TD1 : Montage émetteur commun

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