP .00 −= Puissance de sortie du collecteur en alternatif
icvp AAA .−=
Electronique Slim Yacoub
56
Exemple :
-rc =7500ohm, r’e=50ohm, et β=125
18750)125).(150(15050
7500125 =−−=−=−==≈ pcvi AAA β
Une puissance d’entrée de 1µW donne une puissance de sortie de 18.75mW
II.1 Puissance de charge
bL
LL R
VP
²=
2(max) LL VV =
222.2(max).2 pp
LLLpp
VVVVV =⇒==
L
ppL R
VP
.8
²(max)=
La charge d’un amplificateur peut être un haut parleur, un moteur…….
II.2 Puissance dissipé par un transistor
Lorsqu’un amplificateur n’est attaqué par aucun signal la puissance dissipée par le transistor est égale au produit de la tension continu par le courant continu.
CQCEQDQ IVP .=
Cette puissance ne doit pas dépasser la puissance limite d’un transistor sinon on risque d’endommager le transistor.
Exemple :
Le 2N2934 à une puissance limite de 310mW à 25°c
Si VCEQ= 10 V et ICQ= 5mA => PDQ=50mW
Donc le transistor dissipera facilement cette puissance à 25°c
II.3 Courant d’alimentation ou courant consommé
Le courant continu consommé par le pont diviseur vaut 21
1 RR
VI CC
+=
Le circuit collecteur consomme un courant continu de CQII =2
PL : Puissance de charge en alternatif.
VL : Tension efficace de charge.
RL : Resistance de charge.
Electronique Slim Yacoub
57
La source continu doit fournir un courant moyen de 21 III S +=
La puissance consommée vaut SCCS IVP .=
- Rendement par étage
%100.(max)
S
L
P
P=η
III Fonctionnement en classe B
Le fonctionnement en classe A d’un transistor n’est pas le plus rentable en effet le courant collecteur circule durant 360° du cycle alternatif. En classe B le courant collecteur ne circule que durant 180° du cycle alternatif donc le point Q est voisin du point de blocage de la droite de charge dynamique.
III.1 Amplificateur Push-Pull
Un transistor classe B supprime une alternance pour éviter la déformation que cette suppression entraine, il faut monter deux transistors en push-pull chacun son alternance le montage push-pull ou symétrique donne un amplificateur classe B de faible distorsion de grande puissance de charge et de rendement élevé.
Fig 6 Montage push-pull
R2
RL
R2
B
E
R1
R1
B
E R1
PNP à émetteur suiveur
NPN à émetteur suiveur
+VCC
R1
V i
Electronique Slim Yacoub
58
III.1.1 L’équivalent en courant continu CC
Fig.7 Schéma équivalent en courant continu
III.1.2 L’équivalent en courant alternatif CA :
Fig.8 Schéma équivalent en courant alternatif
Z i (base) V i
V0
+ RL
r’e
iC
R2
R2
B
E
R1
R1
B
E R1
PNP à émetteur suiveur
NPN à émetteur suiveur
+VCC
Electronique Slim Yacoub
59
Les résistances de polarisation sont choisies de façon à placer le point Q au blocage. Cela polarise la diode émetteur de chaque transistor entre 0,6V et 0,7 V juste ce qu’il faut pour bloquer la diode émetteur ICQ=0 (idéal).
La symétrie du circuit (résistances de polarisations égales tensions des diodes égales) => chaque transistor consomme la moitié de la tension d’alimentation
VCEQ=VCC/2 ( Vcc=VCE1- VCE2 or VCE1= VCE VCE2= -VCE (PNP)
• Droite de charge statique
Comme il n’y a pas de résistance en courant continu dans les circuits des collecteurs ni dans ceux des émetteurs => le courant continu est infini donc la droite de charge statique est verticale (classe B présente un problème de stabilisation du point Q au blocage).
• Droite de charge dynamique
=+=
=+=
2)(
)(
CCCEQECQCEQCE
LEE
CEQCQC
CEQV
VrIVblocageV
Rrr
VIsatI
VCAen
Fig.9 Droite de charge dynamique et statique
ccVpp ≈
erR
RA
L
LV '+
=
β≈iA
Vcc/2 VCE
Ic
LR
Vcc
2
Droite de charge statique
Droite de charge
Dynamique
Q1
Q1
Q2
Electronique Slim Yacoub
60
ivp AAA .=
III. 1.3 Distorsion de croisement de recouvrement ou de passage par zero
Fig.9 Montage push pull
Distorsion de croisement
Etant donné que la jonction VBE n’est pas polarisée alors la tension alternative d’entrée doit monter jusqu'à environ 0,7 V pour Q1 et – 0,7 V pour Q2.
Fig.10 Point de fonctionnement
Q1
B
E
R1
B
E
Q2 PNP à émetteur suiveur
Q1 NPN à émetteur suiveur
RL
Q2
VCEQ VCE
Ic
re
VCEQ
Q ICQ
V i +
Electronique Slim Yacoub
61
Pour ne pas avoir ce problème il faut polariser légèrement la diode émetteur pour avoir un point Q un peu plus haut que le blocage. C’est ce qu’on appelle le classe AB en effet chaque transistor travaille plus de 180 °.
L
ppL R
VP
.8
²(max)= Vpp : tension crête à crête de charge
L
CEQ
CEQL
L
R
V
VPPR
PPP
2
²
2.8
²(max)
=
==
Puissance maximum dissipé par le transistor
LD R
ppP
.4
²(max)=
Puissance fournie au circuit Ps
SccS IVP .=
21 III S +=
1I Courant continu parcourant les résistances
2I Courant continu parcourant le collecteur du haut
Rendement par étage
%100.(max)
(max)
S
L
P
P=η
III. 1.4 Polarisation par diviseur de tension
VBE varie avec la température elle décroit de 2mV quand la température croit de 1° donc le point Q devient incorrect et I c augmente. Si par exemple VBE diminue de 60 mV Ic augmente 10 fois d’où danger. Pour remédier a cela nous devons utiliser des résistances réglable sans toutefois régler complètement le problème.
Une des solutions serait de faire une polarisation par diode
Electronique Slim Yacoub
62
Fig.11 Transistor montés en diodes
Toute augmentation de la température diminue la tension de polarisation des diodes
Fig.12 Miroir de courant à diodes
+VCC
B
E
R1
R1
B
E R1
B
E B
Miroir de courant NPN
2 VBE
B
E
R1
R1
B
E R1
+VCC
Miroir de courant PNP
Electronique Slim Yacoub
63
BI Très inférieur a RDR III ≈⇒
La diode a les mêmes caractéristique que la jonction VBE
⇒≈⇒≈≈⇒ RCCEDBE IIIIIV on règle le courant émetteur en réglant le courant de R.
On polarise la diode par un miroir de courant
Fig.13 Miroir de courant NPN
Fig.14 Miroir de courant PNP
B
E R1
+VCC
Miroir de courant PNP
IB
Miroir de courant NPN B
E
R1
+VCC
IB
ID
IR
Electronique Slim Yacoub
64
III. 1. 5555 Amplificateur d’attaque ou de pilotage d’un amplificateur classe B
Fig.15 Amplificateur de pilotage d’un amplificateur classe B
Les condensateurs servent à transmettre le signal AC notons que ce n’est pas la meilleure façon d’attaquer un amplificateur classe B.
Le transistor Q2 est monté en source de courant qui fournit le courant de polarisation via les diodes. Le courant IE2 est réglé en réglant R2 IE3=IE4=IE2 (effet miroir).
Quand on attaque T2 avec un signal alternatif ce dernier sera amplifié et inversé (gain A=-R3/R4)
T2 se comporte comme un amplificateur d’entrée stabilisé durant l’alternance positive Q3 conduit durant l’alternance négative Q4 conduit.
B
E
R3
R1
B
E
R4
R1
B
E
Q2
Q3
Q4
RL
Vi
R2
Electronique Slim Yacoub
65
B Amplificateur classe C
I Fonctionnement en classe C
Un amplificateur classe C peut fournir une plus grande puissance de charge qu’un amplificateur classe B sauf que pour amplifier une onde sinusoïdale il faut accorder l’amplificateur à la fréquence de l’onde d’entrée.
On l’utilise surtout pour amplifier des signaux radiofréquences (>20 KHz).
I fonctionnement en classe C
Fig.1 Transistor en classe C
B
E
RB RL
V i
Vo
C L
+Vcc
Electronique Slim Yacoub
66
Fig.2 Réponse en fréquence
Fig.3Droit de charge statique et dynamique
La jonction BE n’est pas polarisée donc le point Q se confond avec Vcc, un courant collecteur apparait quand la tension d’entrée est supérieure à 0,7 V. Le transistor fonctionne pendant moins de 180 °.
Vcc
fr f
A
Amax
VCE
IC
Vcc/rc
Q
Droite de charge dynamique
Droite de charge statique
Electronique Slim Yacoub
67
Fig.4 Forme d’ondes
Cette onde est composée d’une onde fondamentale f et d’un deuxième harmonique, d’un troisième etc…..
Si le circuit entre en résonance à f donc toutes les harmoniques sont éliminées et la tension de charge est une onde sinusoïdale. Un bon fonctionnement du montage exige un facteur de qualité supérieur à 10 (à bande étroite).
L’excursion maximale de tension le long de la droite de charge dynamique est d’environ Vcc à plein signal la tension de charge dévie d’environ Vce(sat) à 2 Vcc, comme Vce sat est a peu près nulle => la dynamique du signal PP est d’environ 2Vcc.
θθθθ
IC
. . . . . . . . .
Electronique Slim Yacoub
68
Chapitre 5 Les amplificateurs opérationnels
Introduction
L’amplificateur opérationnel typique est un amplificateur a gain élevé pour des courant continu fonctionnant de 0hz a 1Mhz pas de capacité de couplage découplage.
I l’amplificateur différentiel ou de différence
Les transistors, les diodes et les résistances sont les seuls composants pratiques d’un circuit intégré monolithique. On fabrique parfois des condensateurs sur une puce mais leurs capacité est habituellement inférieur à 50pf. Les concepteurs de CI ne peuvent pas utiliser des condensateurs de couplages ils doivent donc coupler directement les étages d’un CI monolithique. L’amplificateur différentiel et l’un des meilleurs étages couplés directement il sert surtout d’étage d’entrée dans un amplificateur opérationnel.
Fig.1 Amplificateur différentiel
V0: Tension entre collecteur
A: RC /r’e
V1: Tension d’entrée non inverseuse
V2: Tension d’entrée inverseuse
V0
V1 V2
VCC
-VEE
RC RC
Electronique Slim Yacoub
69
V0=A.( V1- V2)
I-1 Analyse en courant continu
-a Courant de queue IT.
Fig.2 Courant continu
ETE
BEEEE
BM
ECCBII
R
VVI
V
RRSi.2
.20
..02,0=
−=⇒
=⇒
< β
-b Courant de décalage d’entrée
21)( BBdecalegei III −=
021 =⇒= iQQ ITTSi
-c Tension de décalage d’entrée
Si les transistors sont identiques on a la tension continue de repos de sortie égale a
CCCCC RIVV .−=
On appelle toute déviation à partir de cette tension de repos une tension de décalage de sortie.
I.2 Analyse en courant alternatif
Appliquons le théorème de superposition
2.RE 2.RE
VCC
-VEE
RC
VCC
-VEE
RC
RB RB RB RB
Q1 Q2 Q1 Q2
RE
Electronique Slim Yacoub
70
RE très grand devant r’e =>
Fig.3 Schéma en courant alternatif
VCC
-VEE
RC
RB
Q1 Q2
VCC
-VEE
RC
RE
Q1
Q2
V0
V1
V0
RE
V2 V1
ic
RC
RE
V0
V1 r’e
r’e
ic
ic
RC
V1 r’e
re
ic
Electronique Slim Yacoub
71
CRicVer
Vieaon .
'2 01 ==
tensionengainer
R
V
V C ⇒=⇒'.21
0
CC Rer
VRicV
er
VieV .
'2.
'20 2
02
1 −=−==⇒=
er
R
V
V C
'.22
0 −=⇒
Théorème de superposition =>
).().('.2 2121)2(0)1(00 VVAVVer
RVVV C −=−=+=⇒
A: Gain en tension différentiel
Impédance d’entrée:
eri
Vri '..2
1
1 β==
Gain en mode commun
E
CMC R
RA
.2−=⇒
Si ⇒−=⇒Ω=Ω=⇒ 5.01010 MCEC AKRetKR l’amplificateur atténue un
signal de mode commun
- Taux de rejection en mode commun (Common Mode Rejection Ratio)
4005.0200 =⇒−==−
=⇒ CMRRAetAsiA
ACMRR MC
MC
I.2.1 Polarisation par miroir de courant
Pour obtenir une très grande résistance RE on polarise l’émetteur par un circuit miroir de courant.
Q4 se comporte comme une source de courant => RS est très élevée
Electronique Slim Yacoub
72
Fig.4 Miroir de courant
De la même manière que précédemment on peut augmenter le gain différentiel A en utilisant un miroir de courant de charge. Si RC est trop grand on risque de saturé le transistor de sortie.
Fig.5 Miroir de courant de charge
VCC
VCC
-VEE
RC
RB
Q1 Q2
V2 V1
V1
R
Q4
-VEE
RB
Q1 Q2
V2 V1
V1
R
Q4
Q6
V0
Electronique Slim Yacoub
73
II l’Amplificateur opérationnel
II.1 Introduction
Un amplificateur opérationnel idéal doit avoir une impédance d’entrée infinie une impédance de sortie nulle un gain infini et une bande passante beaucoup plus large que le spectre du signal à amplifier. Par ailleurs il doit être insensible aux variations de température aux variations de la tension d’alimentation et le signal de sortie doit être nul lorsqu’aucun signal n’est appliquée a l’entrée.
II.1.1 Symboles
- Symbole graphique
Fig.1 Symbole
- Modèle
GainA
entréedimpédancer
sortiedeimpédancer
i
:
':
:0
-
+
A +V0
+V1
+V2
Entrée inverseuse
Entrée non inverseuse
+V1
+V2
ri r0 +V0
V0
+Vsat
-Vsat Zone linéaire
Vε
A(V1 -V2)=Vε
Vε
Fig.2 Modèle
+
-
Electronique Slim Yacoub
74
Fig.2 Défauts dans un amplificateur
Les générateurs de tension ed+ , ed- et les générateurs de courant id+ et id- représentent les défauts.
II.1.2 Fonctionnement de l’amplificateur en comparateur
En boucle ouverte
Vε >0 => V0= Vsat
Vε <0 => V0= -Vsat
Pour avoir un fonctionnement linéaire on doit réaliser une contre réaction pour des problèmes de stabilité elle sera toujours réalisé sur le (-) de l’amplificateur.
II.2 La rétroaction
II.2 .1 Définition
Le principe de la rétroaction consiste à ramener sur l’entrée une partie du signal de sortie.
Le cas de la rétroaction négative : contre réaction => le signal ramené est soustrait du signal d’entrée.
Fig.2 Rétroaction
ed-
ed+
id
id
-
+
A +V0
Entrée inverseuse
Entrée non inverseuse
Ampli principal
Gain A
Chaine de contre-réaction Gain B
Xi Xe Xo
-Xf Signal d’entrée Signal de sortie
+
-
Electronique Slim Yacoub
75
BAgrandtrèsestASi
ABA
A
X
X
XABAX
XBXAXAX
ferméeboucleensystèmedugainX
XAaon
X
XB
X
XA
f
fe
O
eO
OeiO
e
Of
O
f
i
O
1
.1
.).1.(
)..(.
≈⇒
=+
=⇒
=+
−==
=
==
Donc le gain ne dépend que de la chaine de contre réaction qui ne comprend que des éléments passif stables en fonction de la température.
II.2.2 Différents type de contre-réaction
- Contre réaction tension-tension (tension série) : on réinjecte une tension proportionnelle a la tension de sortie.
Fig.3 Contre réaction tension-tension
- Contre réaction courant-tension (tension parallèle) : on injecte a l’entrée un courant proportionnel à la tension de sortie
Fig.3 Contre réaction courant-tension
Ii
If
Vf
Vo Ve Vi Avv
Bvv
Vf
Vo Ie
Rm
Bvi
Electronique Slim Yacoub
76
- Contre réaction tension-courant (courant série) : on injecte a l’entrée une tension proportionnel au courant de sortie
Fig.4 Contre réaction -tension courant
- Contre réaction courant-courant (courant parallèle) : on injecte a l’entrée un courant proportionnel au courant de sortie
Fig.5 Contre réaction -courant courant
III Application linéaires de l’amplificateur opérat ionnel
On suppose que l’amplificateur opérationnel est idéal :
0
)(
)(
=
=+∞=
=+∞=
⇒ −+
−+
SZ
iiZe
VVA
If
Vf
Io
Ve Vi
Bvv
RL
Vf
Io
Ii
Bvi
RL
Ie
Rm
Rm
Electronique Slim Yacoub
77
III.1 Montages classiques
III.1.1. Amplificateur suiveur
0== εVpuisqueVVe S
0≈+∞= SZetZe
Fig.6 Amplificateur suiveur
Le suiveur de la figure suivante évite que le quadripôle Q2 charge le quadripôle Q1.
III.1.2 Amplificateur non inverseur
Fig.7 Amplificateur non inverseur
+
-
+
-
Q2
Q1
+
-
+V0
Vε
+Ve
R1 R2
Electronique Slim Yacoub
78
SVRR
RVVVe .
21
1
+=== −+
SS V
R
R
Ve
V.1
1
2
+=⇒
faibletrèsestZZe S+∞=
III.1.3 Amplificateur inverseur
Fig.8 Amplificateur inverseur
1
1
2
22
11
Re
.
..
..
RfaibleestR
R
R
Ve
V
IRVIRV
IRVIRVe
S
S
S
=
−=
≈−−=
≈−=
ε
ε
III.1.4 Amplificateur sommateur ou additionneur
Fig.9 Amplificateur sommateur
+V3
+V2
R1
R2
-
+
+VS
Vε
+Ve
R1
R2
I
-
+
+VS
Vε +V1
R3
R1
Electronique Slim Yacoub
79
On a
1
0
R
V
Ri
Vi −=∑
iVRi
RV .1
0 ∑=
Vo est au signe près une somme pondérée des tensions d’entrée.
III.1.5 soustracteurs ou amplificateur de différence
Fig.10 Amplificateur soustracteur
2.
.22
2
VV
R
RV ==+
2.
.2.
.201
01
VVV
R
RV
R
RV
+=+=−
120 . VVVVV −=⇒= −+
2.
.01
0
1 VVV
IRVV
IRVV +=⇒
=−
=−−
−
−
R
-
+
+V0
Vε
+V1
R
R
I
+V2 R
Electronique Slim Yacoub
80
III.1.6 Dérivateur Intégrateur
Fig.11 Amplificateur dérivateur
dt
dVeCRV
dt
dVeCior
R
Vi
VVRiVV
S
S
S
.
0.
−=⇒
=−
=⇒
===− +−−
Fig.11 Amplificateur intégrateur
R
VeiRiVeV
−=⇒=−− .
C
-
+
+VS
Vε
+Ve
C
R
I
-
+
+VS
Vε
+Ve
R I
Electronique Slim Yacoub
81
dt
dVCi S=
∫−=⇒−=⇒ dtVeCR
VCR
Ve
dt
dVS
S ..
1
.
III.1.7 Convertisseur courant tension
Fig.12 Amplificateur convertisseur de courant tension
RiV .0 =
III.1.8 Convertisseur tension courant
Fig.13 Amplificateur convertisseur de tension courant
-
+
+VS
Vε
+Ve
R
i
+
-
+V0
Vε
+Vi
R
RL
+Vf
Electronique Slim Yacoub
82
R
V
R
ViV
RR
RV
VVVV
if
Lf
fi
≈≈⇒+
=
=⇒= +−
00
IV. Les filtres actifs
IV. 1Les filtres passe-bas
I
Fig.13 Filtre passe bas 1er ordre
RCfcavec
fc
fjWRCjV
V
WCjRIV
WCjIV
ii
π2
1
.1
1
..1
1
)..
1.(
..
1.
=+
=+
=⇒
+=
=+
+
SVRR
RV
21
2
+=−
ClS A
R
R
V
V =+=−2
11
fc
fj
A
V
V Cl
i
S
.1+=
ClA : Gain en tension en boucle fermée non inverseuse
Au dessus de la fréquence de coupure le gain en tension diminue à la vitesse de 20 db par décade.
+
-
+VS
C +Vi
R1
R2
Réseau retard
Electronique Slim Yacoub
83
Pour un filtre du deuxième ordre il faut associer deux réseaux de retard
La figure suivante donne le cas d’une structure à deux réseaux de retard d’où un filtre passe-bas du deuxième ordre avec une pente de 40db/dec.
Fig.14 Filtre passe bas 2ème ordre
⇒=+ 586,112
1
R
R On obtient la caractéristique de réponse la plus horizontale possible
cette caractéristique de réponse s’appelle la caractéristique de réponse de butterworth.
RCfcACl π2
1586,1 =⇒=
Fig.15 Filtre passe-bas a trois pôles 60db/dec
+Vi +VS
R
+
-
+VS
C +Vi
R1
I
R2
Réseau retard
R
C
R
+
- C +Vi
R1
R2 Réseau retard
R
C
R
+
- C
R1
I
R2 Réseau retard
Electronique Slim Yacoub
84
Deuxième cellule
RCfcACl π2
12 =⇒= Première cellule arbitraire
IV.2 Filtre passe-haut
On transforme un filtre passe-bas ou butterworth en un filtre passe-haut en utilisant des réseaux d’avance au lieu de réseau de retard .
Fig.5 Filtre passe haut à un pôle
Les gains sont les même que dans le cas du filtre passe-bas
Le filtre passe-bande possède une fréquence de coupure f inf est supérieure fsup si la fsup est dix fois supérieure à la f inf on peu monter un filtre passe bas et un filtre passe haut en cascade.
R
+
-
+VS
C
+Vi
R1
R2
Réseau retard
Electronique Slim Yacoub
85
Chapitre 6 Oscillateur
I. Oscillateur sinusoïdaux
L’Oscillateur sinusoïdal nécessite l’utilisation d’un amplificateur à réaction positive. On applique un signal de réaction au lieu d’un signal d’entrée.
Si le gain de boucle et de phase sont convenable on obtient un signal de sortie même en l’absence de signal externe d’entrée (l’oscillateur ne crée pas de l’énergie il transforme seulement l’énergie continue de l’alimentation en énergie alternative).
I.1 Gain de boucle et phase
Fig.1 Principe
Soit une source de tension Vi attaquant les bornes d’entrée de l’amplificateur nous avons
iO AVV =
La tension Vo attaque un circuit de réaction qui est habituellement un circuit résonant la réaction est maximale a une certaine fréquence la tension de réaction au point x est égale a
if ABVV =
On raccorde les points x et y
- Si ii VABVAB <⇒<1 et le signal de sortie s’annule
- Si ii VABVAB >⇒> 1 et le signal de sortie croit
- Si ii VABVAB =⇒= 1 et la tension de sortie est une sinusoïde stable
+
-
A
B
X Y
ABVi Vi Vo
Electronique Slim Yacoub
86
Dans ce cas l’oscillateur fournit son propre signal d’entrée et produit une sortie sinusoïdale.
Fig.2 Principe
Au moment de l’application de l’alimentation à l’oscillateur le gain de boucle AB est supérieure à 1. Une petite tension d’amorçage est appliquée entre les bornes d’entrée et la tension de sortie croit. Une fois le niveau désiré de la tension de sortie atteint le gain AB descend automatiquement à 1 et l’amplitude de sortie reste constante.
Tension d’amorçage
Au borne d’une résistance on a une tension de bruit qui comporte des fréquences supérieures à 1000 GHz quand on applique l’alimentation cette tension est amplifiée à la fréquence de résonance du circuit.
Points essentiels du fonctionnement d’un oscillateur à réaction
1- Initialement le gain de boucle AB doit être supérieure à 1 à la fréquence à laquelle le déphasage de boucle est nul.
2- Une fois le niveau de sortie est atteint AB doit décroitre jusqu'à 1 par la réduction de A ou de B.
II. Oscillateur à pont de Wien
II.1 Réseau d’avance de retard
Fig.3 Réseau d’avance de retard
A
B
Vo
+Vi
R C I
R
C
+VO
Electronique Slim Yacoub
87
iCC
CO V
XjRXjR
XjRV .
).//(.
).//(
−+−−=
iC
C
O
X
R
R
XV
)²(9
1
−+=
3arctan C
C
X
R
R
X −=φ
CRf
..2
1
π=
Fig.4 Gain en tension Déphasage
Le circuit de réaction d’un oscillateur à pont de wien est un réseau d’avance retard au dessus et au dessous de la fréquence de résonance le taux de réaction est inférieur à 1/3 et le déphasage n’est plus nul.
Lampe à incandescence R2 =R’
RL
C
R
φ
fr
-90°
90°
fr
1/3
f f
+
-
+VO 2R’=R1
C
R
Réaction
positive
Réaction
négative
Fig.5 Oscillateur a pont de Wien
Electronique Slim Yacoub
88
Il faut avoir un gain égal à 3 exactement, ce n’est pas possible avec des résistances de ce fait nous utilisons une CTN car sa valeur croit avec la température.
Fig.5 R en fonction de V
Résistance de la lampe à incandescence augmente avec la température
II.2 fonctionnement
La réaction positive fait croitre les oscillations lorsqu’on applique l’alimentation une fois le niveau désiré du signal de sortie atteint, la contre réaction réduit le gain de boucle à 1.
A la mise sous alimentation la résistance de la lampe est petite et la contre réaction est faible
1>⇒ BACL et les oscillations croissent à la fréquence de résonance.
La lampe a incandescence s’échauffe légèrement à mesure que les oscillations croissent et sa
résistance augmente au niveau désiré 131'1
2 =⇒=+== BAR
RAetRR CLCLlampe
Autre façon de réduire AB à 1.
Fig.6 Limitation d’amplitude par des diodes
R1
R’
V’ V lampe efficace
R lampe
R2 =R’ C
+
-
+VO R
R
C R3
Electronique Slim Yacoub
89
A la mise sous tension les diodes sont bloquées et le taux de réaction est < 1/3 puisque
22
1 >R
R cela permet au signal de sortie de croitre. Une fois le niveau de sortie désiré atteint les
diodes conduisent les alternances alternées 13 // RR⇒ et le taux de réaction augmente jusqu'à
1/3 et AB=1 et la tension de sortie se stabilise.
III. Oscillateur colpitts
L’oscillateur à pont de wien ne convient pas aux hautes fréquences ( > 1 MHz). L’oscillateur LC un dispositif utilisé pour des fréquences comprises entre 1 MHz et 500 MHz règle cette difficulté.
III.1 Montage a émetteur commun
Fig.7 Oscillateur Oscillateur Colpitt
Fig.8 Circuit équivalent en courant alternatif
VCC
C3
Bobine d’arrêt radio fréquence
C1
V1
R
Q4
C2
R3
R2
R1
L
V0
C1
C2
L
V0
Electronique Slim Yacoub
90
Gain en tension en basse fréquence égale à er
rc
' rc : résistance en courant alternatif
vue par le collecteur.
On reconnait l’oscillateur colpitts par son diviseur capacitif de tension formé par 21 CetC il
produit la tension de réaction nécessaire aux oscillations.
21
21.
..2
1
CC
CCC
CLf r +
==π
21 CetC en série
Condition d’amorçage 1>AB cette condition équivaut B
A1>
On a 1
2
2
1
2
1
C
CA
C
C
X
X
V
VB
C
C
O
f >⇒≈≈=
Cette condition ne tient pas compte de l’impédance de base qui est en parallèle avec C2. Une analyse plus rigoureuse devrait tenir compte de Z base.
Un amplificateur bipolaire comprend un réseau de retard de base et de collecteur. Il faut que les fréquences de coupure de ces réseaux soient supérieure a la fréquence d’oscillation sinon
le gain en tension est inférieure à er
rc
' et le déphasage supplémentaire de l’amplificateur
empêche toute oscillation.
Couplage a une charge
La fréquence exacte fr d’oscillation dépend du facteur Q du circuit on a :
+=
²1
².
..2
1
Q
Q
CLf r π
Si idéalefréquenceCL
faonQ r ...2
110
π=>
idéaler ffQ <<10 De plus un facteur Q petit peut empêcher l’oscillateur de s’amorcer en
abaissant le gain en haute fréquence au dessus de 1/B. si la résistance de charge RL est grande Q restera supérieure a 10 si RL est petite Q restera inférieur a 10 et les oscillations peuvent ne pas s’amorcer. En y remédie a cela en insérant une capacité a grande réactance Xc comme le montre la figure a. Une autre façon de transmettre le signal à une petite résistance de charge est d’insérer un transformateur avec un secondaire de quelques spires (figure b).
Electronique Slim Yacoub
91
Fig.9 a: Capacité a grande réactance b transformateur
IV. Cristaux de quartz
Quelques cristaux naturel sont piézo-électrique (le quartz , les sels de rochelles et la tourmalines). Lorsqu’on applique à ces matériaux une tension alternative ils vibrent à la fréquence de la tension appliquée. Inversement si on les forces mécaniquement à vibrer ils génèrent une tension alternative.
IV.1 Fondamentales et harmoniques
La formule de la fréquence fondamentale d’un cristal est t
Kf = avec K une constante qui
dépend de la coupe et d’autre facteur et t représente l’épaisseur du quartz.
F inversement proportionnel a t plus t est petit plus f est grand les cristaux de quartz vont en général jusqu'à 10 MHz au delà le quartz deviennent très mince car t est très faible ce qui risque de casser le quartz. Néanmoins on peut utiliser un cristal monté pour vibrer sur les harmoniques.
IV.1 Résonance série et résonance parallèle
L’intérêt des cristaux par rapport aux circuits résonant LC est leurs facteur de qualité Q très élevé il peut facilement dépasser les 10000 d’où une fréquence très stable des oscillateurs. Le facteur Q d’un circuit résonant LC discret dépasse rarement 100.
Fig.11
R2
C
V0
C1
C2
L
V0
RL
t
Fig.10 Quartz
Cm
Cm
L
R
CS
b :Circuit équivalent en
courant alternatif d’un cristal qui vibre
a : Capacité de montage
Electronique Slim Yacoub
92
b : Circuit équivalent en courant alternatif d’un cristal qui vibre
fS fréquence de résonance série avec ...2
1
S
SCL
fπ
=
fP fréquence de résonance parallèle avec ...2
1
Maille
PCL
fπ
=
avec mS
mSmaille CC
CCC
+= .
Si L=3H CS= 0,5pF R=2000 ohm Cm = 10pF
Pour ces valeurs Q > 3000
Oscillateur à cristal
Fig.12 Oscillateur à cristal colpitts
V. Minuterie 555
V.1 Bascule RS
saturéTVccVbloquéTIVsaturéTSi CEBCE 122211 00 ⇒+=⇒⇒=⇒≈⇒
bloquéTIVsaturéTVccVbloquéTSi BCECE 112211 00 ⇒=⇒≈⇒⇒+=⇒
VCC
C3
Bobine d’arrêt radio fréquence
C1
V1
R
Q4
C2
R3
R2
R1
L
V0
Electronique Slim Yacoub
93
Fig.13 Partie d’une bascule RS
L’ajout de composant donne une bascule RS
V.2 Schéma fonctionnel du 555
Fig.14 Schéma simplifié de principe de la minuterie 555
R
Q
V0
T2 T1
VCC
RC RC
RB RB
Q
+
-
+VCC
R
3 Sortie
5 Kohm
+
-
R
S Q
Q
T1
7 Décalage
4 Remise au
niveau bas
1 Masse
5 Kohm
5 Kohm
Basculement 2
Commande 5
Seuil 6
Electronique Slim Yacoub
94
V.2.1 Fonctionnement en Multivibrateur Monostable
Fig. 15 Multivibrateur Monostable
Quand le point de basculement est légèrement 3
Vcc+< VS1 est au niveau haut => la bascule est
au niveau bas => T bloqué et C se charge a travers R si 3
.2VccVc
+> => VS2 est au niveau haut =>
bascule au niveau haut et T conduit et le condensateur se décharge.
Fig.16 Chronogramme
+Vcc
R
R
+
-
+VCC
3 Vo Sortie
5 Kohm
+
-
R
S Q
Q
1 Masse
5 Kohm
5 Kohm
Basculement 2
6
T2
R’
7
8
S2
S1
Basculement
Seuil
Sortie
+Vcc/3
+2.Vcc/3
+Vcc
0
0
W
W=1,1 RC
Electronique Slim Yacoub
95
V.2.2Fonctionnement en multivibrateur astable
Si Q au niveau bas => T bloqué et C se charge via (RA+RB) quand Vc dépasse 2Vcc/3 => VS2 passe au niveau haut et met la bascule au niveau haut (Q) => T sature et VCE =0 => V7=0 et C se décharge via RB quand Vc descend jusqu'à +Vcc/3 VS1 passe au niveau haut => la bascule passe au niveau bas.
Fig.17 multivibrateur astable
Fig.18 Chronogramme
RA
R
+
-
+VCC
3 Vo Sortie
5 Kohm
+
-
R
S Q
Q
1 Masse
5 Kohm
5 Kohm
6
T2
R’
7
8
S2
S1
RB
2
W
T
2/3
1/3
Vcc
Electronique Slim Yacoub
96
%100..2)..2(
44,1%100.
RBRA
RBRAD
CRBRAf
T
WD sortie +
+=+
==
Bibliographie
[1] A.P.Malvino, Principe d’électronique, Dunos Paris, 2002.
[2] A.Pellat, Pratique de l’amplificateur opérationnel Masson Paris, 1986.
[3] H. Lumbroso, Electronique, Dunos Paris, 1993.
[4] J.M.Domini et L .Quaranta, Introduction à l’électronique, Masson Paris, 1998.
[5] P.Horowitz et W. Hillt, Traité de l’électronique analogique et numérique Vol n 1, electro,
1996.
[6] I. Jilinski, Amplificateur Oscillateur, Librairie Vuibert,1996
Electronique Slim Yacoub
97