Composants Electroniques TP

Transcription

V.Tourtchine. COMPOSANTS ELECTRONIQUE. Travaux pratiques.
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOKRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA
RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE
BOUMERDES
FACULTE
PHYSIQUE
M’HAMED
DES
BOUGARA
SCIENCES
-
DE
DÉPARTEMENT
Option : INFOTRONIQUE
V.Tourtchine
COMPOSANTS ELECTRONIQUES
TRAVAUX PRATIQUES
R1
R2
+15 V
R
P
U1
R'1
1 k
V1
R
+15 V
100 
-15 V
U2
V2
R'2
100 
-15 V
Manuscrit élaboré selon le programme officiellement agrée et confirmé par le
conseil Scientifique de la Faculté des Sciences
BOUMERDES - 2008
-1-
TP N°01
CARACTERISTIQUE D’UNE DIODE A JONCTION
But
Le but du TP est de tracer la caractéristique ID = f(UD) d’une diode à jonction P-N en sens
direct et de valider la loi de variation tension - intensité du courant.
Matériel
Plaque perforée DIN A4
Résistance 100  5% 2W
Résistance 10  5% 2 W
Diode Si 1N 4007
Diode Ge AA 118
Alimentation CC 0…15 V
Multimètre analogique
Multimètre numérique GDM 352A
Paire de câbles 50 cm, rouge/bleu
Cavalier
57674
57732
57720
57851
57850
52145
531120
1
1
1
1
1
1
1
1
3
2
50145
50148
Schéma
A
R1
+
100 
E
D
V
R2
10 
mA
+
K
Fig.1
-2-
Montage
V
-
+
100 
10 
-
+
mA
-
V
+
Fig.2
I. Taches à réaliser avant le TP
Expérimentalement, on constate qu’une jonction P-N se comporte comme une valve qui laisse
passer le courant électrique quand la tension appliquée est positive entre P et N, puis qui le
bloque totalement si la tension est inversée. Dans le schéma (figure 1), on désigne par anode
A la borne P et par cathode K la borne N. La diode est représentée par un triangle orienté dans
le sens passant.
On rappelle l’équation du courant ID dans une diode à jonction
 UD

I D  I S  e  UT  1 , où


(1)
UD est la tension aux bornes d’une diode.
kT
, avec k : constante de Boltzmann, T :
 qe
température en Kelvin, qe : charge électrique d’un électron. Pour la jonction idéale à la
température ordinaire UT = 26 mV.
UT est la tension thermique, donnée par U T 
 est le facteur du semi-conducteur et de l’intensité; il dépend de la température et il n’a pas
la même valeur, pour un semi-conducteur donné, en courants forts et en courants faibles.
-3-
IS est le courant inverse de saturation de la diode, il est de l’ordre du nA (nA = 10-9 A) à la
température ordinaire et qui ne dépend pas de la tension pour UD  0.
Considérons, avec la relation (1), les deux sens : passant et bloquant.
a) Cas de VAK = UD  0 (sens passant)
e
Pour UD  0,1 V,
UD
 UT
 1 et donc
UD
I S e  UT
ID
(2)
b) Cas de VAK = UD 0 (sens bloquant)
Si U D  0,1 V,
e
UD
 U T
 1 on considère que ID
- IS.
Dans le tableau ci-dessous sont représentés les résultats de mesures du courant ID en fonction
de tension UD dans le cas passant d’une diode.
UD
(V)
0.6
0.65
0.68
0.7
0.72
0.73
0.75
0.76
0.77
ID
(mA)
1,0
3,5
6.4
10,0
16,0
20,0
31,0
40,0
50,0
□ T.1. Tracer sur le papier millimétré (annexe 1) la courbe représentante la variation ID
en fonction de UD, c'est-à-dire la caractéristique courant - tension de cette diode ID =
f (UD).
□ T.2. Déterminer, d’après la courbe obtenue, la tension seuil US de la diode pour
laquelle le courant commence à passer, de façon non négligeable.
□ T.3. Déterminer la tension maximale aux bornes de la diode D (figure 1) dans le cas
où la source de tension E est réglée sur la valeur maximale : E = 15,0 V. Quel est le
rôle de résistances R1 et R2 si on considère l’intervalle de réglage de la tension UD
entre 0,1 et 1,0 V ?
□ T.4. Déterminer le point de fonctionnement de la diode si la tension d’alimentation est
réglée sur la valeur E = 7,7 V.
□ T.5.Calculer la résistance
dynamique directe RD de la diode au point de
fonctionnement déterminé précédemment :
RD 
U D U D2  U D1

I D
I D  I D1
2
□ T.6. Redessiner sur le papier millimétré (annexe 2) la caractéristique da la diode dans
l’échelle semi- logarithmique :
-4-
Ln (ID) = f (UD)
(3)
□ T.7. Exprimer la relation (2) dans la même échelle. Quelle est la pente de cette
courbe ?
□ T.8. Déterminer le courant IS et la valeur du produit UT en déduire le facteur . On
utilisera la transformation (3) pour la caractéristique de la diode ID = f (UD) puis on la
traitera par la méthode des moindres carrés (voire annexe 3).
II. Déroulement de l’expérience
1. ETUDE D’UNE DIODE AU SILICIUM
a) Relevé de la caractéristique d’une diode au silicium
□ 1A.1. Réaliser le montage du circuit d’après le schéma électrique (figure 1) en utilisant
une plaque perforée. Disposer le matériel, par exemple, comme c’est indiqué sur la
figure 2.
□ 1A.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant)..
□ 1A.3. Mettre le circuit sous tension.
□ 1A.4. Faire varier la valeur de la tension d’alimentation E à partir de 0 V et lire sur le
voltmètre les valeurs correspondantes de la tension UD aux bornes de la diode. Pour
chaque valeur de UD avec la précision  0,002 V indiquée dans le tableau 1, lire
l’intensité de courant correspondante sur l’ampèremètre. Compléter le tableau 1.
Tableau 1
UD
(V)
0.5
0.55
0.60
0.65
0.70
0.71
0.72
0.73
0.74
0.75
0.76 0.77
ID
(mA)
□ 1A.5. Tracer sur le papier millimétré le graphique ID =f (UD) de façon qui permet
d’obtenir une courbe bien continue reliant les points expérimentaux.
□ 1A.6. Régler la source de tension pour obtenir la valeur de E = 7,7 V. Mesurer UD et
ID pour ce point de fonctionnement et l’indiquer sur le graphique représenté dans 1A5.
-5-
b) Observation qualitative
□ 1B.1. Retirer la diode D et inverser le sens de branchement (sens bloquant). Réinsérer
la diode.
□ 1B.2. Retirer la résistance R2.
□ 1B.3. Faire varier progressivement la tension d’alimentation de 0 à 15 V. Observer la
variation du courant inverse traversant la diode. Noter le résultat d’observation.
□ 1B.4. Réinsérer la résistance R2.
□ 1B.5. Eteindre la source de tension.
c) Exploitation du graphique expérimental
□ 1C.1. Déterminer la tension seuil US de la diode.
□ 1C.2. Déterminer la résistance dynamique RD au point précisé dans 1A6.
□ 1C.3. En utilisant la méthode des moindres carrés pour le lissage de la caractéristique
obtenue expérimentalement ID =f (UD) déterminer :
a) Le courant inverse de saturation IS.
b) Le facteur  en prenant la tension thermique UT pour une jonction idéale.
UD
□ 1C.4. Tracer sur le papier millimétré (annexe 4) la courbe théorique ItD (U D )  I S e UT .
□ 1C.5. Sur le même papier millimétré tracer une droite de charge statique pour la
tension d’alimentation E = 7,7 V et déterminer le point de fonctionnement sur la
caractéristique réelle ID(UD) et celle théorique ItD(UD).
2. ETUDE D’UNE DIODE AU GERMANIUM
a) Relevé de la caractéristique d’une diode au germanium
□ 2A.1. Remplacer dans le montage précédent la diode au silicium par la diode au
germanium.
□ 2A.2. Mettre le circuit sous tension.
□ 2A.3. Faire varier la tension UD aux bornes de la diode avec la précision  0,002 V et
compléter le tableau 2.
-6-
Tableau 2
UD
(V)
0.3
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
ID
(mA)
□ 2A.4. Tracer sur papier millimétré le graphique ID =f (UD).
Réaliser par analogie toutes les étapes d’étude, comme dans le cas d’une diode au silicium :
b) Observation qualitative (de 2B.1 à 2B.5).
c) Exploitation du graphique (de 2C.1 à 2C.5).
III. Exploitation et interprétation des résultats des
manipulations
(L’étudiant doit répondre aux questions ci-dessous pour rédiger son compte rendu)
□ Q.1. Les diodes sont t’ils des composants passifs linéaire ou non linéaires ?
Commenter la réponse en s’appuyant sur les résultats trouvés.
□ Q.2. Une diode idéale se comporte comme un interrupteur commandé. Déduire la
réponse des résultats obtenus.
□ Q.3. Qu’est ce qu’une diode ? Commenter.
□ Q.4. Comment circule le courant dans une diode ?
basant sur les résultats de manipulation.
Expliquer le phénomène en se
□ Q.5. Quelle est la différence entre une diode au silicium et une diode au germanium ?
Déduire la réponse par les données de mesure.
□ Q.6. Pour quel type de diode le courant IS est plus grand ? Démontrer par les données
de mesure.
□ Q.7. Comment peut-on expliquer la différence entre la caractéristique obtenue
expérimentalement et celle obtenue par lissage ?
-7-
□ Q.8. Comment construire la droite de charge d’un circuit et déterminer sure elle le
point de fonctionnement d’une diode? Quelle est son utilité ?
□ Q.9. Est-ce que la résistance dynamique directe d’une diode est constante ou non?
Pourquoi ?
□ Q.10. Dans le calcul des circuits contenants des diodes faut-il prendre obligatoirement
ou non en considération les valeurs de US et de RD ? Déduire la réponse par les
données de mesure.
□ Q.11. Le courant admissible pour une diode au silicium 1N 4007 est de 100 mA. Peuton brancher cette diode dans le sens passant directement sur une pille de 1,5 V ?
Pourquoi ?
□ Q.12. Lorsque la température s’élève, est ce que le courant IS augmente ou diminue ?
Est que la tension de claquages dépend de la température ? Expliquer.
-8-
ANNEXE 1
ID (mA)
50
25
0,0
0,5
0.6
0,7
(V)
-9-
0,8
UD
ANNEXE 2
Ln (ID)
0,5
0,6
- 10 -
0,7
UD (V)
ANNEXE 3
Lissage de la caractéristique ID = f(UD) d’une diode
par la méthode des moindres carrés
NP
2
D’après cette méthode on cherche   y  yi   min .
i 1
Pour le lissage de la caractéristique ID = f (UD) d’une diode on utilise la fonctionne de
régression suivante : y = b + kx, où y = ln (ID) et x = UD.
NP
 y  y 
La fonction
2
i
atteint sa valeur minimale si on calcule les coefficients b et k comme
i 1
suit :
NP
NP
NP
NP
NP
 yi  ( xi )2 -  xi yi  xi
b
i 1
i 1
NP
i 1
NP
i 1
NP
i 1
NP
et k 
NP ( xi )2   xi  xi
i 1
i 1
NP
NP
NP xi yi   xi  yi
i 1
NP
i 1
NP
NP ( xi )2   xi  xi
i 1
i 1
i 1
i 1
APPLICATION NUMERIQUE
NP  10
i  1 NP
Ud 
Id 
i
i
0.5
0.55
0.60
0.65
0.70
0.72
0.73
0.74
0.75
0.76
x  Ud
3
i
0.1 10
 i
y  ln Id
i
i
3
0.36 10
3
NP
1.0 10
3
3.0 10
s1 
NP

x
i
s2 
i 1
3

y
i
s3 
i 1
3
3
b 
18 10

( s2 s4  s3 s1)
NP s4  s1 s1
k 
3
Is  e
Ut 
b
28 10
3
38 10
i i
2
 xi
i1
( NP s3  s1 s2)
NP s4  s1 s1
3
22 10
s4 
x y
i 1
9.4 10
14 10
NP
NP
1
k
Udi
9
Is  1.511 10
Ut  0.045
Itd  Is  e
Ut
i
Caractéristique réelle Id (Ud)
Idi
Caractéristique théorique Itd (Ud)
0.04
0.04
0.02
Itd i 0.02
0
0.4
0.5
0.6
0.7
0
0.4
0.8
Udi
0.5
0.6
Udi
- 11 -
0.7
0.8
TP N°02
CARACTERISTIQUES DES DIODES
ELECTROLUMINESCENTES
But
Déterminer les caractéristiques de diodes électroluminescentes de différentes couleurs et
calculer les longueurs d’onde d’émission correspondantes.
Matériel
Résistance 470  5% 1.4W
Diode luminescente verte, LED 1, verticale
Diode luminescente rouge, LED 2, verticale
Diode luminescente jaune, LED 3, verticale
Diode luminescente infrarouge, horizontale
Cavalier
57674
57732
57720
57857
57848
57847
57849
52145
531120
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
2
50145
50148
Schéma
R1
P
680 
+
E
LED
+
R2
V
470 
mA
+
N
Fig.1
- 12 -
Montage
V
-
+
100 
10 
-
+
-
mA
I. Aperçu théorique
V
+
Fig.2
(l’étudiant doit approfondir ses connaissances sur cette partie
à la salle ressources d’InfoTronique)
a) Définition et symbole d’une diode électroluminéscente.
Les diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais : Light Emitting Diode) sont des
composants optoélectroniques qui émettent sous certaines conditions, une radiation
électromagnétique. Le spectre d’émission est très étroit, et la longueur  (nm) d’onde dépend
du matériau (fig.3). Ce n’est pas la couleur du boîtier qui fait que tel composant émettra dans
cette même couleur mais la nature précise du matériau semi-conducteur. Les techniques de
fabrication permettent d’obtenir des diodes électroluminescentes à émission super rouge,
rouge, orange, jaune, verte et bleue et aussi infrarouge.
400
450
500
550
600
650
700
750
 (nm)
Bleue
Verte
Jaune
Rouge
Fig.3
On obtient de la lumière infrarouge pour le silicium et l’arséniure de gallium (GaAs), de la
lumière visible pour le phosphure de gallium (GaP), l’arséniophosphure de gallium (GaAsP)
- 13 -
etc. Les LED émettant dans le visible ont un pic dans le rouge (GaAsP0,4), le vert (GaP), le
jaune (GaAsP0,85).
La longueur d’onde  est reliée avec la tension de seuil US d’une diode électroluminescente
par la relation :  1 040 / US.
Le symbole d’une LED est représenté sur la figure 1.
b) Fonctionnement
Lorsqu’une jonction P-N est parcourue par un courant direct, il se produit des recombinaisons
entre les porteurs de charge, qui s’accompagnent d’une libération d’énergie. Une partie de
l’énergie libérée est émise sous forme de lumière.
Le fonctionnement est le même que celui d’une diode. Cependant une LED ne supporte pas
de tension inverse élevée plus de 5 V, ni une trop grande intensité du courant (10 à 50 mA).
Les conditions optimales sont fournies par le constructeur (voir le tableau ci-dessous).
Couleur de LED
Rouge
Jaune
Verte
Infrarouge
Tension nominale
directe
Un, V
Tension maximale
directe
Um, V
Courant maximale
direct,
Im , mA
1,7
2,0
2,2
1,1
2,5
2,5
2,8
1,5
20
20
20
10
Une LED doit être monté en série avec une résistance « de protection » Rp limitant le
courant à la valeur préconisée.
□ D.1. Réaliser le montage du circuit d’après le schéma électrique (fig.1) en utilisant une
plaque perforée. Disposer le matériel, par exemple, comme c’est indiqué sur la figure
2. Effectuer une première manipulation avec LED 1.
□ D.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
□ D.3. Mettre le circuit sous tension.
□ D.4. Augmenter très progressivement, à partir de 0,00 V, la tension délivrée par la
source E jusqu’à ce que la LED s’allume : la tension aux bornes de la LED est appelée
tension de seuil US. Noter la valeur de cette tension.
□ D.5. Continuer d’augmenter très progressivement la tension délivrée par la source E
jusqu’à obtenir aux bornes de la LED sa tension nominale Un. Enregistrer alors
l’intensité du courant traversant la LED : c’est l’intensité nominale notée In.
- 14 -
□ D.6. Continuer d’augmenter très progressivement la tension délivrée par la source E
sans dépasser la tension maximale de diode. Noter la valeur du courant ID.
□ D.7. Calculer la valeur de la longueur d’onde .
□ D.8. Vérifier sur le spectre (fig.3) la couleur correspondante à la longueur d’onde
déterminée par calcul.
□ D.9. Relever la caractéristique ID = f(UD) sous la forme d’un tableau (voir TP N° 01).
□ D.10. Ne démonter pas votre montage pour continuer les manipulations avec d’autres
LED.
□ D.11. Effectuer les mêmes manipulations avec LED 2 puis avec LED 3 et enfin avec
une diode infrarouge.
□ D.12. Représenter toutes les caractéristiques obtenues sur le même papier millimétré.
III. Exploitation et interprétation des résultats de
manipulations
(L’étudiant doit répondre aux questions ci-dessous pour rédiger son compte rendu)
□ Q.1. La LED est passante si :
a) la tension à ses bornes est positive
b) la tension à ses bornes est supérieure à sa tension seuil
c) quelque soit la tension à ses bornes
□ Q.2. Lorsque la LED est allumée :
a) l’intensité du courant dans le circuit varie progressivement
b) l’intensité du courant dans le circuit est toujours proche de In de la LED
c) l’intensité du courant dans le circuit dépend peu de la tension aux bornes de
la LED
□ Q.3. Pourquoi une diode est-elle toujours associée à une résistance de protection Rp ?
□ Q.4. La LED utilisée est caractérisée par Un = 1,2 V et In = 15 mA. La source de
tension délivre une tension de 6 V. La résistance de protection Rp = 320  permet-elle
à LED de fonctionner dans les conditions nominales ?
□ Q.5. La LED utilisée a la tension de seuil US = 2,3 V. Quelle couleur émet-elle ?
- 15 -
TP N°03
LA DIODE ZENER : TRACÉ DE CARACTERISTIQUE
ET STABILISATION DE TENSION
Buts
On cherche dans ce TP à mettre en évidence les propriétés de la diode Zener. Pour cela, on
trace sa caractéristique, c’est-à-dire la courbe UZ = f (IZ) représentant la tension à ses bornes
en fonction du courant qui la traverse. On étudie ensuite la stabilisation de tension en amont et
en aval de la diode Zener.
Matériel
Potentiomètre 220  3 W
Diode Zener
Cavalier
57674
57732
57720
57790
57855/54
50148
52145
531120
50145
1
1
1
1
1
3
1
2
1
4
I. Rappel théorique (à préparer avant le TP)
 Caractéristiques
Si l’épaisseur de la jonction P-N est faible et si le taux de dopage est important, on obtient des
diodes qui présentent un courant inverse intense au-delà d’une valeur UZ de la tension inverse
qui est la tension de coude ou de Zener.
Le claquage inverse de la jonction résulte soit d’un claquage par avalanche par ionisations
dans la zone de déplétion par les porteurs, soit d’un claquage par effet Zener qui correspond
au passage des électrons de la bande de valence à la bande de conduction sous l’effet du
champ électrique.
Si la construction de la diode permet la dissipation de la puissance dégagée, le claquage est
réversible. On obtient alors une diode Zener. Sa caractéristique directe est identique à celle
d’une diode classique.
Pour les diodes Zener avec UZ  6 V la résistance dynamique est voisine de quelques ohms et
le coude très brutal (claquage par avalanche). Selon le courant débité, la tension aux bornes
de la diode sera d’autant plus stable que la résistance dynamique de celle-ci sera faible.
 Stabilisation de tension
Il est possible de réaliser un stabilisateur de tension en utilisant une diode Zener (fig.1). On
suppose que le courant inverse IZ dans la diode est tel que le point de fonctionnement est situé
dans la partie linéaire de la caractéristique. Il est alors possible de modéliser la diode par
l’association d’une source de tension VZ en série avec une résistance dynamique inverse RZ de
la diode (fig.2).
- 16 -
RS
RS
I
IR
IZ
E
I
Ch
E
U0 RCh
DZ
IR
IZ
Ch
U0 RCh
VZ
Fig.1
Fig.2
Remplaçons le générateur E, la résistance série RS et la résistance de charge RCh par leur
équivalent Thévenin (fig.3) :
ETh 
E
RCh ;
RS  RCh
RTh 
RS RCh
RS  RCh
Le point de fonctionnement PF de la diode est obtenu en cherchant l’intersection de sa
caractéristique U = VZ + RZIZ avec la droite de charge d’équation U = ETh – RThIZ (fig.4).
RTh
I
R Z= 0
IZ
ETh
RZ
RZ > 0
U0
PF
VZ
U
VZ
Fig.3
ETh
Fig.4
On retrouve graphiquement le fait que le système ne fonction que si ETh > VZ.
Si la charge varie, (stabilisation amont) les courants dans la charge et dans la diode varient
mais U0  VZ reste constant car la pente de la droite de charge varie. De même si la tension de
la source E varie (stabilisation aval) U0  VZ reste également constant car la droite de charge
se déplace parallèlement à elle-même.
II. Etude expérimentale
E.1 Relevé de la caractéristique
- 17 -
Montage
□ E1.1. Réaliser le montage d’après la figure 5. Ici la résistance R = 100 .
Question : Quelle manipulation sur le circuit doit-on opérer pour soumettre cette diode à une
tension négative, ceci sans inverser la position de la diode sur la plaque perforée?
vers la source
de tension CC
R
V
DZ
mA
Fig.5
□ E1.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
Mesures
□ M1.1. Mettre le montage sous tension.
□ M1.2. Régler la source de tension de façon à imposer les différentes valeurs du tableau
1. Relever alors pour chacune de ces valeurs de IZ ou de UZ selon ce qui est demandé
(on n’oubliera pas la manipulation à effectuer concernant les valeurs négatives du
tableau 1).
□ M1.3. Tracer la caractéristique de la diode étudiée sur une feuille de papier
millimétrée.
□ M1.4. En déduire la tension de Zener UZ et la résistance dynamique RZ dans la partie
et puis la tension de seuil UD et la résistance dynamique RD dans la partie positive.
Tableau 1
UZ
(V)
IZ
(mA)
UZ
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
-1
-5,00
-1,00
0,00
0,20
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,60
- 18 -
(V)
IZ
(mA)
UZ
(V)
IZ
(mA)
1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
E.2 Stabilisation de tension
Schéma d’expérience
Le schéma est représenté sur la figure 6. Ici le potentiomètre P est destiné pour varier la
charge.
RS

E +
RCh
DZ
0...15 V
+
M1 mA
P
10 


+
V
U0
M2
mA +
Fig. 6
Montage
□ E2.1 Réaliser le montage d’après la figure 7. Les appareils de mesure sont
correctement branchés en respectant les polarités indiquées. Les choix des calibres
sont adaptés.
□ E2.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
- 19 -
vers la source de tension à CC
+
V
RS
+
M1
DZ
mA
RCh
f
+
g
P
d
a
b
+
mA
M2
Fig. 7
Mesures
□ M2.1. Positionner le curseur du potentiomètre P sur « g » (charge minimale).
□ M2.2. Mettre le montage sous tension. Faire varier la tension d’entrée E. Compléter le
tableau 2.
Tableau 2
E (V)
2
4
6
8
10
12
14
M1 (mA)
M2 (mA)
U0 (V)
□ M2.3. Régler la source de tension E sur 0 V. Retirer la diode Zener.
□ M2.4. Faire varier la tension d’entrée E. Compléter le tableau 3.
□ M2.5. Régler la source de tension E sur 0 V. Réinsère la diode Zener.
□ M2.6. Ajuster la source de tension E sur 14 V. Faire varier le potentiomètre P de la
valeur minimale à la valeur maximale. Résultats d’observations représenter dans le
tableau 4.
□ M2.7. Retirer la diode Zener. Faire varier à nouveau le potentiomètre P. Noter la
variation de la tension U0.
- 20 -
E
M1
M2
U0
(V)
(mA)
(mA)
(V)
Position du
curseur de
potentiomètre
P
M1 (mA)
M2 (mA)
U0 (V)
2
4
a
6
b
8
c
10
d
e
12
Tableau 3
14
f
Tableau 4
g
III. Analyse et interprétation des résultats
□ Q.1. L’existence d’une tension aux bornes de la diode Zener implique t-elle toujours
l’existence d’un courant ? Donner alors les valeurs approximatives des deux tensions
pour lesquelles le courant commence à circuler.
□ Q.2. Lorsque la diode est parcourue par un courant, que peut-on dire de l’évolution de
la tension ?
□ Q.3. Que peut-on dire de la tension aux bornes de la diode en fonction de la tension
aux bornes de la source de tension ?
□ Q.4. En utilisant la caractéristique obtenue représentée sur le papier millimétré et les
résultats de mesures (tableau 2) montrer graphiquement l’effet de stabilisation de
tension en aval.
□ Q.5. En utilisant la même caractéristique de la diode et les résultats d’observations
représentés dans le tableau 4 donner l’interprétation graphique de la stabilisation en
amont.
□ Q.6. Donner l’explication théorique des résultats représentés dans les tableaux 3 et 4.
Conseil : Exprimer la tension de sortie U0 sous la forme :
UZ0
U 0  U Z 0  kE  R0  I Ch , avec :
RS
RZ
R R

UZ , k 
et R0  S Z
RS  RZ
RS  RZ
RS  RZ
- 21 -
TP N°04
LE TRANSISTOR BIPOLAIRE : COURBES
CARACTERISTIQUES
Buts
L’étude du composant « transistor bipolaire » par:
 une présentation rapide.
 l’obtention des courbes caractéristiques de ce composant.
 l’exploitation de ces caractéristiques permettant la mise en lumière de plusieurs états
de fonctionnement.
Matériel
Résistance 10 k 1% 0.5W
Transistor BC 140
Cavalier
Multimètre numérique GDM 356
Câble d’expérience, 50 cm, noir
57674
57732
57756
57790
57876
50148
52145
531120
50145
500424
1
1
1
1
1
6
1
2
1
1
5
1
I. Présentation du transistor bipolaire.
Le transistor (mot anglais, de transfer resistor, résistance de transfert) c’est un dispositif à
semi-conducteur, qui peut amplifier des courants électriques. Il est obtenu en insérant un
barreau semi-conducteur de type opposé aux deux cristaux de même type. On obtient ainsi 2
possibilités : transistor NPN (fig.1) et transistor PNP (fig.2). Les noms des 3 bornes ainsi
constituées sont : la base (B), l’émetteur (E) et le collecteur (C). Les représentations
symboliques des transistors informent sur leur type (NPN ou PNP) ainsi que sur le sens des
courants (fig.1 et fig.2).
- 22 -
C
Collecteur (C)
IC
C
N
Base (B)
IB
VCE
B
P
B
N
VBE
IE
Emetteur (E)
E
E
E
E
Fig.1
Emetteur (E)
VEB
IE
P
Base (B)
IB
VEC
B
N
B
P
IC
Collecteur (C)
C
C
Fig.2
Deux jonctions constituent le transistor, jonction que l’on peut assimiler à 2 diodes (entre BC et B-E) dont le sens dépend du type de transistor. Ainsi, pour permettre le passage d’un
courant à travers le transistor, il faut d’abord s’assurer de la conduction ou du blocage de ces
jonctions.
On distingue 3 modes de fonctionnement du transistor : le mode linéaire et non linéaire (ou
saturé).
La courbe ci-contre représentant le courant de
collecteur (IC) en fonction du courant de base (IB)
permet d’identifier ces 3 cas de fonctionnement :
 bloqué : il n’y a pas de courant dans le
transistor.
 linéaire : le courant IC est directement
proportionnel au courant IB.
 saturé : à partir d’un certain courant IB, appelé
courant de saturation IBsat, le courant IC atteint
une valeur maximale, le transistor est dit
« saturé ».
- 23 -
IC
Fonctionnement
non linéaire
Fonctionnement
linéaire
IB
Bloqué
IBsat
Le transistor peut être utilisé dans les trois montages fondamentaux (émetteur commun,
collecteur commun, base commune) et par conséquent, les courbes caractéristiques seront
fonction du montage particulier examiné.
Le transistor possède quatre grandeurs électriques. Cela apparaît à la figure 3.
Ie
Is
Transistor
Circuit
de sortie Vs
Circuit
Ve d'entrée
Fig.3
Ces quatre grandeurs électriques sont les deux tensions
Ve et Vs, et les deux courants Ie et Is.
La tension Ve, appliquée entre l’électrode de commande
et l’électrode commune et le courant Ie parcourant
l’électrode de commande définissent le circuit d’entrée
du transistor.
De la même façon, la tension Vs, appliquée entre l’électrode de sortie et l’électrode
commune, et le courant Is circulant dans l’électrode de sortie définissent le circuit de sortie
du transistor.
Une courbe caractéristique représente la relation entre deux grandeurs électriques. Dans le
cas présent, il y a quatre grandeurs électriques. Il est donc possible de tracer six courbes
caractéristiques (Ve-Ie, Vs-Is, Ve- Is, Vs-Ie, Ve-Vs, Ie-Is).
Les quatre grandeurs électriques sont toutes dépendantes l’une de l’autre. Par conséquent,
pour un couple de grandeurs donné, il existe plusieurs caractéristiques que l’on appelle un
réseau de caractéristiques.
A titre d’exemple soit le couple Vs-Is. Dans un transistor le courant Is est fonction du courant
Ie (Is est également fonction de la tension Ve puisque celle-ci détermine Ie). Par conséquent,
il est possible de tracer une courbe caractéristique pour chaque valeur du courant Ie. Ie est le
paramètre relatif au réseau de caractéristiques Vs-Is.
II. Relevé des courbes caractéristiques relatives au montage
émetteur commun d’un transistor NPN au silicium
□ Réaliser le montage d’installation expérimental d’après le schéma électrique,
représenté sur la figure 4, en tenant compte des explications données ci dessous.
Schéma
La source de tension E1 polarise en directe la jonction base-émetteur.
Le potentiomètre P permet de faire varier la tension VBE entre la base et l’émetteur.
Cette tension VBE est mesurée avec le multimètre M2, tandis que le courant de base IB est
mesuré avec le multimètre M1.
- 24 -
La résistance RB est destinée pour limiter le courant base.
La source de tension E2 réglable de 0 à 15 V polarise en inverse la jonction collecteur- base.
La tension entre le collecteur et l’émetteur VCE est mesurée avec le multimètre M4 et le
courant du collecteur avec le multimètre M3.
La résistance RC est destinée pour limiter le courant collecteur.
Montage
La figure 5 montre un exemple de la disposition des composants sur la plaque perforée. Ici :
M1 et M3 – multimètres analogiques ; M2 - multimètre numérique GDM 352A et M4multimètre numérique GDM 356.
M3
+
RC
M1
P
+
E1
+
5V
220 
A
100 
+
C
RB
A
10 k 
M2
+
B
+
V
M4
E2
0...15 V
V
E
Fig.4
Caractéristique d’entrée : IB = f(VBE) (couple Ve-Ie, où Ie = IB et Ve = VBE,
paramètre Vs = VCE )
□ CE.1. Régler la source de tension E2 pour obtenir la tension VCE = 1 V.
□ CE.2. En déplaçant le potentiomètre P (pour obtenir les différentes valeurs de IB)
mesurer la tension VBE pour chaque valeur du courant IB en jouant très
progressivement sur l’alimentation E2 pour maintenir la tension VCE = 1 V. Les
résultats de mesures doivent être reportés dans le tableau 1.
□ CE.3. Changer la valeur du paramètre VCE = 5 V et recommencer la même série de
mesures pour une seconde caractéristique et ainsi de suite pour remplir le tableau 1.
□ CE.4. Tracer le réseau des caractéristiques d’entrée : VBE = f(IB). Porter la tension VBE
sur l’axe horizontal du repère cartésien, tandis que le courant IB sur l’axe vertical.
□ CE.5. Constater l’influence de la tension VCE sur la tension VBE ainsi que sur le
courant IB.
- 25 -
0...15 V
5V
+
-
0
+
M3
M1
RB
+
RC
+
BC 140
+
P
M4
+
M2
Fig.5
IB (A)
10
20
40
VCE = 1 V
60
80
Tableau 1
100
VBE (V)
VCE = 5 V
VBE (V)
VCE = 10 V
VBE (V)
Caractéristique de sortie : IC = f(VCE) (couple Vs-Is, où Is = IC et VS = VCE,
paramètre Ie= IB )
□ CS.1. Positionner le potentiomètre P pour obtenir le courant de base IB = 10 A.
□ CS.2. Faire varier VCE en mettant des valeurs de la source de tension E2 comprises
entre 15 V et 0 V.
Remarque : entre 1 et 0 volts jouer très progressivement sur l’alimentation E2 en ajustant le
potentiomètre P pour maintenir le courant de base IB = 10 A.
□ CS.3. Pour chaque valeur de VCE mesurer la valeur du courant IC correspondant.
reporter les résultats de mesures sur le tableau 2.
- 26 -
□ CS.4. Changer la valeur du paramètre IB = 20 A et recommencer la même série de
□ CS.5. Tracer le réseau des caractéristiques de sortie : IC = f(VCE). Porter la tension
VCE sur l’axe horizontal du repère cartésien, tandis que le courant IC sur l’axe vertical.
□ CS.6. Faire l’analyse du réseau des caractéristiques obtenu lorsque VCE est nulle, puis
lorsque la tension VCE varie légèrement et quand la tension VCE atteint un certain
seuil.
Tableau 2
E2
15
12
10
8
6
4
2
1 …………….0
(V)
IB = 10 A
VCE
(V)
IC
(mA)
IB = 20 A
VCE
(V)
IC
(mA)
IB = ….A
VCE
(V)
IC
(mA)
IB = 100 A
VCE
(V)
IC
(mA)
Caractéristiques de transfert en courant : IC = f(IB) (couple Is-Ie, où Is = IC et Ie
=IB, paramètre Vs = VCE)
□ CTC.1. Régler la source de tension E2 pour obtenir la tension VCE = 1 V.
□ CTC.2. En déplaçant le potentiomètre P (pour obtenir différentes valeurs de IB)
mesurer le courant IC pour chaque valeur du courant IB en jouant très progressivement
sur l’alimentation E2 pour maintenir la tension VCE = 1 V. Reporter les résultats de
mesures sur le tableau 3.
□ CTC.3. Changer la valeur du paramètre VCE = 5 V et recommencer la même série de
- 27 -
□ CTC.4. Tracer le réseau des caractéristiques de transfert en courant : IC = f(IB). Porter
le courant IB sur l’axe horizontal du repère cartésien et le courant IC sur l’axe vertical.
□ CTC.5. Faire l’analyse du réseau des caractéristiques IC = f(IB).
□ CTC.6. Calculer la valeur de  et la comparer à l’indication donnée par le
constructeur : 50 <  < 200.
Tableau 3
10
20
40
60
80
100
IB (A)
VCE = 1 V
IC (mA)
VCE = 5 V
IC (mA)
VCE = 10 V
IC (mA)
Caractéristiques de transfert en tension : VBE = f(VCE) (couple Vs-Ve, où Vs = VCE
et Ve =VBE, paramètre Ie = IB)
□ CTT.1. Positionner le potentiomètre P pour obtenir le courant de base IB = 10 A.
□ CTT.2. Faire varier VCE en mettant des valeurs de la source de tension E2 comprises
entre 15 V et 1 V.
□ CTT.3. Pour chaque valeur de VCE mesurer la valeur de tension VBE correspondante.
Reporter les résultats de mesures sur le tableau 4.
□ CTT.4. Changer la valeur du paramètre IB = 20 A et recommencer la même série de
E2 (V)
15
12
10
8
IB = 10 A
VCE
(V)
VBE
(V)
IB = 20 A
VCE
(V)
VBE
(V)
IB = … A
VCE
(V)
VBE
- 28 -
6
4
2
Tableau 4
1
(V)
IB = 100 A
VCE
(V)
VBE
(V)
□ CTT.5. Tracer le réseau des caractéristiques de transfert en tension : VBE = f(VCE).
Porter la tension VCE sur l’axe horizontal du repère cartésien et la tension VBE sur
l’axe vertical.
□ CTT.6. Faire l’analyse du réseau des caractéristiques VBE = f(VCE).
Diagramme des caractéristiques du transistor NPN monté en émetteur commun.
Tracer les réseaux caractéristiques obtenus en CE, CS, CTC et CTT dans les coordonnées
représentées sur la figure 6.
IC (mA)
10
TRANSFERT
EN COURANT
IC = f(IB) à VCE constante
SORTIE
IC = f(VCE) à IB constante
5
IB (A)
100
VCE (V)
50
ENTREE
7,5
0,5
15
TRANSFERT
EN TENSION
VBE = f(VCE) à IB constante
IB = f(VBE) à VCE constante
1
VBE (V)
Fig.6
III. Exploitation des caractéristiques du transistor bipolaire.
□ Q.1. Pour E2 = 10 V, trouver la relation liant VCE, RC, IC et E2 (loi des mailles).
Montrer que cette équation s’écrit : IC = kVCE + b et donner les valeurs numériques de
k et b.
□ Q.2. L’équation IC = kVCE + b représente une droite qui s’appelle la droite de charge
statique du transistor. Tracer cette droite sur le réseau obtenu en 2.3e.
□ Q.3. Déterminer alors le point de fonctionnement (IC ; VCE) du transistor pour IB = 100
A.
- 29 -
□ Q.4. Pour VBE = 0 V, le transistor est dit « bloqué ». Pourquoi ?
□ Q.5. Pour 0 < IB < IBsat, le transistor fonctionne en régime linéaire. Par quoi cela se
traduit-il ?
□ Q.6. Pour IB > IBsat, le transistor est dit « saturé », donner une explication et donner la
valeur obtenue par VCE au maximum dans cet état de fonctionnement.
- 30 -
TP N°05
POLARISATION D’UN TRANSISTOR BIPOLAIRE
But
Le but de ce TP est l’étude des montages de polarisation pour le transistor bipolaire :
 On commence par mesurer le  du transistor utilisé, ainsi que la valeur minimale de
saturation du courant de base IBsat.
 On poursuit avec l’étude des montages de polarisation du transistor BC 140 (NPN).
 On fini avec des calculs de puissances à l’entrée et à la sortie du transistor.
Matériel
Résistance 100  2W
Potentiomètre 47 k 1,5 W
Transistor BC 140
Cavalier
Câble d’expérience court 20 cm, noir
57674
57732
57744
57756
57790
57782
57876
50148
52145
531120
50145
1
2
1
2
1
1
1
3
1
2
1
4
1
I. Polarisation du transistor (à préparer avant TP)
1.1 Point de repos
Polariser le transistor, c’est l’amener grâce aux alimentations et résistances extérieures dans
un état électrique donné. C’est état se traduit graphiquement par un point appelé point de
repos (en réalité quatre points correspondant aux quatre types de caractéristiques).
Le point de repos QO se situe obligatoirement sur une caractéristique du transistor car
celles-ci représentent l’ensemble des états possibles du transistor.
Ses coordonnées sont affectées de l’indice zéro : IBO, ICO , UBEO et UCEO.
- 31 -
1.2 Droite de commande
On appelle ainsi la droite de charge de l’entrée du transistor, elle est tracée dans le repère (IB,
UBE).
RB
IB
IBO
EB / RB
IB
B
EB
UBEO
E
E
UBE
Fig.1
Son équation est
EB  RB I B  U BE (fig.1)
Soit
IB  
1
E
U BE  B
RB
RB
Elle coupe les axes aux points de coordonnées :
(IB = 0, UBE = EB) et en (UBE = 0, IB = EB / RB).
Son intersection avec la caractéristique d’entrée fournit le point de repos de l’entrée de
coordonnées IBO et UBEO (fig.1) (on suppose que toutes les caractéristiques d’entrée sont
confondues).
1.3 Droite de charge
Elle concerne la sortie du transistor, elle est donc tracée dans le repère (IC, UCE).
IC
E / RC
Q0
ICO
IC
C
IB = IBO
E
E
UCE
UCEO
Fig.2
Elle a pour équation
E = ICRC + UCE
- 32 -
(fig.2)
E
Soit
IC  
1
E
U CE 
RC
RC
(1)
Elle coupe les axes en (IC = 0, UCE = E) et en (UCE = 0, IC = E / RC).
Le point de repos Q0 du transistor se situe à l’intersection de la caractéristique tracée pour la
valeur particulière IBO de IB et de la droite de charge statique (1).
On en déduit ses coordonnées (UCEO, ICO) (fig.2).
On trouve également ICO en utilisant la caractéristique de transfert en courant.
Pour rester le plus possible dans le domaine linéaire, on cherchera parfois à placer le point
de repos au milieu de la droite de charge statique.
1.4 Puissance consommée
Le transistor consomme une puissance égale à UCB  IC, entre bornes B et C, et une puissance
égale à UBE  IE entre bornes B et E (fig.3). Toute cette puissance électrique est transformée
en chaleur par effet Joule.
IC
IC
C
B
E
IE
P = PMAX
UCE
Fig.3 Puissance consommée par le transistor
(En hachuré : la zone interdite au point de repos).
La puissance totale consommée est :
P = UCB  IC + UBE  IE
Souvent IE est voisinage de IC, donc P  (UCB + UBE)IC = UCEIC
Si l’on note PMAX la valeur maximale de la puissance admissible par le transistor, la relation
IC = PMAX / UCE se représente par une hyperbole dans le réseau de sortie (fig.3). Le point de
repos du transistor doit obligatoirement se situer en deçà de cette hyperbole.
1.5 Polarisation du transistor pour l’amplificateur classe A.
La classe A : le transistor fonction toujours dans le domaine linéaire ; au repos le point de
polarisation a comme coordonnées (ICO, UCEO, IBO, UBEO).
- 33 -
a) Polarisation par résistance de base
La résistance de base RB placée entre VCC et la base fixe
le courant :
I BO 
VCC  U BEO
RB
+VCC
RC
RB
(2)
ICO
IBO
UCEO
RC permet de limiter le lieu des points (IC, UCE) à une
droite de charge.
UBEO
L’inconvénient de cette méthode de polarisation est
qu’elle n’empêche pas l’emballement thermique du
transistor : si la température augmente, le coefficient
d’amplification de courant (gain ) augmente qui à son
tour produit une augmentation de ICO = IBO,…, et cela
jusqu’à la destruction du transistor.
IEO
Fig.4
b) Polarisation par réaction de collecteur
Le mot « réaction » signifie qu’une grandeur de sortie (IC)
fait varier une grandeur d’entrée (IB). L’élément de réaction
(commun à l’entrée et à la sortie) est ici la résistance de
collecteur RC.
Dans le montage de la figure 5 :
VCC = RC (ICO + IBO) + RBIBO + UBEO.
Mais IB est négligeable devant IC
en fonctionnement
normal et ICO = IBO alors
VCC = RC IBO + RBIBO + UBEO, d’où on a:
I BO 
VCC  U BEO
RC   RB
, ICO   I BO 
 (VCC  U BEO )
RC   RB
(3)
+VCC
RC
RB
IBO
ICO
UCEO
IEO
UBEO
Fig.5
On montre que ICO dépend beaucoup moins de  que dans le cas précédent. En particulier si
RB est négligeable devant RC , le courant ICO est indépendante de  et vaut :
VCC  U BEO
(4)
ICO 
RC
c) Polarisation par pont de base et résistance d’émetteur
C’est le montage le plus fréquent. Pour rendre indépendant le courant collecteur IC des
variations du gain, on utilise un diviseur de tension nommé « pont de base ».
Le pont diviseur maintient constant UBM (fig.6a) à condition que les variations du courant
base IB puissent être négligeable devant le courant I1 qui circule dans les résistances du pont
de base (I1 = entre 5 et 10 fois IBO).
En remplaçant R1 et R2 par le générateur de Thévenin équivalent (fig.6b), on tire :
R2
RR
ETh  VCC
; RTh  1 2
R1  R2
R1  R2
Soit : UBM = ETh - RThIBO et si IBO << I1 alors UBM = ETh.
- 34 -
La stabilisation en température est assurée par une résistance RE placée en série avec
l’émetteur : si la température augmente, ICO augmente, IEO augmente, la tension sur l’émetteur
REIEO augmente, la tension UBEO diminue en entraînant une diminution de IBO qui rétablit la
valeur initiale de ICO.
+VCC
+VCC
RC
R1
ICO
IBO
I1
RC
ICO
RTh
IBO
UCEO
B
IEO
IEO
ETh
R2
RE
RE
M
a)
b)
Fig.6
2.1 Détermination de  et IBsat du transistor
Le transistor utilisé BS 140 est un NPN dont le constructeur indique : 100 <  < 200. On
aimerait avoir une meilleure précision sur ce chiffre, ainsi que la valeur du courant de base IB
qui définit la limite entre la zone linéaire et la zone de saturation.
□ DB.1. Réaliser le montage d’après le schéma électrique représenté sur la figure 7.
RC
100 
+
M2
P
+
E1
+
5V
A
+
B
M3
1k
220 
E
Fig.7
- 35 -
+
C
M1
RB
A
V
E2
0...15 V
La figure 8 montre un exemple de disposition des composants sur la plaque perforée.
E1
E2
0...15 V
5V
+
-
0
+
RC
M2
M1
RB
+
A
BC 140
+
M3 V
P
+
+
A
Fig.8
□ DB.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
□ DB.3. Régler la source de tension E2 pour obtenir à la sortie une tension de 10 V.
□ DB.4. En déplaçant le potentiomètre P (pour obtenir différentes valeurs de IB) mesurer
le courant IC correspondant pour chaque valeur de IB ainsi que UCE. Reporter les
résultats de mesures sur le tableau 1.
Tableau 1
IB
(mA)
M1
IC
(mA)
M2
UCE
(V)
M3
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
- 36 -
0,7
0,8
0,9
1,0
1,5
□ DB.5. Tracer le graphe IC = f(IB) et en déduire la valeur de . En déduire également la
valeur de IBsat , valeur limite de IB pour entrer dans le domaine de saturation.
□ DB.6. Pour IB > IBsat , mesurer la valeur de VCE.
2.2 Etude de la polarisation par résistance de base
□ PRB.1. Réaliser le montage (fig.9) en modifiant le montage précédent d’après le
schéma électrique représenté sur la figure 4. Ici la résistance de base RB est composée
par une résistance de 10 k branchée en série avec une résistance réglable P1de 47
k. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
□ PRB.2. Tracer l’allure de la droite de charge en utilisant l’équation (1).
□ PRB.3. Calculer la valeur de la résistance de base RB pour obtenir IBO = 0,4 mA.
Utiliser l’équation (2) en supposant que UBEO = 0,7 V. Vérifier que IBO < IBsat.
□ PRB.4. Calculer alors la valeur de ICO et celle de VCEO, c’est-à-dire déterminer le point
Q0.
□ PRB.5. Placer ce point sur la droite de charge précédemment tracée. Le point de repos
Q0 est-il au milieu de la droite de charge ?
E1
E2
0...15 V
5V
+
-
0
+
P1
RC
47 k
RB
M2
+
A
M1
+
A
BC 140
+
M3 V
P
Fig.9
- 37 -
□ PRB.6. Ajuster la source de tension E2 pour obtenir à la sortie VCC = 10 V.
□ PRB.7. A l’aide du potentiomètre P1 régler le courant de base IBO = 0,4 mA.
□ PRB.8. Mesurer ensuit les valeurs de ICO et UCEO. Placer ce point de repos
expérimental Q'0 sur la droite de charge précédemment tracée en 2.2e.
□ PRB.9. Laisser le montage fonctionner un moment 10 minutes et reprendre les
mesures de IBO, ICO, et UCEO. Que peut-on constater ?
□ PRB.10. Explique ce phénomène en considérant que  augmente avec la température.
□ PRB.11. Eteindre la source de tension et mesurer la résistance de base RB. Que peuton constater ?
2.3 Etude de la polarisation par réaction de collecteur
□ PRC.1. Faire petite modification du montage précédent (fig.9) d’après le schéma de la
figure 5 (déplacer en bas sur une case la résistance de 47 k et un cavalier). Faire
vérifier le montage (par l’enseignant).
□ PRC.2. Brancher la source de tension et l’ajuster pour obtenir la tension VCC = 10 V.
□ PRC.3. A l’aide du potentiomètre P1 régler le courant de base IBO = 0,4 mA.
□ PRC.4. Mesurer ensuit les valeurs de ICO et UCEO. Placer
ce point de repos
expérimental Q''0 sur la droite de charge précédemment tracée en 2.2e.
□ PRC.5. Laisser le montage fonctionner un moment 10 minutes et reprendre les
□ PRC.6. Eteindre la source de tension et calculer le courant ICO d’après la formule (3)
puis d’après (4). Que peut-on constater ?
2.4 Etude de la polarisation par résistance de base et d’émetteur
□ PBE.1. Suivant le schéma électrique représenté sur la figure 6a modifier le montage
précédent comme c’est indiqué sur la figure 10. Ici : R1 = R2 = 10 k et RC = RE =
100 . Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
□ PBE.2. Pour le schéma de la figure 6b calculer les valeurs de ETh et RTh en prenant VCC
= 10 V.
□ PBE.3. Donner l’équation de la droite d’attaque, c’est-à-dire l’équation liant UBE, VCC,
RC, RE et IC, sachant que IE  IC.
- 38 -
E1
E2
0...15 V
5V
+
-
0
+
RC
P1
47 k
R1
M2
+
A
M1
+
P
A
BC 140
+
M3 V
R2
RE
Fig.10
□ PBE.4. En prenant l’équation de la droite d’attaque, montrer que :
E  U BEO
I BO  Th
RTh   RE
E  U BEO
ICO   Th
RTh   RE
et
(5)
□ PBE.5. Montre que si RE est grand devant RTh, la valeur de ICO ne dépend plus de  et
vaut
E
ICO  Th
RE
(6)
□ PBE.6. Déterminer le point de repos QO en calculant préalablement IBO et ICO en
utilisant les équations (5) puis (6), sachant que UBEO = 0,7 V.
□ PBE.7. Tracer la droite de charge IC = f(UCE).
□ PBE.8. Placer le point QO sur la droite de charge précédemment tracée en 2.4h.
- 39 -
□ Q.1. Le point de repos QO est-il au milieu de la droite de charge ?
□ Q.2. Si  augment, le point de repos QO se déplace-t-il ?
□ Q.3. Quel est intérêt de ce montage par rapport au précédent ?
□ PBE.9. Brancher la source de tension et l’ajuster pour obtenir la tension VCC = 10 V.
□ PBE.10. Mesurer les valeur de IBO, ICO et UCEO.
□ PBE.11. Retrouver la valeur de .
□ PBE.12. Placer le point de repos expérimental Q'0 sur la droite de charge
précédemment tracée en 2.4h.
□ PBE.13. Laisser le montage fonctionner un moment 10 minutes et reprendre les
□ PBE.14. Pour les valeurs mesurées précédemment calculer :

La puissance utile : P  U CEO  ICO

La puissance de commande : P'  U BEO  I BO

Comparer les deux valeurs. Commentaires ?
III. Exploitation des polarisations du transistor bipolaire
Le point de fonctionnement d’un transistor bipolaire est dépendant de la dispersion de son
paramètre technologique et de la température de la jonction émetteur-base. La nature du
circuit de polarisation permettant de « fixer » ce point de fonctionnement est, de ce fait, de la
plus grande importance. Dans ce problème considérer deux circuit élémentaires que l’on peut
utiliser avec ce composant actif. Il s’agit des circuits de « polarisation par la résistance de base
(fig.4) » et de « polarisation par la résistance de base et d’émetteur (fig.6) ».
Considérer le transistor utilisé dans ce TP donc le gain  est connu ainsi que UBEO == 0,7 V et
on impose un courant ICO = 50 mA et VCC = 10 V.
3.1 Circuit de polarisation par la résistance de base (fig.4 et le montage de la figure 8)
□ Q1.1. Déterminer les valeurs de RC et RB afin que le point de fonctionnement soit situé
au milieu de la droite de charge statique.
□ Q1.2. Calculer la dispersion relative
IC
du courant collecteur pour une variation de
ICO
température de jonction T =  20°C. On admettra que :
- 40 -
1 
 1% / C
 T
3.2 Circuit de polarisation par résistance de base et d’émetteur (fig.6 et le montage de la
figure 10)
Le circuit de la figure 6 est à polarisation mixte réalisée à l’aide d’un pont de base (R1 et R2)
et d’une résistance sur l’émetteur RE.
□ Q2.1 Quelles doivent être les valeurs de RC, RE, R1 et R2 pour que le point de
fonctionnement Q0 soit situé au milieu de la droite de charge statique et le courant
collecteur soit encore de ICO = 50 mA ?
□ Q2.2. Déterminer la valeur de la dispersion
IC
ICO
pour la même variation de
température de T =  20°C.
Directives pour la solution :
1. Polarisation pour que le point QO soit situé au milieu de la droite de charge et pour
lequel on souhaite obtenir un courant ICO précis
1.a - Règle du dixième : choisir une tension d’émetteur UEM approximativement égale au
dixième de la tension d’alimentation VCC, soit :
UEM = 0,1VCC
1.b - Choisir un point QO environ au milieu de la droite de charge statique, soit :
UCE = 0,5VCC
1.c - Par addition des tensions sur la maille collecteur, il s’ensuit qu’une tension d’environ
0,4VCC apparaît aux bornes de la résistance collecteur, d’où :
RC = 4RE
1.d - L’indépendance de IC par rapport à  entraîne la règle du
 RE
100
=
, d’où l’on
RTh
1
choisira le plus petit  auquel on risque d’être confronté :
RTh = 0,01RE
1.e - En sachant que RTh< R2 soit RTh  R2 on calcule R1 selon la règle de proportionnalité
du diviseur de tension (voire la figure 6a et 6b) :
- 41 -
V
E
R1  CC Th R2
E
Th
ΔI
2. Dispersion C
I CO
2.a - Polarisation par résistance de base
L’expression permettant le calcul de la variation relative du courant collecteur sera obtenue à
l’aide de l’équation suivante (voire l’expression 2) :
V V
ICO   I BO   CC BEO
RB
En admettant que les termes VCC et RB ne dépendent pas de la température, la différentielle de
l’expression précédente donnant le courant collecteur s’écrit :
dI C
V
 U BEO
 CC
d
RB
En passant aux accroissements, il vient :
I C
I CO



2b.- Polarisation par résistance de base et d’émetteur
Pour évaluer l’influence de la température sur ICO, on exprime ce courant en fonction de IBO à
l’aide de l’équation (3) :
ICO   I BO 
 (VCC  U BEO )
RC   RB
On trouve la différentielle de courant ICO en fonction de  :
dIC
E  U BEO
R
  Th
( Th )
R
d
2
( Th  RE )2

Ce qui donne, en passant aux accroissements :
 IC
RTh


I CO RTh   RE 
IV. Conclusion
Faire la conclusion en quelques lignes.
- 42 -
TP N°06
AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL :
CARACTERISTIQUES EN COURANT CONTINU
Buts
1. Déterminer la réponse en tension avec contre-réaction.
2. Déterminer le facteur d’amplification et le courant de sortie maximum d’un circuit à
inverseur et analyser le courant dans la branche de contre-réaction.
3. Déterminer le facteur d’amplification d’un circuit de sommation.
4. A partir du rapport de l’amplification du signal différentiel à l’amplification à double
action, déterminer le rapport d’atténuation à double action de l’amplificateur différentiel.
Matériel
Résistance 100  2W
Potentiomètre 1 k 1 W
Potentiomètre 47 k 1.5 W
Résistance 4.7 k 5% 1.4W
Résistance 10 k (soit 15 k) 1% 0.5W
Amplificateur opérationnel 741
Cavalier
57674
57732
57792
57782
57752
57756
57885
50148
52145
531120
50145
1
2
1
1
2
3
1
3
1
1
2
6
I. Caractéristiques d’un amplificateur opérationnel en
courant continu (préparer avant TP)
Un amplificateur opérationnel (AO) comporte (fig.1):
l'une inverseuse (-)
 2 entrées
l'autre non inverseuse (+)
 1 seule sortie, où le signal US est mesuré par rapport à un point commun.
- 43 -
 Une source d’alimentation externe à courant continu  15 V par rapport au point commun.
L’AO est un amplificateur différentiel à grande gain en boucle ouverte Aol (ol : open loop),
c’est-à-dire en absence de contre-réaction.
+VCC
I+
+
IU+
U-
-
- VCC
US
-
Source à
CC
+
Point commun
Fig.1
L’AO idéal (parfait) remplit les conditions suivantes :
 Un gain différentiel infini en boucle ouverte :
Aol 
US
 , où   U  - U 

 La tension de sortie est nulle en absence de signal d’entrée.
 Les courants sur chaque entrée sont nuls : I+ = I- = 0. L’impédance d’entrée différentiel est
infini : Ze= .
 Une impédance de sortie nulle : Zs = 0. L’AO idéal est équivalent à la sortie à une source de
tension US de résistance nulle.
 L’AO est caractérisé par sa réponse en tension (tension de sortie en fonction de la tension
différentielle d’entrée).
La caractéristique US = f() comporte 3 zones :
US
U+ > U-  US = + VCC - zone de saturation positive
+VCC
U+ = U-   = 0
- régime linéaire

U+ = U-  US = - VCC - zone de saturation négative
-VCC
L’AO réel diffère sensiblement de l’AO idéal.
 Le gain en boucle ouverte n’est pas infini, mais de l’ordre de 104 à 106.
 L’impédance d’entrée n’est pas non plus infinie, d’où des courants I+ et I- non nuls.
 L’impédance de sortie n’est plus nulle, et le courant de charge sera donc limité.
- 44 -

La symétrie de l’AO n’est jamais parfaite ce qui signifie qu’une tension nulle en
entrée conduira à une sortie non nulle.
Les propriétés de l’AO sont principalement déterminées par le branchement extérieur.
1.1 Amplificateur de tension non inverseur : effets de la réaction. Calcul du gain.
Dans ce classe d’amplificateur le signal d’entrée attaque l’entrée non inverseuse, la réaction
réinjecte un échantillon de la tension de sortie sur l’entrée inverseuse  = U+ - U- (fig.2).
+

-
R2
Ue U+
US
R1
U-
Dans l’hypothèse d’un fonctionnement en régime
linéaire :
U+ = Ue (signal d’attaque) ;
R1
 = Ue - BUS et U  
U S  BU S
R1  R2
(échantillonnage de la tension de sortie US) ;
US  Aol  Aol (Ue  BUS ) donc US (1  Aol B)  AolUe
soit
Aol
1
R
U S  AclUe 
Ue  Ue  (1  2 )Ue
1  Aol B
B
R1
Fig.2
Donc US = AclUe : définition d’un gain en boucle fermée en raison de la contre-réaction Acl
(cl : closed loop).
Ici l’AO adapte la tension de sortie US, afin que la tension échantillonnée U- soit égale à la
tension d’entrée Ue : c’est la contre-réaction.
R2
1.2 Amplificateur de tension inverseur
Si le signal de sortie est en phase avec le signal
d’entrée pour l’amplificateur non inverseur, il
peut être utile dans certaines applications
d’avoir un signal en opposition de phase.
Le schéma principal d’un amplificateur
inverseue est donné par la figure 3.
Dans l’hypothèse d’un régime linéaire  = 0 :
R1
U R2
M
-

+
U R1
Ue
Rc
U-
U+
Fig.3
 = U+ – U-= 0  U- = U+ = 0 car l’entrée non inverseuse est connectée à la masse.
Le point M (fig.3) est une masse virtuelle, au potentiel de U-  0, mais où aucun courant ne
s’écoule.
UR1= Ue – U- = IR1R1 IR1= Ue/R1 et UR2= U- – US = IR2R2 car I+ = I-, donc IR1= IR2 = I.
Alors :
UR2 = – US = IR2
Donc
- 45 -
US
US  
R2
R
Ue soit U S  AclUe, avec Acl   2 (signe « - » indique inversion de phase).
R1
R1
1.3 Amplificateur sommateur inverseur
L’amplificateur
inverseur
peut
traiter
simultanément plusieurs entrées, car l’entrée
inverseuse est une masse virtuelle.
 = U+ – U-= 0  U- = U+ = 0
U R U U  Ui
U Ri  I i Ri  I i  i  i

Ri
Ri
Ri
R
R1
R2
U1
US
U2
UR = U- -US = -US =IR , I   Ii
i
U S  
i
R
Ui
Ri
Fig. 4
1.4 Amplificateur différentiel (soustracteur)
Les signaux d’attaque étant appliqués sur les entrées inverseuse et non inverseuse, les
propriétés de l’amplificateur inverseur et non inverseur sont exploitées.
En utilisant le théorème de superposition on trouve successivement :
 U2 = 0, US = f(U1)
-----------------------
 U1 = 0, US = f(U2)
---------------------U+  0 = UU 2  0  R2 I 
R1
  U S (U 2 )   U 2
0  U S  R1I 
R2
R2
R1
R
US  U 
U1  U S (U1 )  1 U1
R1  R2
R1  R2
R2
U 
 superposition :
U S  U S (U1 )  U S (U 2 ) 
R1
R
R
U1  1 U 2  1 U1  U 2 
R2
R2
R2
L’impédance d’entrée Re est finie :
Ue =U1 – U2 = R2I1 +  - R2I2 = R2(I1 – I2) = R2Ie  Re = Ue/Ie = R2.
R1
Fig.5 Amplificateur différentiel
R2
R2
U2
U1

R1
US
- 46 -
Si on applique le signal U1 par
l’intermédiaire d’un diviseur de
tension formé par R1 = R4 et R2 =
R3 on obtient un montage de
soustracteur :
R
R
U S  4 U1  1 U 2
R3
R2
2.1 Caractéristique d’un amplificateur de tension non inverseur
□ ANI.1. Réaliser le montage d’après le schéma électrique de la figure 6. L’exemple de
disposition des composants sur la plaque perforée est représenté sur la figure 7. Ici : R1
= 4.7 k, R2 = 10 k et les multimètres M1 et M2 sont numériques.
R1
+15 V
R2
+15 V
R
100 
P
1 k
V
R
-15 V
V
100 
-15 V
Fig.6
□ ANI.2.Faire vérifier le montage par l’enseignant.
□ ANI.3. Régler la source de tension continue à 15 V.
□ ANI.4. Appliquer à l’entrée du circuit des tensions Ue de valeurs différentes (en
utilisant le potentiomètre P et le multimètre M1) et mesurer (multimètre M2) la
tension de sortie US.
□ ANI.5. Compléter le tableau 1.
Tableau 1
Ue
(V)
M1
US
(V)
M2
-12
-9,0
-7,5
-6,0
-4,5
-3,0
0,0
- 47 -
3,0
4,5
6,0
7,5
9,0
12
E1
5V
+
E2
0...15 V
-
0
+
vers +15V
R1
R2
+
P
vers +15V
M2
+
M1 V
+
R
V
vers-15V
R
vers-15V
Fig.7
□ ANI.6. Tracer sur le document N°1 le graphe US = f(Ue).
□ ANI.7. Repérer et délimiter les domaines du régime linéaire et non linéaire.
□ ANI.8. Déterminer la valeur du gain Acl.
□ ANI.9. Comparer le gain Acl au terme 1 
R2
. En déduire une relation entre US, Ue et
R1
les résistances R1 et R2 en régime linéaire.
2.2 Caractéristique d’un amplificateur de tension inverseur
a) Gain d’un circuit à inverseur
□ AI.1. Modifier le montage précédent d’après le schéma électrique de la figure 8.
- 48 -
R1
+15 V
R2
+15 V
R
100 
P
1 k
V
V
-15 V
R
100 
-15 V
Fig.8
□ AI.2. Appeler l’enseignant avant de continuer.
□ AI.3. En variant à l’aide du potentiomètre P la tension d’entrée Ue (mesurée par le
multimètre M1) mesurer la tension de sortie US (multimètre M2) correspondante, puis
compléter le tableau 2.
Tableau 2
Ue
(V)
M1
US
(V)
M2
-12
-9,0
-7,5
-6,0
-4,5
-3,0
0,0
3,0
4,5
6,0
7,5
9,0
12
□ AI.4. Tracer sur le document N°2 le graphe US = f(Ue).
□ AI.5. Délimiter sur le graphe les zones des régimes linéaires et saturés. Justifier le
terme « inverseur » donné à ce montage.
□ AI.6. Déterminer la valeur du gain Acl .
□ AI.7. Comparer le gain Acl au terme 
R2
. En déduire une relation entre US, Ue et les
R1
résistances R1 et R2 en régime linéaire.
b) Courant de sortie maximum d’un amplificateur inverseur
□ AI.8. Modifier le montage précédent d’après le schéma électrique de la figure 9.
L’exemple du montage est donné par la figure 10.
- 49 -
R1
R2
4,7 k
10 k
+15 V
R
100 
P
1 k
47 k
V
R
P2
+15 V
-15 V
A
V
100 
-15 V
Fig.9
E1
5V
+
E2
0...15 V
-
0
+
vers +15V
M3
V
V
+
R1
R2
+
P
P2
vers +15V
M2
+
M1
R
V
vers-15V
R
vers-15V
Fig.10
- 50 -
□ AI.10. Régler la source de tension à 15 V.
□ AI.11. Ajuster à l’aide du potentiomètre P la tension d’entrée sur 2,0 V (mesurée par
le multimètre M1).
□ AI.12 Varier à l’aide du potentiomètre P2 la résistance de charge du circuit et
mesurer le courant de sortie IS (multimètre analogique M3) ainsi que la tension de
sortie US (M2) correspondante.
□ AI.13. Porter sur le document N°3 le graphe de variation US en fonction de IS. En
déduire la valeur du courant ISmax à partir lequel la tension de sortie commence à varie
c) Intensité de courant dans la branche de contre-réaction
□ AI.14. Modifier légèrement le montage précédent suivant le schéma électrique de la
figure 11.
□ AI.16. Régler la source de tension à 15 V.
R1
P2
+15 V
4,7 k
R
100 
P
1 k
V
R
47 k
+15 V
-15 V
A
V
100 
-15 V
Fig.11
□ AI.17. Ajuster à l’aide du potentiomètre P la tension d’entrée sur 2,0 V (mesurée par
le multimètre M1).
□ AI.18. Varier à l’aide du potentiomètre P2 la résistance de contre-réaction et mesurer
le courant IG (multimètre analogique M3) ainsi que la tension de sortie US (M2)
correspondante.
□ AI.19. Compléter le tableau 3.
□ AI.20. Porter sur le document N°4 le graphe de variation IG en fonction de RG.
Remarque : utiliser l’échelle logarithmique pour l’axe de RG (log10)
- 51 -
Tableau 3
US(V)
M2
-0,1
-1
-4
-8
-10
-11
-11,5
-12,0
-12,8
IG(mA)
M3
RG=US/IG
□ AI.21.Calculer IG d’après la relation : I G  
Ue
.
R1
□ AI.22. Faire la conclusion.
2.3 L’additionneur inverseur
□ AAI.1. Réaliser le montage d’un additionneur suivant le schéma électrique de la figure
12. Ici : R1 = R2 = R3 = 10 k (soit 15 k). Exemple de la réalisation d’un montage
est donné par la figure 13.
□ AAI.2. Appeler l’enseignant pour continuer.
□ AAI.3. Ajuster la source de tension sur 15 V.
R2
+5 V
R1
R3
+15 V
U2
R
+15 V
100 
U1
P
1 k
V
R
-15 V
V
100 
-15 V
Fig.12
□ AAI.4. En variant la tension U1 (à l’aide du potentiomètre P dans la plage de -5 à + 5
V) mesurer la tension de sortie US correspondante, la tension U2 étant constante et
égale à 5 V.
- 52 -
E1
E2
0...15 V
5V
+
-
0
+
vers +15V
R2
R1
R3
+
M1 V
P
vers +15V
M2
+
+
R
vers 0 V
V
vers-15V
R
vers 0 V
vers-15V
Fig.13
□ AAI.5. Reporter dans le tableau 4 résultats des mesures.
□ AAI.6. Tracer le graphe de la tension US en fonction de la somme des tensions
d’entrées U1 + U2.
□ AAI.7. Déterminer à partir de AAI.6 le facteur d’amplification AS et comparer avec la
relation reliant U1, U2 et US pour ce type d’amplificateur.
Tableau 4
U1(V)
M1
-5
-4
-3
-2
-1
0
US(V)
M2
- 53 -
1
2
3
4
5
2.4 Circuit en amplificateur différentiel
□ AD.1. Réaliser le montage d’un amplificateur différentiel en modifiant légèrement le
montage précédent suivant le schéma électrique de la figure 14. Ici : R1 = R’1 = 4.7k
et R2= R’2 = 10 k.
R1
R2
+15 V
U1
R
100 
P
1 k
R'1
V
R
+15 V
U2
V
-15 V
R'2
100 
-15 V
Fig.14
□ AD.2. Appeler l’enseignant pour continuer.
□ AD.3. Ajuster la source de tension sur 15 V.
□ AD.4. En variant la tension U1 (à l’aide du potentiomètre P dans la plage de -2 à + 10
V) mesurer la tension de sortie US correspondante, la tension U2 étant constante et
égale à 5 V.
□ AD.5. Reporter les résultats des mesures dans le tableau 5.
Tableau 5
U1(V)
M1
-2
-1
0
2
4
6
8
10
US(V)
M2
□ AD.6. Tracer le graphe de la tension US en fonction de la différence des tensions U2 –
U1.
□ AD.7. Déterminer à partir de AD.6 le facteur d’amplification AD et comparer avec la
relation reliant U1, U2 et US pour ce type d’amplificateur.
□ AD.8. Déconnecter la source de tension + 5 V et à l’aide d’un cavalier réaliser le
montage où U1 = U2.
- 54 -
□ AD.9. Appeler l’enseignant pour vérifier le montage.
□ AD.10. En variant la tension U1 (à l’aide du potentiomètre P dans la plage de -10 à +
10 V) mesurer la tension de sortie US correspondante.
□ AD.11. Reporter les résultats des mesures dans le tableau 6.
Tableau 6
U1 (V)
M1
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
US(mV)
M2
□ AD.12. Tracer le graphe de la tension US en fonction de la tension U1. En déduire le
facteur d’amplification d’équisignal (gain d’équisinal) AG le quotient de US par U1
pour U1 = U2.
□ AD.13. Calculer ensuit le facteur d’atténuation à double action  suivant l’équation :
  20log
AD
(dB)
AG
III. Conclusion générale sur AO (en quelques lignes)
- 55 -
TP N°07
UTILISATION DE L’OSCILLOSCOPE ET DU
GENERATEUR DE FONCTIONS
But
Se familiariser avec l’utilisation de l’oscilloscope et du générateur de fonctions par
intermédiaire de montages simples.
Matériel
Oscilloscope analogique HM303-6
Générateur de fonctions GFG-8020H
Câble de mesure BNC/fiche 4 mm
Connecteur BNC/fiche 4 mm
52145
57524
50145
1
1
1
1
1
1
1
I. Introduction
1.1. L’oscilloscope analogique à tube cathodique HM303-6 (voir annexe, page 61)
L'oscilloscope analogique permet de suivre sur un écran l'évolution d'un signal électrique en
temps réel, et d'en mesurer les caractéristiques principales tels que l'amplitude, la période, le
déphasage...
Son élément de base est (voir figure ci-dessous) : le tube cathodique, une ampoule de verre
maintenue sous vide,contenant le canon à électrons qui sont émis par un filament surchauffé,
phénomène appelé émission thermoélectronique et une série d'électrodes portées à un
potentiel positif. Grâce à celles-ci les électrons sont concentrés puis accélérés pour former un
faisceau dirigé vers la face avant du tube, qui fait office d'écran de l'oscilloscope. Sa surface
fluorescente, au point d'impact, transforme l'énergie du faisceau d'électrons en énergie
lumineuse pour former ce qu'on appelle communément le spot.
De part et d'autre du trajet du faisceau, en amont de l'écran de visualisation, des plaques
horizontales et verticales portées à un potentiel variable ont pour fonction de faire dévier le
trajet du faisceau, vers le haut ou vers le bas, vers la droite ou vers la gauche. Ces déviations
sont proportionnelles aux différences de potentiels auxquelles sont portées les plaques.
Ce système permet de faire décrire au spot sur l'écran une trajectoire directement
représentative du signal à étudier si la tension de celui-ci alimente les plaques horizontales et
si chacune des valeurs de la tension v(t) définit une position du spot prenant en compte les
variations du temps.
Pour permettre de mesurer les principales caractéristiques électriques de ce signal, l'écran de
l'oscilloscope est muni d'un réticule gravé, constitué de 11 lignes verticales et de 9 lignes
horizontales, qui constituent une grille de référence.
- 56 -
Le système de déviation verticale de l'oscilloscope reçoit les variations de tension du signal
d'entrée (INPUT CHI et INPUT CH II) afin de les visualiser sur l'écran (axe Y). Son gain
permet de définir la sensibilité verticale, exprimée en volt par division (VOLTS/DIV.). Plus la
gamme de sensibilité d'un oscilloscope est étendue, plus ses capacités d'analyse sont grandes;
elle varie ici de 5mV à 20 V par division dans la séquence imposée 1-2-5 (5 mV-10mV20mV-50mV-100mV-200mV...).
Le système de déviation horizontale de l'oscilloscope analogique contrôle les vitesses de
balayage du spot lumineux à l'écran. Le système est constitué d'un générateur de signal "dent
de scie" (ou rampe) conçu pour que le déplacement du spot soit une fonction linéaire du
temps.
C'est la raison pour laquelle le système horizontal d'un oscilloscope est appelé base de temps.
Suivant la vitesse de balayage choisie, le signal d'entrée est observé à intervalles plus ou
moins longs. Pour un signal de fréquence donnée, l'augmentation de la vitesse de balayage se
traduit par une dilatation horizontale de sa représentation à l'écran.
Le commutateur TIME/DIV qui sert au réglage est gradué en s/div. Comme pour le système
vertical, le réglage du système horizontal se réfère directement au système de divisions de
l'écran. La vitesse de balayage varie ici de 0,1 s à 0,2 s par division dans la même séquence
1-2-5.
Le système de déclenchement est d'assurer une relation entre le signal à mesurer et le
générateur de balayage, afin que le spot lumineux démarre toujours au même endroit du signal
(sinon on se retrouve à l'écran avec plusieurs traces du même signal non superposables).
Pour fonctionner, ce système requiert un signal de déclenchement qui peut être aussi bien le
signal étudié lui-même qu'un signal externe (on appelle ce signal source de déclenchement
TRIG.EXT).
Il faut en outre définir un point de déclenchement sur ce signal. La position de ce point est
défini par deux paramètres: la pente, positive ou négative – touche SLOPE le niveau de
tension - bouton LEVEL.
- 57 -
Lorsque le circuit de déclenchement "reconnaît" le niveau de tension et la pente choisie, le
générateur de balayage est automatiquement déclenché et une partie du signal est visualisée à
l'écran.
1.2. Le générateur de fonctions GFG-8020H (Fig.1)
Il délivre des signaux sinusoïdaux, triangulaires et rectangulaires dont la fréquence est
réglable en sept gammes logarithmiques de 1 Hz à 1 MHz.
Le signal désiré peut être sélectionné en appuyant sur la touche correspondante du
commutateur FUNCTION.
Les gammes de fréquence peuvent être sélectionnées en appuyant sur la touche
correspondante du commutateur RANGE Hz.
La fréquence souhaitée peut alors être ajustée avec le bouton FREQUENCY en gros
(COARSE) et en fine (FINE).
Le signal est conduit vers la douille OUTPUT 50 par le potentiomètre AMPL, l'amplificateur
et l'atténuateur. La tension de sortie est réglable de façon continue jusqu'à 20 V crête à crête et
peut être atténuée de 20 dB (bouton AMPLI tirée). Cette atténuation, dans le cas d'un signal
mixte, diminue en même temps et dans le même rapport l'amplitude de la tension
continue.
FUNCTION GENERATEOR
MODEL
GFG 8020H
RANGE
PWR
1 M 100 k 10k
1k
DUTY
FUNCTION
Hz
100
10
1
OFFSET
TTL
AMPL
INPUT
VCF
OUTPUT
TTL / CMOS
OUTPUT
50 
FREQUENCY
COARSE
FINE
Fig.1
La sortie TTL( bouton enfoncée) / CMOS (bouton tirée) donne uniquement en sortie, un
signal en créneaux.
Le générateur peut délivrer une tension continue réglable utilisée comme tension d'offset
additionnée au signal de sortie sélectionné. On utilise alors la commande OFFSET (bouton
tirée).
Le bouton DUTY (bouton tirée) permet de modifier le rapport cyclique d’un signal en
créneau.
- 58 -
II. Expérimentation de l’oscilloscope et du générateur de fonctions
2.1. Mise en service et réglage de l’oscilloscope (voir la notice correspondante
disponible dans le laboratoire).
2.1.1 Recommandations avant mise sous tension :
a) Vérifier que toutes les touches sont sorties.
b) Vérifier que les boutons rotatifs de « réglage continu de l’atténuateur d’entrée » et
sont en position calibrée soit : 14, 19,25 en butée à droite et de «inhibition » 23 en
buté à gauche.
c) Mettre les boutons de « décalage » Y- POS. I (5), Y- POS. (8), X- POS. (11) et de
« niveau » LEVEL (10) en position médiane (trait des boutons vers le haut).
d) Mettre le « sélecteur de déclenchement » TRIG. MODE (20) en position haute AC.
e) Mettre le bouton rotatif «base de temps » ou « balayage » TIME/DIV. (24) en
position intermédiaire, 1 ms par exemple.
2.1.2. Mise en route et réglage :
a) Appuyer d’abord sur touche de masse
(30) et (34) des voies CH I et CH II.
b) Mettre sous tension, une trace apparaît : sinon les points du 1 (recommandations).
c) Régler la luminosité et la finesse de la trace à l’aide des boutons INTENS (2),
FOCUS (4).
d) Régler la position horizontale de la trace avec le bouton Y- POSE. I (5).
e) Enfoncer la touche CHI/II (15) : une autre trace apparaît puis faire comme en 2d pour
CH II.
f) appuyer sur la touche DUAL (16). Constater.
2.1.3. La base de temps (ou balayage)
2..
Tourner le bouton TIME/DIV. (24) complément à gauche, puis revenir sur 1 ms.
Constater.
- 59 -
b) Appuyer sur le bouton X-Y (26) ; constater puis revenir rapidement sur1 ms.
ATTANTION ! Ne pas rester dans cette position en absence de signal
pour ne pas endommager l’écran.
2.2. Mesure d’une tension continue
2.2.1. Connexion
a) Pour le branchement (fig.2), on utilise un câble coaxial de mesure à placer sur la
prise INPUT CH I (28) ou (et) INPUT CH II (32).
b) On peut utiliser un connecteur BNC et deux fils simple (rouge et noire ou bleu).
c) Attention : sortie noire du câble de mesure ou du connecteur BNC est relié avec la
masse de l’oscilloscope.
2.2.2. Tension aux bornes d’une source de tension continue réglable
Remarque : avant de mesurer une tension continue à l’oscilloscope, il faut d’abord
repérer sur quelle ligne de l’écran le 0 V a été réglé (ligne de base)
a) Placer la trace initiale ou « zéro Volt » de la voie I (CH I) au milieu de l’écran,
et placer le bouton de « sensibilité de déviation verticale soit calibre » VOLTS/DIV.
Sur 2 V.
b) Sélectionner le couplage d’entrée CC (couplage direct) de la voie I (CH I) en
enfonçant le bouton poussoir CA CC (29).
c) On veut mesurer la tension Upn aux bornes de la sortie de la source de tension 5 V
à la voie CH I (fig.2) soit :
Oscilloscope
Source de tension
CH I
CH II
Fig.2
- la sortie noire du câble de mesure de CH I à la borne bleu et le connecteur central à
la borne rouge de la source de tension ;
- sortir alors la touche
(30) : constater ;
- 60 -
d) On veut mesure la tension Unp. Permuter alors les deux fils : soit la sortie noire du
câble à la borne rouge et le connecteur central à la borne bleu. Constater.
e) Changer le calibre avec le bouton 13. Constater, puis revenir à 2 V.
2.3. Visualisation d’une tension périodique symétrique
2.3.1. Connexion du générateur de fonctions GFG-8020H
Le générateur de fonctions (GF) est éteint et les boutons AMPL, TTL, OFFSET et DUTY sont
enfoncés.
a) On utilise le connecteur BNC à placer sur la prise OUTPUT du générateur GF.
b) Connecter le générateur GF à la voie CH I de l’oscilloscope (fig.3).
Générateur de
fonctions
Oscilloscope
TTL OUTPUT
CH I
50
CH II
Fig.3
c) Attention : les masse de l’oscilloscope et du générateur GF doivent impérativement
être reliées entre elles (rappel : bornes noires), sinon le GF est en court-circuit.
2.3.2. Réglages préliminaires de l’oscilloscope
a) placer la ligne 0 V au milieu de l’écran
b) enfoncer la touche
(30) sur l’oscilloscope.
c) enfoncer la touche CA CC (29).
d) sortir la touche
(30).
2.3.3. Afficher une tension
a) Mettre le GF sous tension.
b) Sélectionner la forme sinusoïdale, d’amplitude 3 V, et de fréquence 500 Hz.
- 61 -
c) Régler le balayage de façon à observer deux périodes, noter le calibre.
d) Régler la sensibilité de déviation verticale de la voie CH I, pour obtenir la plus
grande déviation verticale et noter le calibre.
2.3.4. Questions
a) La tension délivrée ici par le GF est variable, alternative, périodique, symétrique,
sinusoïdale ? Préciser ces termes.
b) Rappeler le calibre de base de temps, noter le nombre de divisions horizontales
correspondant à une période T ; en déduire la valeur mesurée de la période à
l’oscilloscope.
c) A partir de T, calculer la valeur de la fréquence f , puis comparer à la valeur
affichée sur le GF.
d) Modifier le calibre de base de temps puis de sensibilité verticale ; change t-on alors
les valeurs de la période et de l’amplitude ?
e) L’enseignant(e) ayant affiché une tension, mesurer son amplitude, sa période donc
sa fréquence ; la dessiner.
2.4. Visualisation d’une tension périodique non symétrique
2.4.1. Manipulation
a) garder les branchements et de données du E.III la touche 29 étant sur CC ;
b) brancher un voltmètre en « position continue V
» aux bornes du GF ;
c) tirer le bouton OFFSET du GF et le tourner.
2.4.2. Questions
a) En position continue le voltmètre mesure « la valeur moyenne d’une
variable » ?
tension
b) Préciser ce que vous remarquer sur l’écran de l’oscilloscope et le voltmètre.
- 62 -
ANNEXE
63
TP N°08
LE TRACÉ AUTOMATIQUE DE
CARACTÉRISTIQUES DES DIODES À L’AIDE DE
L’OSCILLOSCOPE
But
Se familiariser avec l’utilisation de l’oscilloscope pour obtenir le tracé automatique des
caractéristiques de diodes
Matériel
Diode Si 1N 4007
Diode luminescente rouge, LED 2, verticale
Diode Zener 6.2 V , 0.5 W
Cavalier
57674
57732
57851
57848
57855
57524
50145
50148
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
2
I. Principe du tracé automatique (préparation du TP)
Le tracé point par point des caractéristiques de diodes et autres composants électroniques non
linéaires est fastidieux et long. Du fait de l’affichage à deux dimensions, le tube cathodique de
l’oscilloscope convient bien à la représentation de ces caractéristiques et permet facilement
d’obtenir le tracé automatique. Comme toute la caractéristique est balayée à un rythme rapide,
on peut même dépasser la limite de dissipation autorisée sans endommager le composant
étudié.
Les courbes qui peuvent être présentées ont un caractère essentiellement qualitatif ; c’est
avec des instruments de mesure (voltmètre, ampermètre) qu’on a utilisé pour déterminer les
tensions ou intensités du courant essentielles.
L’exploitation d’une caractéristique exige des valeurs numériques. Au prix d’une certaine
complication, on peut étalonner les axes x et y de manière à lire directement sur un écran
quadrillé les tension et intensités du courant.
Pour tracer la caractéristique d’un composant, on relie ses bornes d’entrée à une tension
alternative (généralement entre 50 et 100 Hz) et ses bornes de sortie à amplificateur de
64
tension appliquée aux plaques verticales YY’ de l’oscilloscope. La même source alimente les
plaques horizontales XX’ avec amplificateur interposé (fig.1).
Comme la tension d’attaque est alternative, la tension appliquée varie constamment entre les
valeurs de crête positive et négative et explore donc la caractéristique entre ces deux points
limite. Une tension de même fréquence et phase produit la déviation horizontale, ce qui fait
qu’à chaque valeur de la tension d’entrée produisant une déviation verticale donnée
correspond une déviation horizontale qui représente cette tension d’entrée. On obtient donc
une suite continue de points de mesure.
Composant
étudié
G
Y
X
50...100 Hz
Amplificateur
X'
Y'
Fig.1
Le mécanisme de tracé de la caractéristique d’une diode est le suivant. Considérons le circuit
électrique représenté sur la figure 2, contenant un générateur G, une diode D (composant
étudié) branchée sur une résistance R. Le générateur G délivre à ces bornes une tension
d’alimentation du circuit Ve (t) alternative qui varie entre les valeurs de crête positive +
Vemax et négative - Vemax (fig.3).Durant une alternance positive (intervalle du temps de 0 à
T/2) la diode D est polarisée dans le sens direct de sa conduction et donc elle est conductrice.
Le courant i(t) traversant la diode et la résistance R produit dans celle-ci une chute de tension
VR(t), ayant la forme de l'alternance VR (t )  Ri (t ) positive du signal d'entrée.
XX'
D
GBF
Ve
R
Pendant l'alternance négative (intervalle
du temps de T/2 à T), la diode D est
polarisée dans le sens inverse de sa
conduction et elle présente une résistance
interne très élevée. Le courant négatif qui
traverse la résistance R est donc très
faible.
UD
masse de l'oscilloscope
UR
YY'
Fig.2
Donc la tension aux bornes de la diode durant l'alternance négative est égale à :
VR (t )  Ve(t ) . La figure 3 montre les formes des tensions à redresser Ve (t) et à la sortie
VR (t) du circuit.
65
Ve
1er cycle
alternance
positive
2ème cycle
altenance
négative
+Vemax
+
+
+
0
t
T/2
-Vemax
-
T
-
période T
VR
+
+
0
T/2
-
T
+
t
-
période T
Fig.3
La tension aux bornes d’une diode est appliquée aux bornes d’entrée de l’amplificateur de
déviation horizontale (XX’).
On branche les bornes d’entrée de l’amplificateur de déviation verticale (YY’) aux bornes
d’une résistance de valeur connue, placée en série avec la diode étudiée.
L’ordonnée du sport est ainsi proportionnelle à la tension aux bornes de la résistance, donc à
l’intensité du courant dans le circuit.
Les résistances d’entrée des amplificateurs sont élevées (de l’ordre du M), généralement la
présence de l’oscilloscope ne perturbe pas la mesure, le tracé du spot est par conséquent
semblable à la caractéristique de la diode.
Malgré tout, une complication vient du fait que chaque amplificateur a une de ses bornes
d’entrée reliée à la masse de l’oscilloscope. C’est le montage avec l’isolement galvanique de
générateur qui résout le problème des masses.
D’après le circuit de la figure 2 le générateur délivre une tension variable
Ve (t) = UD (t) + UR (t) soit VR (t) = Ve (t) – UD (t).
Sous tension inverse, la diode ne conduit pratiquement pas, et le courant dans la résistance est
quasiment nul, tout comme UD (t) = - Ve (t).
Sous tension directe, lorsque Ve (t)  US alors UD est voisine de US.
66
2.1. Le montage d’expériences
□ 2.1.1. Réaliser le montage du circuit d’après le schéma électrique (figure 2) en
utilisant une plaque perforée. Disposer le matériel, par exemple, comme c’est
indiqué sur la figure 4.
□ 2.1.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
vers CH I
vers GBF
a
D
b
R
.
vers CH II
Fig.4
2.2. Mise en service et réglage de l’oscilloscope HM 303- 6
□ 2.2.1. Vérifier que toutes les touches sont sorties.
□ 2.2.2. Vérifier que les boutons rotatifs de « réglage continu de l’atténuateur
d’entrée » et sont en position calibrée soit : 14, 19,25 en butée à droite et de
«inhibition » 23 en buté à gauche.
67
□ 2.2.3. Mettre les boutons de « décalage » Y- POS. I (5), Y- POS. (8), X- POS.
(1I) en position médiane (trait des boutons vers le haut).
□ 2.2.4. Sélectionner le couplage d’entrée CC (couplage direct) de la voie I (CH
I) et II (CH II ) en enfonçant le bouton poussoir CA CC (29) et CA CC (33).
□ 2.2.5. Enfoncer les boutons
CH II.
(30) et (34) pour désactiver les voies CH I et
□ 2.2.6. Positionner préalablement l’atténuateur d’entrée de la voie I CH I (13) et
de la voie II (CH II) (18) sur 1 Volt.
□ 2.2.7. Inverser la voie CH II en appuyant sur la touche INV. (35).
□ 2.2.8. Appuyer sur le bouton X-Y (26).
□ 2.2.9. Mettre l’oscilloscope sous tension, une tache lumineuse doit apparaître ;
ATTENTION ! Dans cette position il faut régler systématiquement la luminosité du spot
pour ne pas endommager l’écran.
□ 2.2.10. Régler la luminosité (bouton INTENS) (2) et éventuellement
l’astigmatisme (bouton FOCUS), (4) et positionner le spot au milieu de l’écran
(boutons X-POS et Y-POS.II).
2.3. Mise en service et réglage du générateur GFG – 2080 H
□ 2.3.1. Le générateur de fonctions est éteint et les boutons AMPL, TTL,
OFFSET et DUTY sont enfoncés ; connecter le générateur GFG avec le circuit
comme est indiqué sur la
figure 4.
□ 2.3.2. Sélectionner le signal sinusoïdal (FUNCTION) et la fréquence (RANGE)
0,2 Hz.
□ 2.3.3. Positionner le bouton AMPLI en position médiane (trait des boutons
vers le haut).
□ 2.3.4. Mettre le générateur sous tension.
2.4. Mesure du courant dans le circuit sur la voie CH II
□ 2.4.1. Insérer le cavalier (représenté sur la plaque perforée par les lignes
interrompues courtes) entre les prises (a) et (b).
□ 2.4.2. Insérer la diode LED2.
□ 2.4.3. Relâcher le bouton
(34) (CH II est activée).
68
□ 2.4.4. Régler l’amplitude de déplacement du spot (en manipulant avec AMPLI
du générateur) pour obtenir l’amplitude du courant traversant le circuit au
niveau de 30 mA (diode est en court circuit).
□ 2.4.5. Représenter sur le papier millimétré N°1 l’image obtenue en indiquant le
calibre et le nombre de divisions.
□ 2.4.6. Retirer le cavalier entre les points (a) et (b).
□ 2.4.7. Observer et mesurer le courant maximal dans le circuit.
□ 2.4.8. Représenter sur le papier millimétré N°2 l’image obtenue en indiquant
le calibre et le nombre de divisions.
2.5. Mesure de la tension appliquée aux bornes de la diode sur CH I
□ 2.5.1. Désactiver la voie CH II (enfoncer le bouton 34) et activer la voie CH I
(relâcher le bouton 30).
□ 2.5.2. Mesurer les tensions maximales aux bornes de la diode dans les
différentes phases (ici on peut observer les phases à l’aide de la LED 2).
□ 2.5.3. Représenter sur le papier millimétré N°2 l’image obtenue en précisant
chaque zone où la diode est conductrice (allumée) et où elle est bloquée
(éteinte).
2.6. Tracé automatique des caractéristiques des diodes LED 2 et 1N 4007
□ 2.6.1. Activer les deux voies CH I et CH II.
□ 2.6.2. Ajuster la fréquence du générateur sur 1 kHz.
□ 2.6.3. Observer et représenter sur le papier millimétré N°3 la caractéristique
obtenue et en déduire la tension seuil US et la résistance dynamique RD avec le
plus que possible précision (augmenter éventuellement la sensibilité de la voie
CH I et CH II).
□ 2.6.4. Remplacer la diode LED 2 par la diode 1N 4007.
obtenue en déduire la tension seuil US et la résistance dynamique RD.
2.7. Tracé automatique de la caractéristique de la diode Zener ZPD 6.2
□ 2.7.1. Remplacer la diode1N 4007 par la diode Zener.
□ 2.7.2. Positionner les boutons de calibres de CH I et CH II sur 2 V.
69
□ 2.7.3. Ajuster l’amplitude de sortie du générateur GBF sur la valeur maximale.
obtenue.
III. Conclusion (en quelques lignes).
70
TP N°09
LA DIODE DE REDRESSEMENT
But
Examiner le fonctionnement d’une diode en redressement. Vérifier expérimentalement le rôle
d’un condensateur sur l’ondulation de la tension redressée.
Matériel
Résistance 2.2 k 5% 1.4 W
Condensateur 1 F 5%
Condensateur 4.7 F 5%
Diode Si 1N 4007
Cavalier
57674
57732
57748
57815
57816
57851
57524
50145
50148
1
1
1
1
1
4
1
1
1
2
1
1
5
I. Redressement du courant alternatif (à faire avant d’arriver en TP)
1.1 Redressement simple alternance
La diode, présentant une résistance pratiquement infinie lorsqu’elle est polarisée en inverse,
peut être utilisée pour obtenir un courant unidirectionnel à partir d’un courant alternatif tel
que le courant sinusoïdal.
RS
D
RCh
e(t) = Vsint
U
Dans le circuit de la figure 1, la diode est
passante quand le potentiel de son anode est
supérieur à la tension de seuil US à celui de sa
cathode. Si on néglige les effets dus à la tension
de seuil, la charge RCh est traversée par du
courant uniquement pendent les alternances
positives.
Fig.1
On pose :
e(t) = Vsint = RS I(t) + U(t)
Or : e(t) = (RS +RCh)I(t)
Si e > 0 donc U(t) = e(t).RCh/(RCh +RS)
Si e < 0 donc U = 0
Pour une tension sinusoïdale dont une seule alternance est redressée, la valeur moyenne de la
tension est égale à :
71
1
U 
T
T /2
V
T /2
 V  sin t  dt   T cos t 
0
0

2V
V

2 
T
T
(1)
1.2 Redressement double alternance avec 4 diodes
Dans le montage précédent, la valeur moyenne de la tension U est faible car cette tension est
nulle la moitié du temps (T/2). On améliore le procédé en effectuant un redressement double
alternance.
On obtient ce redressement au moyen d’un pont de 4 diodes (pont de Graetz) représenté sur la
figure 2.
B
D1
D4
A
RCh
e(t) = Vsint
D2
U = RChI
D3
C
Fig.2
Quand e > 0 (0  t  T/2), les diodes D1 et D3 conduisent.
Le courant venant de A ne peut passer dans D4 placée en inverse, et ne peut passer en D2, car
elle aussi en inverse.
Pour e < 0 (T/2  t  T), les diodes D2 et D4 conduisent. Les diodes D1 et D3 sont bloquées.
Le courant traverse la charge RCh toujours dans le même sens.
On constate que :
-
la tension U est toujours positive ;
si la valeur de crête de e est très supérieure à la tension de seuil de la diode,
l’alternance positive de e est conservée, l’alternance négative change de signe.
En régime sinusoïdal on a :
U 
2V

(2)
1.3 Filtrage
La tension obtenue après redressement est unidirectionnelle mais elle n’est pas continue. La
forme de tension est périodique ; elle contient une composante continu (la valeur moyenne de
la tension redressée) et des harmoniques que l’on désire annuler : on fait suivre la cellule de
redressement par un filtre qui supprime les hautes fréquences.
72
RS
e(t) = Vsint
D
T
U
RCh
C
U
U
t
t1
t2
Fig.3
Fig.4
Le filtrage le plus simple fait appel à un seul condensateur C placé en parallèle sur la charge
RCh ( fig.3) et qui se comporte comme un réservoir d’énergie.
Sur la figure 4 on a désigné par t1 la duré de chargement du condensateur C. Durant cette
période la diode D est passante : le condensateur se charge rapidement (à condition que la
résistance RS + RD est très inférieure à celle de la charge RCh). On peut définir la constante de
temps de charge c = (RS + RD)C.
La tension crête atteinte aux bornes du condensateur est égale à V - US : on admet que la
résistance RCh est assez grande pour pouvoir négliger le courant de décharge dans RCh devant
le courant de charge.
Dès que V - US > e(t), le générateur est isolé de la charge RCh par la diode D qui est devenue
bloquée. Le condensateur se décharge dans RCh avec une constante de temps RChC. La qualité
du filtrage est d’autant meilleure que le courant de décharge est faible : il faut utiliser des
condensateurs de capacité élevée pour obtenir une constante de temps de décharge aussi
élevée que possible.
Le calcul rigoureux de l’amplitude des variations de la tension de sortie U est relativement
compliqué et long. Comme il est rarement nécessaire de connaître ces paramètres avec
précision on fera les approximations suivantes :
a) la période de décharge = T (approximation d’autant meilleur que U est faible).
b) la décharge se fait de manière linéaire (en réalité il s’agit d’une exponentielle).
Comme I(t) = CdV(t) / t, on a, en supposant I(t) constante = I moyen : dV = (I moyen / C)dt
Comme valeur de dt, on peut prendre la période de décharge T. Cette estimation est
pessimiste car la charge du condensateur débute avant la fin de la période.
L’ordre de grandeur de la tension d’ondulation est donc
U 
I
T
moyen
C

I
moyen
Cf
(3)
On peut estimer la valeur de Imoyen pour le cas le plus défavorable, soit Imoyen = V/(2RCh).
73
II. Manipulation
M.1 Redressement simple alternance
□ M.1.1. D’après le schéma électrique de la figure3 réaliser le montage comme c’est
indiqué sur la figure 5 (le condensateur C est rétiré); ici RS = 100  , RCh = 2,2 k.
□ M.1.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
vers CH I
vers GBF
fil rouge
RS
vers CH II
D
+
V
C
RCh
Fig.5
□
M.1.3. Mettre le générateur de fonction GBF sous tension; sélectionner la
forme
sinusoïdale du signal de la fréquence 500 Hz et de l’amplitude maximale.
□
M.1.4. Mettre l’oscilloscope sous tension et le régler pour visualiser les deux signaux
positionnés comme suit : au milieu d’écran - signal d’entré e(t) et au -dessous - signal
de sortie U(t)).
□ M.1.5. Représenter sur une feuille du papier millimétré N°1 les signaux e(t) et U(t).
□ M.1.6. À l’aide de l’oscilloscope et de la touche AC/DC (33) déterminer la valeur
moyenne du signal de sortie Umoyen.
□ M.1.7. À l’aide du voltmètre mesurer la valeur moyenne Umoy du signal de sortie et
comparer avec celle déterminé d’après la relation 1.
74
M.2 Filtrage par condensateur
□ M.2.1. Insérer le condensateur C de 1 F (voire la figure 5) et observer le signal de
sortie U(t).
□ M.2.2. Représenter sur une feuille du papier millimétré N° 2 les signaux e(t) et U(t).
□ M.2.3. À l’aide du voltmètre mesurer la valeur moyenne Umoy du signal de sortie.
□ M.2.4. À l’aide de l’oscilloscope et de la touche AC/DC (33) déterminer l’ondulation
crête à crête U du signal de sortie.
□ M.2.5. Calculer, en utilisant la relation (3), la valeur d’ondulation crête à crête et
comparer avec celle de mesure.
□ M.2.6. Remplacer le condensateur 1 F par un condensateur de 4,7 F et observer à
nouveau le signal de sortie.
□ M.2.7. Représenter sur une feuille du papier millimétré N° 3 les signaux e(t) et U(t).
□ M.2.8. À l’aide du voltmètre mesurer la valeur moyenne Umoy du signal de sortie.
□ M.2.9. À l’aide de l’oscilloscope et de la touche AC/DC (33) déterminer l’ondulation
crête à crête U du signal de sortie.
□ M.2.10 Calculer, en utilisant la relation (3), la valeur d’ondulation crête à crête et
comparer avec celle de mesure.
M.3 Redresseur double alternance, pont de Graetz
□ M.3.1. D’après le schéma électrique de la figure 4 réaliser le montage comme c’est
indiqué sur la figure 6.
□
M.3.2. Mettre le générateur de fonction GBF sous tension sans changer le réglage précédent.
□ M.3.3. Mettre l’oscilloscope sous tension et le régler pour visualiser le signal de sortie
U(t).
□ M.3.4. Représenter sur une feuille du papier millimétré N° 4 le signal de sortie U(t).
□ M.3.5. Mesurer la valeur moyenne Umoy du signal de sortie à l’aide du voltmètre.
□ M.3.6. Calculer d’après la relation 2 la valeur moyen de U(t) et comparer avec la
valeur moyenne
mesurée.
75
vers CH II
vers GBF
fil rouge
+
V
RCh
-
Fig.6
III. Conclusion (en quelques lignes).
76
TP N°10
CIRCUITS A DIODE :
REALISATION DE CIRCUITS DE RESTAURATION
POSITIVE, NEGATIVE ET DE MULTIPLICATEURS DE
TENSION
But
Le but consiste à réaliser successivement :
- un circuit de restauration positive et négative,
- un détecteur de tension crête à crête,
- un doubleur de tension,
- un tripleur et puis un quadrupleur.
Matériel
Diode 1N 4007
Condensateur 1 F 5 %
Cavalier
57674
57851
57815
50148
57524
50145
1
4
4
8
1
1
1
1
1
2
I. Fonctionnement des montages de différents circuits à
diode (à préparer avant les manipulations).
1.1 Circuit de restauration
Le circuit de restauration sert à ajouter une composante continue, positive ou négative, au
signal.
Soit le schéma suivant (fig.1)
 Expliquer le principe de fonctionnement du montage vu aux bornes de la résistance de
charge RL.
 Dessiner le signal de sortie VS et préciser la valeur de la tension crête à crête.

Faire la simulation à l’aide de WORKBENCH ou MULTISIM ou TINA.

Dessiner le schéma d’un circuit de restauration négative, et expliquer-le de la même
façon.
77
C1
+ VC
0
D1
v(t) = VCsin(t)
RL
VS
- VC
Fig.1
1.2 Détecteur de tension crête à crête
Si on met en cascade un circuit de restauration positive et un dipôle (diode et condensateur),
on obtient un détecteur de tension crête à crête (fig.2).
C1
D2
+ VC
0
D1
v(t) = VCsin(t)
C2
VS
- VC
Fig.2


Expliquer le principe de fonctionnement du montage vu aux bornes de la résistance de
charge RL.
Dessiner le signal de sortie VS et préciser la valeur de la tension crête à crête.

1.3 Multiplicateur de tension
Un multiplicateur de tension comprend au moins deux quadripôles (diode, condensateur) en
chaîne, qui produisent une tension continue égale à un multiple de tension de crête VC
d’entrée (2VC, 3VC, 4VC…) prise aux bornes des différentes condensateurs.
Ces alimentations sont utilisées surtout pour les installations à tension élevée et à faible
courant, comme par exemple les alimentations des tubes cathodiques (les tubes - image des
récepteurs TV, les oscilloscopes et consoles de visualisation d’ordinateurs).
1.3a - Doubleur de tension
Sur la figure 3, le doubleur de tension est formé d’un assemblage de deux quadripôles (diode,
condensateur) en chaîne.
78
C1
D2
- VC +
D1
+
C2
-
2VC
RL
VS = 2VC
Fig. 3
1.3b - Tripleur et quadrupleur de tension
En ajoutant un quadripôle et puis encore un autre quadripôle, on obtient successivement le
tripleur (fig.4) et le quadrupleur (fig.5) de tension.
VS = 3VC
RL
C1
C3
- VC +
D1
- 2VC +
D3
D2
C2
- 2VC +
Fig.4


Expliquer le principe de fonctionnement du doubleur, du tripleur et du quadrupleur de
tension.
Vérifier comme précédemment la tension de sortie.

79
C1
C3
- VC +
- 2VC +
D3
D2
D1
D4
C4
C2
- 2VC +
- 2VC +
RL
VS = 4VC
Fig.5
II. Manipulation
2.1. D’après le schéma électrique de la figure 5, réaliser le montage de l’installation
expérimentale en disposant les composants comme il est indiqué sur la figure 6 (exemple).
vers GBF
C1
C3
D1
D2
D3
C2
C4
masse
du GBF
masse
d'oscilloscope
Fig.6
80
D4
2.2. Faire vérifier le montage (par l’enseignant).
2.3. Régler les appareils :
□ 2.3.1 Générateur de fonctions GFG-8020H (GBF) : signal de sortie – sinusoïdal ;
fréquence – au voisinage de 500 Hz ; amplitude crête VC du signal de sortie – 4 V
(ajuster définitivement à l’aide d’oscilloscope).
□ 2.3.2.Oscilloscope HM303-6 : fonctionnement – en double voie ; mode de couplage
de la voie CH I et CH II – DC ; position des lignes de base – au milieu de l’écran
(ajuster pendant la manipulation).
Remarque : Dans toutes les expériences la résistance d’entrée de l’oscilloscope représente la
résistance de charge avec RL = 10 M.
2.4. Expérience avec le circuit de restauration.
□ 2.4.1. Relever le signal délivré par le GBF (voie CH I) et encas de besoin ajuster la
valeur d’amplitude crête sur 4 V. Positionner la ligne de base (bouton Y-POS.I) au
milieu de l’écran.
Remarque : Garder ce réglage durant toutes les expériences.
□ 2.4.2. Relever le signal aux bornes de la diode D1 (voie CH II) et positionner la ligne
de base (bouton Y-POS. II) sur la même ligne comme en 2.4.1.
□ 2.4.3. Reproduire les signaux relevés sur le papier millimétré (oscillogramme N°1) et
préciser tous les réglages. La figure 7 donne un exemple de la représentation des
résultats de l’expérience.
Oscillogramme N°1. Restauration positive du signal
CH I : 5 VOLTS/DIV.
CH II : 5 VOLTS/DIV.
TEMPS/DIV : 1 ms
Fig.7
81
□ 2.4.4. Retirer la diode D1 et la insérer dans la polarisation inverse.
□ 2.4.5. Reproduire les signaux observés sur le papier millimétré (oscillogramme N°2)
comme en 2.4.2.
□ 2.4.6. Placer la diode D1 en polarisation directe comme le montre la figure 6.
□ 2.4.7. Comparer les résultats observés avec les résultats théoriques déterminés en 1.1.
□ 2.4.8. Faire une conclusion en attirant l’attention sur la valeur de tension 2VC.
2.5. Expérience avec le circuit de détecteur de tension crête à crête
□ 2.5.1. Relever le signal délivré par le GBF (voie CH I) et le signal aux bornes du
condensateur C2 (voie CH II).
□ 2.5.2. Reproduire les signaux observés sur le papier millimétré (oscillogramme N°2)
comme sur 2.4c.
□ 2.5.3. Comparer les résultats obtenus avec les résultats trouvés en 1.2.
2.6. Expérience avec le circuit de tripleur et quadrupleur de tension
2.6.1 Circuit de tripleur de tension
□ 2.6.1.1. Déconnecter de la plaque perforée le câble de mesure de la voie CH I et la
désactiver (bouton GD).
□ 2.6.1.2. À l’aide de la voie CH II de l’oscilloscope mesurer successivement la tension
aux bornes des condensateurs C1, C2 et C3.
□ 2.6.1.3. Mesurer la tension de sortie VS.
□ 2.6.1.4. Dessiner le schéma (schéma N°1) du circuit de tripleur de tension et porter les
valeurs des tensions mesurées aux bornes de chaque condensateur en précisant la
polarité. Indiquer et préciser sur le schéma N°1 la valeur de tension de sortie VS.
□ 2.6.1.5. En utilisant le multimètre numérique GDM 352A (résistance d’entrée est 10
M) reprendre les mesures des tensions aux bornes de chaque condensateur ainsi que
la tension de sortie VS. Reporter les résultats des mesures sur le schéma N°1.
□ 2.6.1.6. Mesurer à l’aide du multimètre la valeur efficace Veff de la tension d’entrée
délivrée par GBF. Calculer ensuit l’amplitude crête VC = 1,41Veff.
□ 2.6.1.7. Comparer les résultats des mesures obtenus en 2.6.1b, 2.6.1c et 2.6.1e. En cas
de grande différence entre aux refaire toute la série de mesure.
82
2.6.2 Circuit de quadrupleur de tension
□ 2.6.2.1. À l’aide de la voie CH II de l’oscilloscope mesurer successivement la tension
aux bornes des condensateurs C1, C2, C3 et C4.
□ 2.6.2.2. Mesurer la tension de sortie VS.
□ 2.6.2.3. Dessiner le schéma (schéma N°2) du circuit de quadrupleur de tension et
porter les valeurs des tensions mesurées aux bornes de chaque condensateur en
précisant la polarité. Indiquer et préciser sur le schéma N°2 la valeur de tension de
sortie VS.
□ 2.6.2.4. Reprendre les mesures des tensions aux bornes de chaque condensateur ainsi
que la tension de sortie VS en utilisant le multimètre numérique. Reporter les résultats
des mesures sur le schéma N°2.
□ 2.6.2.5. Comparer les résultats des mesures obtenus en 2.6.2a, 2.6.2b et 2.6.2d. En cas
de grande différence entre aux refaire toute la série de mesure.
III Conclusion générale (en quelques lignes)
83
TP N°11
FONCTIONNEMENT EN COMMUTATION D’UN
TRANSISTOR BIPOLAIRE
But
Mettre en évidence le comportement d’un transistor bipolaire en fonctionnement de
commutation :
 On commence par mesurer le S du transistor utilisé en mode dite saturation dure.
 On poursuit avec l’étude de ce type de polarisation pour le transistor BC 140
(NPN) utilisé comme interrupteur électronique.
 On fini avec du circuit de génération d’une tension en dents de scie.
Matériel
Résistance 1 k 5% 1.4 W
Condensateur 1 F, 63 V
Diode luminescente rouge, LED
Interrupteur unipolaire
Transistor BC 140
Cavalier
57674
57744
57756
57815
57848
57913
57876
50148
52145
57524
531120
50145
1
1
1
1
1
1
1
3
1
1
1
2
1
2
1
5
I. Transistor comme l’interrupteur électronique.
Fonctionnement en commutation (à préparer avant TP)
Un transistor bipolaire peut fonctionner en commutation.
En effet, sur un réseau de caractéristiques d’un transistor bipolaire branché en émetteur
commun, on peut distinguer les zones de fonctionnement suivantes (fig.1) :
- La région, qui entoure le point de repos Q0, correspond au régime linéaire normal,
c’est celle que l’on utilise comme amplificateur.
- 84 -
-
Les deux extrémités de la droite de charge statique correspondent à des régimes non
linéaires, ce sont ces deux régions que l’on utilise pour la commutation, le passage
d’une région à l’autre étant très rapide.
IC
IB
IB(mA)
VCC/RC
S
Q0
B
UCES
0,3
0,2
0,1
0,01
UCE
VCC
UBE
E0
a)
UBES
b)
Fig.1
Il est alors possible de réaliser l’un ou l’autre des deux états suivants :
-
-
Etat bloqué : si la tension base-émetteur est inférieure au seuil E0, le courant de base
est nul (fig.1a). Comme le courant collecteur est également nul, on a : IC  0 et UCE 
0. Le point de fonctionnement est en B (fig.1a), le transistor est à l’état bloqué.
Etat saturé (de saturation) : si la tension base-émetteur est supérieure au seuil E0, le
courant de base commence à circuler, ce qui entraîne le déplacement du point de
fonctionnement sur la droite de charge. Si le courant base a une valeur suffisamment
élevée, le point de fonctionnement se fixe en S dans la partie saturée (fig.1b), le
transistor est à l’état saturé.
Ainsi peut-on conclure :
En régime de commutation, un transistor se comporte comme interrupteur.
On peut représenter les deux états (ouvert et fermé) de cet interrupteur (fig.2a) en faisant
intervenir (pour l’état bloqué) le seuil E0 (fig.2b) et les tensions UBES et UCES (fig.2d)
correspondant à l’état saturé.
On sait, que le coefficient d’amplification en courant est plus faible dans la zone saturée que
dans la zone linéaire. Si min représente ce coefficient minimal, la saturation est bien réalisée
si l’on a : IB  IC/min.
L’application principale de la commutation concerne la réalisation de portes logiques (NON,
OU, ET ainsi que les bascules RS, JK, DT) qui sont à la base de l’informatique.
- 85 -
La commutation électronique permet aussi de réaliser des relais statiques qui remplacent les
relais électromagnétiques.
Sur la base de commutation du transistor bipolaire on réalise des générateurs de tension en
dents de scie largement utilisés dans les circuits d’alimentations des tubes cathodiques de
téléviseurs et de moniteurs d’ordinateurs.
IC
RB
C
B
C
IB B
C
B
RC
E
IE
VB
E0
V CC
U BES
a)
b)
UCES
c)
Fig.2
2.1. Circuit d’allumage d’une LED
□ 2.1.1. D’après le schéma de la figure 2, réaliser sur la plaque perforée et faire vérifier
par l’enseignant le montage simple pour allumer une LED rouge.
vers + V CC
0
+
1
vers + V CC
K
A
RB
RC
1 k
A
LED
RC
M1
A
1 k
+
+
+
M2
A
V
C
0
10 k
+
1
V M3
K
Fig.2
Fig.3
- 86 -
□ 2.1.2. Mesurer le courant du circuit IC ainsi que la tension UAC aux bornes de la LED
pour deux positions (0 et 1) de l’interrupteur K. Calculer la puissance utile du circuit :
Pu = IC UAC.
□ 2.1.3. Déterminer les états de la LED (obscure ou illuminé) en fonction de la tension
UAC. Reporter dans le tableau 1 les résultats d’observations et de mesures.
Tableau 1
Interrupteur K fermé (en 1)
IC
UAC
Interrupteur K ouvert (en 0)
IC
UAC
Etat de la LED
Etat de la LED
Puissance utile Pu
Puissance utile Pu
2.2. Transistor en mode de saturation
□ 2.2.1. Soit le schéma du circuit électrique de la figure 3. On donne : RB = 10 k, RC =
1 k, VCC = 10 V, UBES = 0,8 V et S = 10 (saturation dure). Calculer IB, IC et UCE en
fonction de la position de l’interrupteur K (0 et 1).
□ 2.2.2. Réaliser et faire vérifier par l’enseignant le montage d’après le schéma de la
figure 3 (l’exemple d’un montage correspondant est donné sur la figure 4).
□ 2.2.3. Allumer la source de tension et ajuster E2 sur 10 V.
□ 2.2.4. Mesurer les grandeurs IB (M1), IC (M2), UBE (M3) et UCE (M3) déterminées
précédemment et reporter ces valeurs au tableau 2.
□ 2.2.5. Conclusion.
Tableau 2
Etat
IB
Calculs
IC
UCE
IB
Mesures
IC
UBE
UCE
S
Bloqué
(K en 0)
Saturé
(K en 1)
2.3. Transistor interrupteur
Afin de mettre en évidence le comportement d’interrupteur du montage précédent il faut le
modifier.
□ 2.3.1. Réaliser et faire vérifier par l’enseignant le montage d’après le schéma de la
figure 5 (l’exemple de disposition des composants sur la plaque perforée est donné
sur la figure 6).
- 87 -
E1
E2
0...15 V
5V
+
-
0
+
K
1
0
+
A
M1
RB
RC
1 k
+
M2 A
10 k
BC 140
+
M3 V
Fig.4
0
1
K
RB
RC
1 k
10 k LED
+
M1
A
+
M2
vers + VCC
A
+
V M3
Fig.5
- 88 -
E1
E2
0...15 V
5V
+
-
0
+
K
B
0
1
+
A
M1
RC
1 k
A
RB
+
M2 A
10 k
BC 140
+
V M3
E
Fig.6
□ 2.3.2. Allumer la source de tension et ajuster E2 sur 10 V.
□ 2.3.3. Pour deux positions de l’interrupteur K (0 et 1) mesurer IB (M1), IC (M2) et UBE
(M3) et UAE (M3).
□ 2.3.4. Reporter dans le tableau 3 les résultats des mesures en précisant l’état de la
LED (obscure ou illuminé).
□ 2.3.5. Calculer la puissance de commande : Pb = IBUBE et la puissance utile : Pu =
ICUAE.
□ 2.3.6. Conclusion.
IB
Interrupteur K en position 0
IC
UBE
UAE
Pb Pu IB
Etat de la LED
Tableau 3
Interrupteur K en position 1
IC
UBE
UAE
Pb Pu
Etat de la LED
- 89 -
□ 2.3.7. Modifier légèrement le montage précédent (fig.6) comme c’est indiqué sur la
figure 7 (ne pas brancher le condensateur C utilisé dans un autre montage qui suit).
Dans ce montage le circuit de base du transistor est attaqué par un échelon de tension
carré E délivré par le générateur GBF.
□ 2.3.8. Brancher le GBF et sélectionner le signal carré de la fréquence d’environ
quelques Hz et d’amplitude maximale.
□ 2.3.9. Observer le clignotant de la LED. Explication ?
□ 2.3.10 Allumer l’oscilloscope et positionner les calibres de la voie CH I sur 10 V/DIV
et CH II sur 5V/DIV (préalablement) ; le bouton de base de temps est préalablement
sur 0.1 s/DIV.
□ 2.3.11. Disposer les lignes de base de CH I et CH II de telle façon pour qu’on puisse
bien visualiser les deux signaux : de l’entrée (la sortie du GBF) et de la sortie (tension
UCE).
□ 2.3.12. Reproduire les signaux sur l’oscillogramme N°1 en précisant l’état de la LED.
Explication ?
vers GBF
masse +
E1
CH I CH II
5V
+
E2
0...15 V
-
0
+
K
0
1
RC
RB
1 k
10 k
BC 140
C
Fig.7
- 90 -
2.4. Transistor commutateur de courant
Une autre utilisation élémentaire du transistor en commutation est le montage en commutateur
de courant.
Dans le circuit de la figure 8 le condensateur C se charge en absence de la tension sur la base
du transistor. L’apparition de la tension de saturation UBES provoque une décharge brutale du
condensateur C par le courant de la jonction collecteur-émetteur.
0
vers GBF
1
vers + VCC
K
RB
10 k
1 k
C
Fig.8
□ 2.4.1. Représenter la phase de la charge et de la décharge du condensateur C.
Rappel : La tension aux bornes d’un condensateur C durant le chargement varie comme suit :

t 
u (t )  E 1  exp( )  avec 1 = R1C et
1 

celle durant le déchargement est : u (t )  E exp(
t
2
) où 2 = R2C.
□ 2.4.2. Brancher le condensateur C (représenté par les lignes interrompus -courtes sur la
figure 7) entre le collecteur et l’émetteur du transistor (LED n’a pas pratiquement
d’influence sur le phénomène à étudier).
□ 2.4.3. Ajuster le GBF sur 200 Hz et observer le signal aux bornes du condensateur C
(ajuster correctement la base de temps et le calibre de la voie CH II). Représenter le
signal obtenu sur l’oscillogramme N°2.
□ 2.4.4. Varier la fréquence du signal d’entrée (500 Hz, 1 kHz et 2 kHz) en présentant
pour chaque fréquence le signal de sortie correspondant (comme dans le cas
précédent).
□ 2.4.5. A partir de la quelle fréquence du GBF la tension aux bornes du condensateur C
varie presque linéairement ? On obtient un signal qu’on appelle le signal en dents de
scie.
III. Conclusion générale (en quelques lignes).
- 91 -
TP N°12
AMPLIFICATEUR A TRANSISTOR BIPOLAIRE:
CIRCUIT DE PRINCIPE
But
1. La conception du circuit de principe d’un amplificateur classe A en émetteur commun.
2. Vérification expérimentale de fonctionnement de cet amplificateur.
Matériel
Résistance 680  2 W
Résistance 47 k 1% 0.5 W
Transistor BC 140
Cavalier
57674
57742
57764
57876
52145
531120
50148
57524
50145
1
1
1
1
1
2
1
6
1
1
2
1
6
I. Conception du circuit en question (à préparer avant
TP)
La figure1 donne un exemple d’amplificateur à transistor bipolaire soumis aux
fonctionnements statique et dynamique. Il s’agit d’un circuit de principe que l’on a simplifié
afin d’en faciliter l’étude. D’une part, on déterminera les conditions de fonctionnement dans
le régime statique qui est imposé par les deux sources de courant continu VB et VCC, et
d’autre part, on analysera le fonctionnement dynamique imposé par le générateur de tension
sinusoïdale e(t). Cela permettra d’établir et de montrer comment s’utilisent les schémas
équivalents dans ces deux régimes de fonctionnement.
On donne : UBE = 0,6 V,  = 100, UT = 26 mV, e(t) = Emsint, avec Em = 1 V.
- 92 -
RC
680 
RB
VCC
47 k
VB
15 V
5V
e(t)
Fig.1
1.1. Etude en régime statique (c’est-à-dire pour e(t) = 0).
□
1.1.1. Calculer l’intensité IB0 du courant de base.
□
1.1.2. En déduire les coordonnées du point de repos Q0 (UCE0, IC0).
□ 1.1.3. Tracer la droite de charge statique dans le plan IC(UCE) et porter le point Q0 .
1.2. Etude du régime dynamique.
□ 1.2.1. Décrire un modèle linéaire simplifié du transistor pour résoudre les problèmes
de petits accroissements.
□ 1.2.2. Déterminer les amplitudes des variations iB(t), uBE (t), iC(t) et uCE(t).
□ 1.2.3. Donner le schéma équivalent du circuit dans ce régime de fonctionnement.
□ 1.2.4. En déduire les expressions des gains en tension intrinsèque et composite.
DIRECTIVES DE CONCEPTION :
1. Régime statique
a  Calcule de IB0 :
L’équation de la maille d’entrée permet de déterminer IB0 :
VB = RBIB0 + UBE  IB0
b  Point de repos Q0 :
- 93 -
La maille de sortie du circuit permet d’écrire :
VCC = RCIC0 + UCE0 avec IC0 = IB0  UCE0
c  Droite de charge statique :
L’équation précédente permet d’écrire celle de la droite de charge statique :
I
C
-
V
1
U
 CC
CE R
R
C
C
2. Régime dynamique
a  Modèle linéaire simplifié du transistor
Le point de repos Q0 est défini par l’ensemble des grandeurs électriques caractérisant le
transistor en l’absence des signaux à amplifier. On affecte ces grandeurs de l’indice 0 : IB0,
IC0, UCE0. Les accroissements sont les variations de ces grandeurs électriques par rapport au
point de repos Q0. On les désigne par la lettre  : IC, UBE , UCE etc.
Soit un point de repos Q0 déterminé par le couple de grandeurs (IC0, UBE0). Le modèle du
transistor en fonctionnement normal direct peut être linéarisé lorsqu’on considère des
accroissements. En particulier la relation entre les accroissements de courant commandé et la
tension de commande devient :
IC = gmUBE,
où
U
I S exp BE 0
dI C
UT
I
gm 
à U CE  Cte  g m 
 C0
(1)
dU BE U
UT
UT
BE 0
Donc gm est la conductance de transfert du transistor.
La relation entre les accroissements du courant commandé et les accroissements du courant de
commande reste aussi linéaire :
IC = IB
Le paramètre rB correspond à la résistance dynamique de la jonction base-émetteur a pour
expression :
U
I S exp BE 0
U
I
dI B
UT
U
1
I B  I BS exp BE avec I BS  S dont on déduit:


 rB   T
UT

rB dU BE U
UT
IC 0
BE 0
b  Amplitudes des signaux alternatifs :
L’équation de la maille d’entrée dans les régimes statique et dynamique s’écrit :
VB + e(t) = RBIB0 + UBE0 +RBiB(t) + uBE(t)
On en déduit l’équation se rapportant au seul régime dynamique :
e(t) = RBiB(t) + uBE(t) = (RB + rB)iB(t)
(2)
- 94 -
Le terme rB représente la résistance dynamique de la jonction base-émetteur polarisée en
directe avec une intensité IB0 calculée précédemment. Donc :
i B (t ) 
e (t )
RB  rB
avec rB  
UT
I C0
La valeur crête de iB(t) est alors :
iB m 
Em
RB  rB
La valeur crête des variation uBE(t) de la tension base-émetteur : uBE(t) = rB iB(t), d’où
uBEm = rBiBm
Valeur crête des variation iC(t) du courant de collecteur : iC(t) = iB(t), d’où
iCm = iBm
Dans les régimes statique et dynamique, l’équation de la maille de sortie s’écrit :
VCC = RC(IC0 + iC(t)) + UCE0 + uCE(t) = RCIC0 + UCE0 + RCiC(t) + uCE(t)
L’équation du régime dynamique est par suite :
0 = RCiC(t) + uCE(t)
(3)
d’où :
uCE(t) = - RCiC(t)
et : uCEm = - RCiCm
c  Schéma équivalent
RB
e(t)
iB(t)
B
rB
C
uBE(t)
E
Fig.2 Schéma équivalent relatif à l’équation
de la maille d’entrée
iC(t)
RC
uCE(t)
E
Fig.3 Schéma équivalent relatif à l’équation
de la maille de sortie
- 95 -
Les figures 2 et 3 représentent les schémas équivalents correspondant aux équations (2) et (3).
L’association de ces deux circuits donne le schéma équivalent de cet étage amplificateur
(fig.4).
RB
e(t)
iB
B
rB
C
uBE
iC = iB
= gmuBE
RC
uCE = vS
E
Fig.4 Schéma équivalent du circuit en régime dynamique des faibles signaux
Les relations (2) et (3) permettent de ne plus représenter la variable t dans les écritures. La
variation uCE = vS constitue la tension de sortie dynamique de l’amplificateur (pour cet
exemple).
d  Gains en tension intrinsèque et composite
Par définition, le gain intrinsèque av est donné par la relation :
av 
vS
iC
  RC
u BE
u BE
En remplaçant iC par iB et iB par le rapport uBE/rB , on peut exprimer av. Cependant, le gain
en courant  est caractérisé par très forte dispersion. Il est préférable d’exprimer le gain
intrinsèque en fonction d’une grandeur que l’on peut rendre indépendante de . Il s’agit de la
grandeur gm déterminée par l’expression (1). Ainsi :
IC 0
IC 0
1
iC   i B  
u BE  
u BE 
u
 g m u BE
rB
 UT
U T BE
d’où :
a v   RC
g m u BE
  RC g m
u BE
On retrouve ce résultat en faisant le rapport des accroissements uCE et uBE (vérifier).
Par définition, le gain en tension composite correspond au rapport :
Av 
avec :
vS
vS u BE
u BE

 av
Em
u BE Em
Em
u BE
rB

Em
rB  RB
- 96 -
Le rapport uBE/Em est dit facteur d’atténuation d’entrée. Il pénalise le gain composite Av,
dont la valeur inférieur au gain intrinsèque av.
Le facteur d’atténuation d’entrée dépend de rB et donc du gain en courant . Le gain en
tension Av de ce circuit émetteur commun est donc sensible à la dispersion sur ce paramètre.
2.1. Montage de polarisation du transistor
□ 2.1.1. Réaliser le montage de la figure 5 d’après le schéma électrique représenté sur la
figure 1. Ici : M1 et M2 sont les multimètres analogiques et M3 est le multimètre
numérique.
Remarque : Dans cet expérience on n’utilise pas le générateur de courant alternatif e(t).
□ 2.1.2. Faire vérifier le montage par l’enseignant.
E1
E2
0...15 V
5V
+
RB
-
M1
+
0
+
M2
A
A
+
RC
680 
47 k
B
BC 140
C
+
V M3
B
E
Fig.5
□ 2.1.3. Allumer la source de tension et ajuster la tension VCC sur la valeur de 15 V.
□ 2.1.4. Mesurer les courants IB0, IC0 et la tension UCE0 et UBE0. Reporter dans le tableau
1 les résultats de mesures.
- 97 -
□ 2.1.5. Compléter le tableau 1 en représentant les valeurs théoriques de IB0, IC0 et UCE0.
□ 2.1.6. Porter le point de repos Q0 déterminé expérimentalement sur la droite de charge
statique et sel théorique.
□ 2.1.7. Comparer les résultats et faire la conclusion.
Tableau 1
IB0 (mA)
Circuit de polarisation du transistor : point de repos Q0
Théorique
Mesure
IC0 (mA)
UCE0 (V)
IB0 (mA) IC0 (mA) UBE0 (V) UCE0 (V)
M1
M2
M3
M3

2.2. Montage amplificateur à émetteur commun
□ 2.2.1. Modifier légèrement le montage précédent comme montre la figure 6. Voire
aussi le schéma électrique de la figure 1. Identifier les appareils utilisés et leur rôle.
□ 2.2.2 Faire vérifier le montage par l’enseignant.
E1
5V
+
GBF
+
RB
C
B
47 k
B
BC 140
E2
0...15 V
-
0
+
RC
680 
E
CH I CH II
Fig.6
- 98 -
□ 2.2.3. Ajuster le générateur GBF : sélectionner le signal sinusoïdal et positionner
RANGE sur 1 kHz; tirer le bouton AMPL (atténuation – 20 dB).
□ 2.2.4. Allumer le générateur GBF et l’oscilloscope.
□ 2.2.5. À l’aide de l’oscilloscope (voie CH I en mode AC, calibre 1 V/DIV.) régler
l’amplitude du signal d’entré (tension de sortie du GBF) sur la valeur 1 V. Observer
ce signal sur la deuxième ligne au-dessus sur l’écran d’oscilloscope.
□ 2.2.6. Sur la voie CH II (mode AC, calibre 1 V/DIV.) observer et mesurer la tension
entre le collecteur (C) et l’émetteur (E) uCEm. Positionner la ligne de base pour ce
signal sur la deuxième ligne au-dessous sur l’écran d’oscilloscope.
□ 2.2.7. Reporter les deux signaux observés sur l’oscillogramme N°1 dans l’échelle bien
choisi.
□ 2.2.8. Connecter la voie CH I avec la base (B) du transistor et mesurer la tension de
base uBEm.
□ 2.2.9. Reporter les deux signaux observés sur l’oscillogramme N°2 dans l’échelle
approprié.
□ 2.2.10. Remplir le tableau 2 en reportant les résultats de calculs théoriques.
Tableau 2
Analyse en alternatif : gain en tension
Mesure
Em
(V)
CH I
uBEm
uCEm
(V)
CH I
(V)
CH II
av
Av
uBEm
Théorique
uCEm
av
Av
□ 2.2.11. Enfoncer le bouton AMPL du GBF et le positionner sur l’indication MIN.
□ 2.2.12. À l’aide de l’oscilloscope (voie CH I et CH II en mode AC, calibre 2 V/DIV.)
observer le signal d’entré venant de la sortie du GBF et le signal aux bornes du
collecteur et émetteur (signal de sortie) au fur et au mesure d’augmentation du signal
d’entrée (régler l’amplitude du signal d’entrée progressivement de 1 V jusqu’à
l’apparition de la distorsion, puis l’écrêtage du signal de sortie).
□ 2.2.13. Expliquer pourquoi le signal de sortie commence se déformer à partir de
certaine tension du signal d’entrée ?
III Conclusion générale (en quelques lignes)
- 99 -

Composants Electroniques TP

Transcription

Documents pareils

stabilisation de tension par diode zener

AS71 - Scoda

BAC Pro Systèmes ystèmes Electroniques Numériques umériques

TP n1 Caracteristique d`une diode

AS71 - Atos

FEDERATION INTERNATIONALE DE GYMNASTIQUE

Préparation des assemblages soudés

Stabilisation par diode zener - Cours de mathématiques de

Untitled - Thorens

caracteristique d`une diode et point de fonctionnement

Ventilo-convecteur centrifuge Centrifugal fan coil unit