TD1 : Montage émetteur commun
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TD1 : Montage émetteur commun
3IMACS BE Electronique Les TDs TD1 : Montage émetteur commun Concepts : – Polarisation – Schéma équivalent dynamique – Impédance d'entrée – Impédance de sortie – Condensateur de liaison Sujet : Dans le sujet qui suit, on considère le transistor dans son modèle le plus simple, à savoir le modèle avec résistance dynamique base-émetteur, rπ, et la source de courant contrôlée (cf poly chapt 3). Voici le schéma : Vcc R1 entrée rg eg RC CL2 sortie iC CL1 T Ip0 R2 RE Rch CE vS Valeurs des composants du montage (NB: on veut faire fonctionner ce montage entre 1kHz et 50kHz) Vcc = 20V Rc = 6,8k RE = 3,9k R1 = 22k R2 = 12k Rch = 100k CE = 100uF Rg = 470Ω CL1 = 10uF CL2 = 10uF T: 2N2222, β =100, Vbe0 = 0,6V 1. Déterminer dans l'ordre souhaité, les grandeurs de repos VC0, VE0, VB0, IC0, IB0. NB: Sans autres précisions, les potentiels demandés sont supposés référencés à la masse. On pourra utiliser le théorème de Thévenin pour le pont R1-R2-Vcc. 2. Tracer le schéma équivalent dynamique du montage (chapt 3 du poly) . Le simplifier en considérant CE comme un court-circuit (supposé à la fréquence considérée). 1/6 3IMACS BE Electronique Les TDs On souhaite transformer le schéma obtenu, en un schéma très classique du type source de tension contrôlée en tension. Pour cela, il faut déterminer tour à tour, l'impédance d'entrée Ri, l'impédance de sortie Ro et l'amplification à vide Av0 (chapt 2 du poly) : CL1 entrée rg e is ie Ri Av.e eg Ro CL2 sortie s Rch vS 3. Déterminer et donner les valeurs numériques de Ri , Ro, Av. On rappelle que rπ=uT/Ib0 avec uT = 25mV. 4. Déterminer l'expression de la fonction de transfert vs(p)/eg(p) en fonction des éléments de la figure précédente. 5. Tracer le diagramme de Bode asymptotique (gain uniquement), en indiquant les fréquences caractéristiques. 6. Que devient la fonction de transfert T(p) = vs(p)/eg(p), si les condensateurs CL1 et CL2 tendent vers l'infini ? 7. On dit souvent, que les condensateurs de liaisons sont des « court-circuits dynamiques », et qu'on peut alors les remplacer par un simple fil (ce que l'on a fait pour C E). Qu'est-ce que cela signifie ? 2/6 3IMACS BE Electronique Les TDs TD2 : Excursion de sortie Concepts : – Excursion de la tension de sortie émetteur commun – Excursion de la tension de sortie collecteur commun Rappels: Rappels fondamentaux concernants les limitations de fonctionnement d'un transistor ( chapt 4 du poly) : Un transistor bipolaire possède deux limitations, appelées blocage et saturation. Ces deux zones sont représentées graphiquement : Saturation : Vce = Vcesat quel que soit Ic Ic β I C1 I C0 I b1 Blocage : Ic = 0, quel que soit Vce I b0 0,6V Ib Vcesat Vce Vbe Selon le transistor, la valeur Vcesat est comprise entre 0,2V et 1V. – Blocage : ic(t) = 0, soit encore i c t= I c0 ic t =0 . Cette expression montre que le phénomène met en jeu à la fois la polarisation et la variation dynamique. – Saturation : vce(t)=Vcesat, soit encore v ce t =v ce0 vce t =v cesat . Là encore, les deux approches, polarisation et dynamique se mêlent pour conduire à la saturation. Ainsi, pour trouver les limitations haute et basse (l'excursion) de la tension de sortie d'un montage à transistor, il faut systématiquement démarrer le raisonnement à partir de chacune de ces équations. L'une donnera la limite basse, l'autre la haute. Sujet: VCEsat = 0,2V, fréquence envisagée > 1kHz. 1- Déterminer la valeur minimale et maximale de la tension de sortie Vs (Schéma TD 1) pour Rch=100kΩ et Rch=1,8kΩ. Conclure. 2- Procéder de même, mais en prenant Rc=0 (collecteur commun) , en enlevant CE, et en déplaçant CL2 sur l'émetteur. Conclure. 3/6 3IMACS BE Electronique Les TDs TD3 : Source de tension Concepts : – La diode zéner (modélisation, polarisation, dynamique) Rappel : On rappelle le fonctionnement d'une diode zéner 5V1 (pour exemple) : Id Vd VD et ID sont les tension et courant direct de la diode. La zone de la caractéristique qui correspond à VD ID négatifs, est celle qui nous intéresse. On peut observer qu'à partir d'une certaine valeur seuil, ici -VZ0, le courant devient brutalement négatif. Le couple de valeur (-VZT, -IZT) est le point de fonctionnement nominal de la diode. -VZT -VZ0 Id IZ IZ VZ I ZT 5V1 -0,6V VZ0 VZT VZ 0,6V -5V1 Vd -I ZT Une manière éclairante de voir la diode est de d'inverser, de considérer non plus un couple (VD,ID), mais plutôt un couple (VZ,IZ) de signe opposé. On reprend donc le symbole et sa caractéristique, voir ci-contre. De cette manière, la diode zéner peut être vue comme une sorte de “super diode” dont on choisit le seuil “sur catalogue”. Iz Enfin, les courbes étant exponentielles, nous pouvont les simplifier en linéarisant de la manière suivante : Courant et tension sont donc mis aisément en équation : Vz = Vz0+RzIz. Sujet : Voici un extrait de la documentation de la diode BZX55 : 4/6 Pente 1/Rz Vz0 Pente 1/Rd Vz 3IMACS BE Electronique Les TDs On propose de réaliser une source de tension d'environ 5V à l'aide d'une zéner BZX55C5V1. Voici le schéma proposé : Rp= 1,2k IZ VZ E = 12V 1- Donner la valeur de la résistance dynamique rZ T pour IZ = IZT = 5mA. ich(t) 2- En supposant que la valeur VZT soit égale à vch(t) 5V1 précisemment, déterminer la tension seuil VZ0 du modèle simplifié présenté. Rch = 2,2k 3- En considérant le modèle simplifié de la diode zéner, retracer le schéma uniquement avec des sources de tension et résistances. (NB: ce n'est la schéma équivalent dynamique qui est demandé !). 4- Déterminer le modèle de Thévenin de la “boîte” en pointillés. Faire les applications numériques relatives à la source de tension et à la résistance du modèle de Thévenin. Que vaut Iz à vide (Ich=0) ? 5- En déduire Vch et Ich. Déterminer également IZ dans ce cas. 6- Tracer la caractristique Vch = f(Ich) de la source de tension réalisée (“boîte en pointillés”). 7- Donner le domaine de validité de la caractéristique. 8- Si on avait voulu se passer de la diode zéner, pour n'utiliser que la simple résistance Rp, quelle aurait été sa valeur pour que, en connectant la charge, on retrouve la tension souhaitées Vch ? 9- Tracer alors la caractéristique Vch = f(Ich) de la source de tension réalisée (“boîte en pointillés sans la zéner) sur le même graphe que la question 6. Conclure sur l'utilité de la zéner. 5/6 3IMACS BE Electronique Les TDs Dans bien des cas, la source de tension E n'est pas idéale. Elle est souvent le siège de perturbations parasites (bruit thermique, pollution 50Hz et 100Hz). Cela se modélise par une source de tension variable e(t) qui s'ajoute à E. Pour rejeter ces perturbations (pour qu'elle ne se retrouve pas en sortie), on trouve souvent un condensateur associé à la diode zéner (mis en parallèle sur la diode). Le schéma est alors le suivant : Rp= 1,5k ich(t) IZ Perturbation (bruit, 50Hz, 100Hz) e(t) C VZ E = 12V vch(t) Rch = 2,2k 10- tracer le schéma équivalent dynamique du montage. 11- Déterminer la fonction de transfert Vch(p) / e(p) . Montrer qu'il s'agit d'un filtre passe-bas dont on précisera le gain et la fréquence de coupure si C = 100µF. 12- Quel est son rôle ? Est-il vraiment efficace pour rejeter 50Hz et même 100Hz ? 6/6