Le Transistor Bipolaire en Haute Frequence

7/24/2019 Le Transistor Bipolaire en Haute Frequence

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VIII. Etude du montage charges rparties en hautes frquences.

Pour toute la suite, on utilisera comme exemple le schma dja dans le polycopi de cours par-

tir de la page 6. Ce montage appel montage charge rpartie avec dcouplage d'metteur a t

tudi en statique et en dynamique (basse frquence), et correspond au schma structurel ci

dessous.

+Vcc

R1

R2

C1R3

R5

R4

C2

C3

Vs

Ve

GND

T1

Rappel: Vcc=10V, R1=22k, R2=10k, R3=10k,

R4=1k, R5=2,2k.

C1, C2, C3 ont t calculs pour avoir une frquence

de coupure de 50Hz pour chaque condensateur de

liaison (C1 et C3) et de dcouplage (C2).

1) Etude du rgime dynamique en ajoutant les condensateurs Cbe et Cbc du transistor

(schma petits signaux).

On remplace le transistor par son schma quivalent simplifi en HF, et on reprsente le schma

quivalent en dynamique de l'ensemble (On passive les gnrateurs continus. on court-circuite les

gnrateurs de tension continue, et les condensateurs de liaison et de dcouplage. On enlve les

ventuels gnrateurs de courants continus).

Attention: certains condensateurs C jouent un rle de filtrage ou de compensation en frquence,

il faudra alors comparer leur frquence de coupure avec la frquence des signaux d'entre avant

d'apporter toute simplification (circuit ouvert ou court-circuit ou prise en compte dans le calcul).

Rappel du schma quivalent simplifi du transistor en HF.

Schma quivalent en du transistor en metteur commun (Giacoletto). Attention: Pour le mon-tage base commune, on adopte plutt un schma quivalent appel en T (qui n'est valable qu'en

HF).

On ne prend en compte que les

capacits Cbe et Cbc que l'on

confond souvent respectivement

avec Cib0(capacit d'entre en

base commune) et Cob0(capacitde sortie en base commune).

Attention le terme 1/h22 n'est pas

toujours ngligeable (de l'ordre de

10k 100k).

Sur la documentation RTC du transistor 2N2222A fournie dans le cours, on peut lire

Cc = capacit collecteur = 8pF, et Ce = capacit metteur = 25pF.

Le modle SPICE est bas sur des valeurs typiques. Voir: BIPOLAR.LIB, dans le rpertoire

" ORCAD \ Capture \ Library \ Pspice" utilisez l'diteur MS-DOS car le fichier est trop

Le transistor bipolaire en haute frquence.

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ib

h21.ib

h11

B C

E

1/h22Cbe

Cbc

Schma simplifi en BF


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volumineux pour le bloc note, et recherchez la chane de caractre " Q2N2222A". Recherchez

dans les diffrents paramtres du transistor. On trouve alors:Cjc=7,3pFet Cje= 22pF.

Schma simplifi du montage en dynamique avec les condensateurs Cbe et Cbc.

Si on nglige 1/h22par rapport R5 et Ru (rsistances en parallle), on obtient le schma suivant.

h11

ve

ib

R1//R2

R3

h21.ib

vsR5 Ru

ie

Rg

eg

is

0

Cbe

Cbc

Dmonstration du thorme de M il ler.

Ac reprsente l'amplification en charge: Ac= v2v1

De mme:

.model Q2N2222A NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9 Ne=1.307

+ Ise=14.34f Ikf=.2847 Xtb=1.5 Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1

+ Cj c = 7 . 3 0 6 p Mjc=.3416 Vjc=.75 Fc=.5 Cj e= 22. 01pMje=.377 Vje=.75

+ Tr=46.91n Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10)

* National pid=19 case=TO18

* 88-09-07 bam creation


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v1 =v 2 +Z.i1

v1 =Z1.i1 etv 2 =A c.v1

v1(1Ac)=Z.i1

Donc:v 1= Z

(1Ac).i1

Z1= Z

(1Ac)

v2 =v 1 +Z.i2

v2 =Z2.i2 etv 1 = v2

Ac

v21

1

Ac

=Z.i2

Donc:v 2= Z

1

1

Ac

.i2

Z2= Z

1

1

Ac

Thorme de M il ler.

Soit l'impdance Z place entre l'entre et la sortie d'un amplificateur dont l'amplification en

charge est Ac. L'impdance Z peut tre remplace par 2 impdances Z1 et Z2 places res-

pectivement l'entre (Z1) et la sortie (Z2) de l'amplificateur et telles que.

Ac AcV1 V1V2 V2

Z

Z1 Z2

i1

i1

i2

i2

Ru Ru

Z1= Z

(1Ac) Z2=

Z

1

1

Ac


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Aplication du thorme de Miller sur le montage charge rpartie:

Rem: Le thorme de miller est surtout utilis pour remplacer le condensateur Cbcpar 2 conden-

sateurs C1et C2, l'un en entre (C1= Cbc*(1-Ac)), et l'autre en sortie

(C2= Cbc*(1-1/Ac)).

Attention:Ac correspond ici vs/v1(v1tant h11.ib)

Rem:Pour simplifier, il est frquent de calculer Ac = vs/v1sans les condensateurs, puis on ajouteles condensateurs pour en dduire la modification de la fonction de transfert vs/ve , mais le rsul-

tat n'est alors qu'approch. Dans de nombreux cas la prcision obtenue est suffisante.

vs= h21.ib.(R5//Ru) etv1= h11.ib

On dduit: (h21=180, h11=2k, R5= 2.2k, Ru=4.7k).Ac= h21.(R5//Ru)

h11= 135

On obtient donc les valeurs de C1et de C2. soit1

j.C1.=

1

j.Cbc.

(1Ac)

(avec Cbc= 7,3pF)C1= Cbc.(1Ac)= 992pF

On remarque que lorsque l'amplification est ngative et importante, un condensateur mme de

faible valeur, peut se reporter en entre avec une valeur beaucoup plus grande et limiter la bande

passante de l'amplificateur (filtre RC passe bas).

Par contre correspond quasiment Cbc

.C2= Cbc.11

Ac

= 7,35pF

Les deux condensateurs ainsi forms apportent 2 filtres de type passe bas et donc 2frquences de

coupure. L'une correspond l'entre (condensateur Cbeen parallle avec C1, soit Cbe+C1), l'autre

la sortie (condensateur C2).

Ainsi: Ac total=(vsve)en charge=

vsv1

.v1ve=A c.

Z

Z+R3=A v.

Z

Z+R3.

Z

Z+R5

ou Z' correspond la mise en parallle de h11

avec (Cbe

+C1) et Z" la mise en parallle de C

2avec

Ru. Av= vsv1

= h21.Rh11

Ac total= Av.1

1+R3.1

Z

.1

1+R5.1

Z

=Av.1

1+R3.

1

h11+j.Ce.

.1

1+R5.1

Ru+j.C2.

h11

ve v1

ib

R1//R2

R3

h21.ib

vsR5 Ru

ie

Rg

eg

is

0

Cbe+C1 C2


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Ac total= Av. h11

(h11+R3).

1

(1+j.(R3//h11)Ce.). Ru

(Ru+R5).

1

(1+j.(Ru//R5)C2.)

Soit en regroupant Av' avec les pont diviseur rsistif suivit des deux fonction de transfert de type

passe bas.

On en dduit 2 frquences de coupure: fc1= 12..(R3//h11).Ce etfc2=1

2..(Ru//R5).C2

fc1= 12..(10k//2k).1014pF= 94,5kHzetfc2=1

2..(4,7k//2.2k).7,35pF= 14,5MHz

Rsultats de simulation avec PSPICE:

La simulation avec PSPICE

montre que la premire fr-

quence de coupure haute

correspondant fc1

est gale

143kHz alors que le calcul ne

donne que 94,5kHz.

Attention:Le calcul par le tho-rme de Miller est ici approch

puisque l'amplification en chargevarie.

1.0h 10h 100h 1.0K h 10K h 100Kh 1.0M h

Fr equency

Vdb(VS )- Vdb(VE)

50

0

-50

-100

-9db pour 51Hz

Courbe de gain

(143.301K,23.433)(4.0195K,26.464)

(51.090,17.430)

C1 =

C2 =dif=

3.9811K, 26.464

51.090, 17.430 3.9300K, 9.0343

Date/Time run: 11/19/94 11:32:10 Temperature: 27.0

Conclusion:Malgr les approximations de calcul, les rsultats peuvent tre proche de la simula-

tion ou de la pratique. Le calcul par le thorme de Miller est relativement pessimiste, car il sup-

pose que l'amplification en charge est constante. Or l'amplification diminuant, la capacit ramene

est donc plus faible, et la frquence de coupure plus leve.

Ac total= Av. h11

(h11+R3). Ru

(Ru+R5).

1

(1+j.(R3//h11)Ce.).

1

(1+j.(Ru//R5)C2.)


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