UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE … · Ce polycopie résulte de notes de cours d’Electronique générale que j’ai enseigné au niveau de ... Le chapitre 7 présente

Dr. Fatma Zohra CHELALI 1

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE

HOUARI BOUMEDIENE

Faculté d’Electronique et d’Informatique

Département Télécommunications

Rappels de cours d’électronique générale avec

exemples

A l’usage des étudiants de 2éme

année licence :

Electronique, Télécommunications et

Electrotechnique

Réalisé par :

Dr Fatma zohra CHELALI

Enseignante à l’USTHB, Faculté d’électronique et d’informatique

Année universitaire : 2013-2014


Préambule

Ce polycopie résulte de notes de cours d’Electronique générale que j’ai enseigné au niveau de

l’école supérieure des Techniciens d’Aéronautique. Il comporte des notes de cours et quelques

exercices d’applications.

Le manuscrit est présenté comme suit :

Le chapitre 1 présente quelques rappels sur les semi-conducteurs ;

Le chapitre 2 présente une étude sur le fonctionnement des diodes ;

Le chapitre 3 décrit le transistor à jonction ainsi que ses applications ;

Le chapitre 4 présente l’amplification à base de transistors ;

Le chapitre 5 présente le transistor à effet de champ ;

Le chapitre 6 présente l’amplification à plusieurs étages ;

Le chapitre 7 présente l’amplificateur à courant continu.

Ce polycopie étant essentiellement un ouvrage d’enseignement, je souhaiterai qu’il soit enrichi dans

le futur avec d’autres exemples. J’espère qu’il sera utile pour les étudiants de la deuxième année

Licence Electronique, Télécommunications et automatisme.


Sommaire

Rappels fondamentaux .................................................................................................... 5

Conduction dans les solides ............................................................................................. 5

Chapitre I .......................................................................................................................... 5

Les Semi-conducteurs ..................................................................................................... 5

Rappels fondamentaux sur les conducteurs .................................................................. 5

Mécanisme de conduction .................................................................................................................. 5

Mobilité-Résistivité ............................................................................................................................. 5

Isolants ............................................................................................................................... 6

1.1 Définition ..................................................................................................................... 7

1.2 Agitation thermique ................................................................................................... 7

1.3 Résistivité .................................................................................................................... 7

1.4 Les semi-conducteurs extrinsèques .......................................................................... 8

1.4.1 SC extrinsèque type N (SC dopé).............................................................................................. 8

1.4.2 SC extrinsèque type P ................................................................................................................ 9

1.4.3 Relation entre les concentrations en porteurs , résistivité ................................................... 10

1.5 La jonction PN ......................................................................................................... 10

1.5.1 Généralités ............................................................................................................................... 10

1.5.2 Jonction PN non polarisée ...................................................................................................... 11

1.5.3 Jonction PN polarisée .............................................................................................................. 13

Chapitre 2 ........................................................................................................................ 15

La diode à jonction ......................................................................................................... 15

2.1 symbole ..................................................................................................................... 15

2.2 Caractéristique courant – tension .......................................................................... 16

2.3 Diode zener ............................................................................................................... 18

2.4 Fonctions à diodes .................................................................................................... 21

2.4.1 Redressement simple alternance........................................................................................... 21

2.4.2 Redressement double alternance ........................................................................................... 22

2.4.3 Redressement simple alternance avec filtrage...................................................................... 24

2.4.4 Redressement double alternance avec filtrage capacitif ..................................................... 25

2.5 Autres applications ..................................................................................................................... 26

2.5.1 les limiteurs à diode.................................................................................................................. 26

Chapitre III ..................................................................................................................... 29

Le transistor à jonction .................................................................................................. 29

III- Description générale du transistor ........................................................................ 29

III-1- constitution ........................................................................................................... 29

III-2- Principe de fonctionnement et effet transistor .................................................. 29

III-3- Relations fondamentaux ...................................................................................... 31

III-4- Les trois montages fondamentaux à transistors ............................................... 31

III-5- réseaux de caractéristiques du transistor .......................................................... 33

III-6- Polarisation d’un transistor ................................................................................ 37

III-6-1- Polarisation par une résistance unique ............................................................................. 37

III-6-2- Polarisation par pont........................................................................................................... 39


III-6-3 résistance entre base et collecteur ....................................................................................... 40

III-6-4- Blocage et saturation d’un transistor ................................................................................ 40

Chapitre IV ..................................................................................................................... 42

Amplification à transistor .............................................................................................. 42

IV-1- Comportement en dynamique ............................................................................. 42

IV-1-a-les divers paramètres de définition d’un transistor ........................................................... 42

IV-1-b- les différentes configurations de montage d’un transistor .............................................. 43

IV-2-Schema dynamique du transistor émetteur commun ........................................ 44

IV-3-Amplificateur à émetteur commun ..................................................................... 44

IV-4- Amplificateur émetteur commun avec RE découplée ..................................... 47

IV- 5- Amplificateur à collecteur commun .................................................................. 50

IV-6- Amplificateur à base commune .......................................................................... 53

Chapitre 5 ........................................................................................................................ 58

LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP ................................................................ 58

5.1 Introduction ............................................................................................................. 58

5.2 Transistor à effet de champ à jonction .................................................................. 58

2.2.1 Constitution schématique ....................................................................................................... 58

5.2.2 Représentation symbolique .................................................................................................... 58

5.3 Fonctionnement du TEC ........................................................................................ 59

5.4 Polarisation automatique ........................................................................................ 61

5.5 Les applications du transistor à effet de champ .................................................... 61

5.6 Calcul des paramètres dynamiques de l’amplificateur ....................................... 62

Chapitre 6 ........................................................................................................................ 68

Amplification à plusieurs étages ................................................................................... 68

Liaison entre plusieurs étages ( couplage) ................................................................... 68

6.1 La fonction amplification ......................................................................................... 68

6.2 Introduction ............................................................................................................. 70

6.3 Couplage par un condensateur ............................................................................. 71

VI- 4- Couplage par transformateur ............................................................................ 72

6.5 couplage direct ......................................................................................................... 73

Chapitre 7 ........................................................................................................................ 75

Amplificateurs à courant continu ................................................................................. 75

7.1 Amplificateur différentiel ....................................................................................... 75

7.1.1 Définition................................................................................................................................... 75

7.1.2 Schéma du montage ................................................................................................................ 75

7.2 Amplificateur opérationnel .................................................................................... 79

7.2.1 Définition.................................................................................................................................. 79

7.2.3 Opérations sur les signaux à laide d’un AOP ....................................................................... 81

7.2.3.3 Intégration et dérivation .................................................................................... 85

7.2.3.4 Amplificateur exponentiel : .................................................................................................... 86

Exercices d’applications ................................................................................................ 89

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumedienne/ Electronique et informatique

Dr. FZ CHELALI 5

Rappels fondamentaux

Conduction dans les solides

Chapitre I

Les Semi-conducteurs

Rappels fondamentaux sur les conducteurs

Les conducteurs ont la propriété de permettre un passage facile du courant électrique. cette propriété

est dû au fait que les électrons dits externes se libèrent très facilement de la couche périphérique pour

circuler de façon désordonnée à travers le réseau d’ions fixes du cristal .

Mécanisme de conduction

Appliquer une différence de potentiel revient à appliquer un champ électrique E

A l’intérieur du conducteur, dirigé vers le potentiel le plus faible.

Les é libres sont alors soumis à une force EF

e* et acquiérent un mouvement

d’ensemble vers l’extrémité de potentiel le plus élevé . ce déplacement constitue le courant électrique .

Remarque :

Le sens de déplacement est l’inverse du sens conventionnel du courant.

Mobilité-Résistivité

Les é soumis à une force constante devraient selon le principe fondamental de la dynamique

prendre un mouvement uniformément accéleré ; or les mailles du reseau ont des dimensions tel que

les é en moucvement heurtent sans cesse les ions fixes constituants le motif de ces mailles , ces

chocs provoquent un freinage très vite, les é libres acquiérent une vitesse limite que l’on admettera

proportionnelle au champ V=µE.

Le coefficient de proportionnalité µ s’appelle « mobilité » s’exprime en métres carrés par volt par

seconde.

E

é

Fé

F

Sens conventionnel du courant

E

V

V

Vdt


Dr. FZ CHELALI 6

Soit dQ la charge qui traverse une section droite du conducteur pendant un intervalle de temps

dt infiniment petit.

dQ=e.n.s.v.dt

e :charge de l’électron

n :la concentration en électrons par unité de volume .

s :section du conducteur.

V : vitesse d’écoulement.

Par définition

Evet

vsnedt

dQI

.

...

I=e.n.s.µ.E

Si on définit la densité de courant dans le conducteur par la relation

EJtireonetEneJS

IJ ....

Le coefficient dépend de n et µ du matériau , est appellé « conductivité » s’exprime en 11. m .

Son inverse est appelé « résistivité » du conducteur s’exprime en m.

Isolants

Les isolants ou diélectriques sont des matériaux ayant une résistivité très élevée :

mà .1010 168 , car ils contiennent très peu d’électrons libres. Un isolant est caractérisé par ses

propriétés électriques, mécaniques, chimiques et thermiques.

Les isolants interdisent le passage du courant (clacquage de l’isolant) est élevée

E

Bc

Bv

Metal

Bc

Eg BI

Semi- conducteur

E

Bande interdite

E

Bc

Isolant


Dr. FZ CHELALI 7

La bande de conduction contient des niveaux d’énergie succeptibles d’etre occupés par les é ayant

une énergie suffisante pour se libérer de l’attraction du noyau.

La bande de valence : succeptible d’etre occuppée par des é de valence lorsqu’ils sont dans leurs

états énérgétiques les plus faibles (au zéro absolu).

1.1 Définition

Les semi-conducteurs utilisés dans la fabrication des diodes et transistors sont des corps solides qui ont

des propriétés intermédiaires entre celles des conducteurs et celles des isolants à la température

ordinaire (25°c) . Aux très basses fréquences se comportent comme des isolants et aux températures

élevées comme des conducteurs.

Etudions la structure d’un semi-conducteur : Silicium

L’atome Si a 04 électrons sur la couche externe et pour se mettre à l’état stable ; il forme 04 liens

covalents avec les 04 atomes qui l’entourent.

1.2 Agitation thermique

Si la température du cristal de Si est supérieure au zéro absolu ; le cristal a reçu de l’énergie sous forme

thermique, cet apport d’énergie se traduit par une vibration des atomes. L’amplitude augmente avec

l’énergie sous l’action d’une agitation thermique intense, des électrons peuvent quitter leurs atomes

d’origine et devenir des é libres.

Un semiconducteur qui posséde un nombre égal de porteurs de deux éspéces est dit intrinséque (ni=pi)

1.3 Résistivité

Si on applique un champ éléctrique à l’intérieur du semiconducteur les porteurs libres prennent un

mouvement d’ensemble :

- les trous dans le sens du champ.

- Les é au sens inverse.

Si

Si

Si

Si

Si

Une liaison

covalente

Electron(-e)

Trou(+e)


Dr. FZ CHELALI 8

Ce double déplacement constitue le courant électrique.

On définit pour les porteurs négatifs : Vn=µn .E tel que µn : la mobilité des é

Et pour les porteurs positifs : Vp=µp.E tel que µp : mobilité des trous.

La conductivité des semi-conducteurs = conductivité des é + conductivité des trous.

)..( pinipn pne

la résistivité : )(.

1

)(.

1

)(

1

pnipnipini penepne

1.4 Les semi-conducteurs extrinsèques

1.4.1 SC extrinsèque type N (SC dopé)

le dopage d’un SC consiste à introduire des atomes étrangers dans la structure du SC à l’ordre d’un

atome d’impuretés pour 100 millions d’atomes de Si ou de Ge . les atomes dopeurs , sont des atomes

pentavalents comme L’ARSENIC (AS) ; le phosphore (P) : introduisons un atome pentavalent (P) dans

un cristal intrinsèque , cet atome ne peut créer que 04 liaisons avec les 04 atomes du Si voisins. Le 5éme

électron non engagé dans une liaison covalente sera facilement expulsé (En=0.01ev)

pV

é nV

E

nV

é

+ -

Si

Si

Si

P

Si

Si 5

éme é en

excès


Dr. FZ CHELALI 9

1.4.2 SC extrinsèque type P

Si on introduit dans un réseau une impureté trivalente ( Al, Bore, Galium) , les atomes d’impureté ne

peuvent établir que 03 liaisons covalentes avec les atomes de Si voisins ( ils fournissent un trou) , une

très faible énergie sera nécessaire pour qu’un électron d’une liaison voisine vienne combler ce trou

avec apparition d’un nouveau trou ( ces atomes trivalents appelés atomes accepteurs).

Si

Si

Si

P+

Si

Si Electron

libre

Ion

positif

Atome

donneur

Electron libre (e)

Ion positif (P+)

Si

Si

Si

B

Si

Si

Trou en

excès


Dr. FZ CHELALI 10

1.4.3 Relation entre les concentrations en porteurs , résistivité

Pour un semiconducteur type N :

Soit : ND la concentration en atomes donneurs.

(nn la concentration en porteurs négatifs

(pn la concentration en porteurs positifs

Un semiconducteur neutre nn =ND+pn)

La concentration en porteurs négatifs ( majoritaires ) est très supérieure à la concentration en porteurs

positifs ( minoritaires) nn >>pn d

ii

n

ii

nN

pn

n

pnp

La résistivité nd

NNe

..

1

Pour un semiconducteur type P :

Soit : Na : concentration en atomes accepteurs.

( np : concentration en porteurs négatifs)

( pp : concentration en porteurs positifs)

neutralité électrique du Sc : pp =Na+np

la concentration en porteurs positifs >>concentration en porteurs négatifs.

Pp>>np c'est-à-dire Pp=Na

Pp.np =pi .ni a

ii

p

iip

N

pn

p

pnn

..

La résistivité pa

pNe

..

1

1.5 La jonction PN

1.5.1 Généralités

On réalise dans un barreau de semiconducteur une conductibilité de type P dans une région et de type N

dans l’autre ; la zone de séparation est appelée jonction PN.

Si

Si

Si

B-

Si

Si

Ion

négatif

Trou libre


Dr. FZ CHELALI 11

Dans la région P : les trous sont porteurs majoritaires et les é sont porteurs minoritaires : les ions sont

stables négatifs.

Dans la région N : les é sont porteurs majoritaires ; les trous sont porteurs minoritaires : les ions stables

sont positifs.

1.5.2 Jonction PN non polarisée

1.5.2.1 Mécanisme et équilibre

Dans une jonction PN non polarisée , les porteurs majoritaires auront tendance à diffuser vers la

région opposée ou ils sont neutralisés par recombinaison ; on dit qu’il y’a diffusion par porteurs

majoritaires .

Après diffusion ;il résulte après voisinage de la jonction une disparition de porteurs libres , une

charge spatiale négative prend naissance dans la région P , et une charge spatiale positive prend

naissance dans la région N ; d’où l’apparition d’un champ éléctrique interne dirigé de N vers P .

Si Si

Si B

Si

Si

Si

Si

P

Si

Si

Si

Trou

Electron

libre

CRISTAL dopé

N

-

-

-

- +

+

+

+

P N

Jonction PN


Dr. FZ CHELALI 12

Un champ E

interne veut dire création d’une différence de potentiel ; cette ddp est appelée

barriére de potentiel.

- les trous ( charge +e) sont soumis à iEF

e. qui les renvoie vers la zone P.

- les électrons ( charge –e) sont soumis à iEF

e.' qui les renvoie vers N.

Remarque :

Seuls quelques électrons dotés d’une énergie cinétique suffisante pourront franchir la barriére de

potentiel ; ils donnent naissance à un courant naissance à un courant de diffusion Id.

iE

Accélère les porteurs minoritaires de chaque région, on a alors création d’un courant de

saturation IS .

La jonction en circuit ouvert ; un état d’équilibre s’établit : IS=Id .

1.5.2.2 Evaluation du courant

Soit Vd= ddp de la barrière de potentiel.

Nd le nombre de porteurs majoritaires qui se présentent devant la barrière.

Seuls les porteurs qui ont une énergie e.Vd vont traverser la zone de transition.

).

exp(.;).

exp(..

.).

exp(.

00

0

kT

VeII

kT

VeNaI

NaIKT

VeNN

dD

dD

DDd

D

à l’équilibre :

).

exp(.0kT

VeIII d

DS

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

P N

Zone de charge d’espace

Eint


Dr. FZ CHELALI 13

1.5.3 Jonction PN polarisée

1.5.3.1 polarisation directe

On porte l’extrémité de la région P à un potentiel supérieur à celui de l’extrémité de la région N.

Une telle ddp crée un nouveau champ externe iext EE

et de sens inverse.

extE

va aider les porteurs majoritaires à se déplacer ( vont franchir la barrière de potentiel) : Id

augmente la jonction PN en direct est conductrice.

1.5.3.2 polarisation inverse

On porte l’extrémité de la région N à un potentiel supérieur de la région P.

Cette nouvelle ddp crée un champ électrique externe < iE

et de même sens.

Ainsi, la barrière de potentiel est surélevée, le nombre de porteurs majoritaires qui franchissent la

barrière diminue. La jonction polarisée en inverse est bloquée tandis que le courant de saturation du

aux minoritaires reste constant.

1.5.3.3 Evaluation du courant

La jonction PN polarisée en direct (la tension V diminue)

I=Id – IS

IS

extE

+ -

Vd

Id

Eint

P N

IS

extE

+ -

Vd

Id

Eint

P N


Dr. FZ CHELALI 14

Avec

)exp(.

)exp(*)exp()(exp. 00

kT

eVII

kT

eV

kT

eVI

kT

VVeII

Sd

ddd

SSSd IkT

eVIIII )exp(

)1)(exp( kT

eVII S pour une jonction conductrice. Avec k=1.38*10

-23 J/K

la jonction PN polarisée en inverse :

le courant qui circule dans le circuit externe est très faible ( la tension V augmente)

)exp(1[

)exp(.

).exp(02

KT

eVii

KT

eViii

kT

VVeiiiii

S

SS

d

SS


Dr. FZ CHELALI 15

Chapitre 2

La diode à jonction

2.1 symbole L’application la plus élémentaire du semi-conducteur dopé est la diode.

Les diodes sont des composants actifs qui laissent

passer le courant dans un seul sens : celui de leur

flèche. Les diodes sont formées de deux cristaux

semi-conducteurs en Silicium ou en Germanium

dopés N ou P. Le courant électrique va dans

le sens P N. Lorsque la diode est passante, l'anode

est reliée au + et la cathode au -.En sens inverse, la

résistance est très importante (plusieurs centaines de k).

Si : VA> VC :la jonction PN est conductrice : diode conductrice

Si : VA < VC : la jonction PN est bloquée : diode bloquée

Courant traversant la diode : Id = I diffusion – I saturation.

P N

sens du

courant +

-

Anode Cathode

0,65V (Si) ou 0,3V (Ge)

Trous

Electrons libres

Barrière de Potentiel P N

I

V

CC

CO

Caractéristique d’une diode

idéale


Dr. FZ CHELALI 16

2.2 Caractéristique courant – tension

2.2.1 polarisation directe

V0: tension du seuil.

la résistance Rd de la diode :

Le courant croit de manière exponentielle puis tend à devenir linéaire à partir d’une tension de seuil

V0 : I devient proportionnel à V.

V= V0 + K Id =V0 + Rd. Id.

SENS

INVERSE SENS

DIRECT

0,7V

0,6V

Id

Ud

Id

V0

Rd Vd


Dr. FZ CHELALI 17

On écrira donc :

Diode( récepteur de Fcem V0 et de résistance interne rd.

2.2.2 Polarisation inverse

La tension VA-VC est importante et le courant i est faible : on l’appelle courant de fuite .la

caractéristique inverse peut être assimilée à une droite passante par 0

Vd = k id .

En polarisation inverse, une diode est équivalente à une résistance RI de très grande valeur.

Schéma équivalent caractéristique idéale

SENS

INVERSE

Id

Ud

RI grande

Clacquage

Iinv

Id

V

d

Uinv

Iinv


Dr. FZ CHELALI 18

2.2.3 Point de fonctionnement en régime variable

Le problème consiste à déterminer le point de fonctionnement du montage.

Les coordonnées de ce point sont solutions du système :

- id = f(Vd) caractéristique du dipôle

- Vd= e (t) – R id droite de charge

Le point de fonctionnement est donc l’intersection Mt des deux courbes dans le plan

(Vd, id).

Supposons que e (t) soit de la forme : e (t) =E+em sin (t.

e (t) varie entre les valeurs limites.

1ér

cas : em faible => le système travaille en régime de petits signaux.=> Régime linéaire .

La portion de caractéristique M1 M2 décrite peut-être assimilée à un segment de droite dont la pente

est appelée résistance dynamique du dipôle ; on définit :

i

Urd

résistance dynamique.

2éme

cas : em important.=> Le système travaille en régime de grand signaux => Il y a distorsion.

2.3 Diode zener

la diode zener est une diode a jonction pour laquelle la tension de claquage est connue avec

précision la valeur absolue de la tension inverse correspondant au claquage s’appelle : tension de

zener Uz0

Id

Ud

D1

D2


Dr. FZ CHELALI 19

Quant la tension inverse augmente => le champ électrique augment

=> Courant électrique inverse intense.

La diode en inverse est équivalente à un récepteur de F.c.e.m Uz0 et de résistance interne rz .

a- En direct

b- En inverse

Plage Zener

Vinv

Id (mA)

Ud

Vmax V0 VZ0

Imin

I0

IZmax

Rd

V0=0.

7


Dr. FZ CHELALI 20

Tant que la tension E n’atteint pas VZ ; la diode est bloquée : iZ=0.

Dés que la tension E dépasse VZ , la diode Zener est passante.

Remarque :

Pour une diode Zener idéale :

En direct : Vseuil=0 ; rd =0

En inverse : rZ=0.

2.3.2 Protection contre les surtensions

Lorsqu’on veut limiter la tension entre deux points d’un circuit à une valeur V0, il suffit de placer entre

ces deux points une diode zener de tension UZ0=V0.

RZ

VZ

UZ

Interrupteur

ouvert

Id

V

d

VZ

iZ

VZ

VZ


Dr. FZ CHELALI 21

Si e< UZ0 : la diode set bloquée.

Si e> UZ0 : la tension à ces bornes reste pratiquement égale à UZ0.

2.4 Fonctions à diodes

2.4.1 Redressement simple alternance

de 0 à : Ve > 0 => Va – Vc > 0 : diode passante => Vs =Ve .

de à 2 :Ve < 0 => Va - Vc => diode bloquée => Vs =0 .

me

VcontinuetensionV :

Une tension redressée idéale devra comporter seulement la composante continue ; pour caractériser

l’écart de ce cas idéal ; on définit le taux d’ondulation résiduelle.

V

V

Ve

VS

em


Dr. FZ CHELALI 22

créteàcréteamplitudeldemoitiélaV ' de l’ondulation résiduelle.

22

0 mm EEV

d’où

2

V

V : le taux est très élevé.

2.4.2 Redressement double alternance

2.4.2.1 Redressement à prise –médiane (transformateur à point milieu)

Un transformateur à point milieu est un transformateur qui permet de délivrer deux tensions de même

amplitude et de sens opposée.

de 0 à on a :

1

22

11

'

2:00

1:00

eS

ACe

ACe

VVoud

bloquéeestDdiodelaVV

passanteestDdiodelaVV

de à 2 on aura :

2

22

11

200

100

eS

ACe

ACe

VV

passanteDDiodeVV

bloquéeDdiodeVV


Dr. FZ CHELALI 23

2.4.2.2 Redressement en pont de diode

de 0 à on a :

D2 et D3 sont conductrices ; D1 et D4 sont bloquées : VS=Ve


Dr. FZ CHELALI 24

De à 2 on aura :

D2 et D3 bloquées ; D1 et D4 conductrices : VS=Ve

La valeur moyenne de ce signal redressé est :

mEV

.2

Le taux d’ondulation : 42

.2

m

m

E

E

V

V bien meilleur mais encore très élevé.

2.4.3 Redressement simple alternance avec filtrage

T: période du signal qui .alimente le circuit redresseur .choix de C tel que RC>>T.C Commence à ce

charger rapidement dès que e>0, la tension V à ces bornes monte pratiquement jusqu'à Em à t=T/4.A

partir de ce moment e décroit et la diode polarisée alors en inverse cesse de conduire, le condensateur

commence alors à se décharger à travers R.

Cette décharge se poursuit jusqu'à ce qu’elle devienne égale à V (point B).

La diode redevienne conductrice et recharge le condensateur jusqu'à point C et ainsi de suite.

V

Vmax

Vmin

A B

C

t


Dr. FZ CHELALI 25

On définit le taux d’ondulation :fCRL ...2

1

Pratiquement :

On calcule le taux d’ondulation comme suit :

minmax

minmax

minmax

minmax

'

2

2

VV

VVoud

VVV

VVVavec

V

V

2.4.4 Redressement double alternance avec filtrage capacitif

Filtrage d’un signal double alternance

Soit tEe m sin. on définit le taux d’ondulation :


Dr. FZ CHELALI 26

fCRV

V

...4

1

f : Fréquence du signal.

Le filtrage assure une amélioration du taux d’ondulation (résistance de charge très élevée)

Si tend vers 0 => Vs tend vers une tension continue .

• Définition : .U = Uond = ONDULATION du signal redressé

• Idéalement : signal DC Uond = 0 (en pratique: Uond < <)

2.5 Autres applications

2.5.1 les limiteurs à diode

2.5.1.1 limiteur à un niveau

E : tension de référence

D : diode réelle.

V est de la forme : EVavectV mm sin.

On se propose de tracer la caractéristique de transfert U=((V) et determiner graphiquement u(t).

*Si V<E+E0 la diode est bloquée, courrant dans R set nul et la tension U sera égale à

U=V………..(A)

*Si V>E+E0 diode passante, un courant i circule dans R et rd.

V-(E+E0) = (R+rd) d’où 0)( 0

rdR

EEVI

On détermine la fonction de transfert U = f(V).

U= rd i + (E+E0)………..(1)

V=Ri+U ………………(2)

.

De (2) on tire: R

UVi

et de (1) on tire : 00)( EEUR

rdV

R

rdUEE

R

UVrU d


Dr. FZ CHELALI 27

0)1( EEVR

rd

R

rdU

).........()..........()()( 00 BEErdR

RV

rdR

rdUEEV

R

rd

R

rdRU

à partir de (A) et de (B) ; on peut tracer la caractéristique suivante :

II-5-1-b- limiteur à deux niveaux : (écréteurs)

Soit VR1 et VR2 deux tensions de référence, supposons que VR2 > VR1>>Vd (R>>rd. D1et D2

U

V Diode

bloquée

U=V

E+E0

E+E0

La diode

conduit

U

t

Vm

- Um


Dr. FZ CHELALI 28

identiques.

1er cas :V<0 D1 passante ,D2 bloquée,U=VR1 une droite constante .

2ème cas : 0<V<VR1 D1 passante , D2 bloquée.

).(.

.

)(.

0

0

EErdR

RV

rdR

rdU

UiRV

EEirU d

3éme

cas : 21 RR VVV ; D1 et D2 sont bloquée U=V droite de pente 1.

4éme

cas : 2RVV D1 est bloquée et D2 passante .

U U

V

VR2

VR1

VR1 VR2


Dr. FZ CHELALI 29

Chapitre III

Le transistor à jonction

III- Description générale du transistor III-1- constitution

Un transistor à jonction comporte deux jonctions PN réalisés à partie de matériaux semi-conducteurs

extrinsèques dopés N(-) et P(+) de façon à obtenir 03 régions : 02 régions de même type séparés par

une région de type opposé.

Pour les deux types NPN et PNP , les 03 régions semi-conducteurs sont appelés : Emetteur (E) , base

(B) , Collecteur(C).

III-2- Principe de fonctionnement et effet transistor

N P P

P N N

Emetteur Base

Collecteur

+ + +

+

Base

Collecteu

r

Emetteur

Transistor

NPN

+ + +

+ PNP

Emetteu

r

Collecteu

r

Base


Dr. FZ CHELALI 30

Le transistor possède 02 jonctions :

Jonction Emetteur-base : E-B

Jonction Collecteur-base : C-B

Ou le principe dans un transistor PNP

la jonction E-B est polarisée en direct , il y’a donc diffusion des électrons majoritaires de l’émetteur

vers la base et diffusion des trous majoritaires de la base vers l’émetteur .

les é de l’émetteur arrivant dans la base y deviennent porteurs minoritaires dans la base ; ceux qui

échappent aux recombinaisons , arrivant aux voisinage de la jonction collecteur-base sont accélérés par

le champ interne et propulsés dans le collecteur .

pour qu’un nombre maximal des é émis par E soit collecté par « C » , il suffit que le nombre de

recombinaisons soit le plus faible possible , cette condition sera remplie si :

- la base est très mince et la surface de jonction C-B importante.

- La base est très faiblement dopée.

Ces particularités de structures étant réalisées , le pourcentage de recombinaisons est très faible et

l’ensemble des é émis est collecté presque intégralement , ce phénomène est appelé effet

transistor.

N P N

Eint Eint

Diffusion des

trous

Electrons émis

collectés

recombinaison

IE Ic


Dr. FZ CHELALI 31

III-3- Relations fondamentaux

Soit IE : courant émetteur ; IB : courant de base ; IC : courant collecteur.

est appelé Gain en courant.

IE=IB+IC

IC= 0. CBE II ICB0 : courant inverse à émetteur ouvert.

0

0

0

.)1(

...

)(

CBBc

CBBcc

CBCBC

III

IIII

IIII

0

0

*)1(*1

11

11

1

1*

1

CBBC

CB

BC

III

poseon

III

III-4- Les trois montages fondamentaux à transistors Un transistor est défini comme étant un quadripôle ayant un circuit d’entrée et un circuit de sortie

on réalise le transistor à 03 électrodes donc forcément une électrode commune à l’entrée et à la

sortie.

On obtient 03 montages ou le comportement du transistor est différent :

1-Emetteur commun.

2-Collecteur commun

3-base commune


Dr. FZ CHELALI 32

III-4-1- Montage EC :

Les grandeurs d’entrée : VBE ; IB

Les grandeurs de sortie : VCE ; IC

III-4-2- Montage BC :

Les grandeurs d’entrée VEB ;IE

Les grandeurs de sortie : VCB , IC

III-4-3- montage CC :

Les grandeurs d’entrée VBC , IB

Les grandeurs de sortie VEC , IE


Dr. FZ CHELALI 33

III-5- réseaux de caractéristiques du transistor Déterminer l’état de fonctionnement d’un transistor nécessite la connaissance de 06 variables :

-trois courants : IB ; IE ; IC.

-trois tensions : VCE ; VBE ; VCB.

pour un montage émetteur commun :

Ic=f(VCE) pour différentes valeurs de IB

Ic=f(IB) pour différentes valeurs de VCE

IB=f(VBE) pour différentes valeurs de VCE

VBE =f(VCE) pour différentes valeurs de IB.

signification des courbes :

III-5-1- Ic=f(VCE) à IB différents :

Cette famille de courbe permet de calculer la résistance de sortie , son gain en courant et la droite

de charge de l’étage.

La résistance de sortie du transistor est :

tconsIàI

VR B

C

CE

S tan


Dr. FZ CHELALI 34

III-5-2-Ic=f(IB) à VCE différents :

cette famille de courbe permet

de controler le gain en courant

du transistor et l’étude de ces

variations .

cstVàI

ICE

c

III-5-3- IB=f(VBE) à VCE différents :

IB= f(VBE) permet de calculer la résistance

D’entrée du transistor :

cstVàI

VR CE

B

BEe

IB1 IB2 IB(A)

Ic1

Ic2

Ic(mA)

VCE1

VCE2

VCE3

VBE1 VBE2

IB2

IB1

IB

VBE (V)

VCE3 VCE2 VCE1


Dr. FZ CHELALI 35

III-5-4- VBE= f(VCE) à IB différents :

Cette famille de courbe permet de déterminer

Le taux de contre réaction externe du transistor.

constIàV

VB

CE

BE

Courbe de caractéristique d’un transistor :

VCE1 VCE2 VCE(v)

VBE(v)

VBE1

VBE2

IB3

IB2

IB1


Dr. FZ CHELALI 36


Dr. FZ CHELALI 37

Caractéristiques idéalisées :

III-6- Polarisation d’un transistor La polarisation d’un transistor a pour but l’obtention des conditions de fonctionnement correspondant

au régime statique.

Le transistor est en régime statique lorsque la jonction E-B est polarisée en direct et la jonction C-B

polarisée en inverse, et que le transistor n’est traversé que par des courants continus . les grandeurs

électriques ( tension ,courant) prennent des valeurs déterminées notées IB0 , IC0 , VBE0 , VCE0 ,

l’ensemble de ces valeurs caractérisent l’état du repos du transistor.

III-6-1- Polarisation par une résistance unique

Détermination de la droite d’attaque :


Dr. FZ CHELALI 38

VBB polarise en direct la jonction B-E à travers RB.

VBB -RB*IB –VBE=0

B

BEBBB

R

VVI

cette relation IB=f( VBE) représente l’équation de la droite d’attaque statique.

(VBE0 ,IB0) sont les coordonnées

du point d’intersection E0 de la

droite d’attaque et de la

Caractéristique d’entrée du

transistor .

Détermination de la droite de charge statique :

Vcc polarise la jonction C-B en inverse

A travers Rc .

Vcc-Rc Ic – VCE=0.

c

CEcc

cR

VVI

Cette relation

est l’équation de la droite de charge statique

les coordonnées du point S0 pour un courant

IB(A)

Ic(mA)

VBB/Rb

IB0

VBE0

E0

Caractéristique

D’entrée

Droite

D’attaque

Ic (mA)

Vcc/Rc

VCE0 Vcc VCE

IC0

IB0


Dr. FZ CHELALI 39

de base de repos ( VCE0 ; IC0) pour IB=IB0.

E0 et S0 sont dits points de repos du transistor.

III-6-2- Polarisation par pont

on applique le théorème ( on déconnecte la charge entre B et M et on calcule la tension VBM)

ccpBM VRR

RIRV **

21

22

Pour la résistance de thé venin : on court- circuite Vcc et on calcule Req entre B et M :

21

2121

RR

RRRRRth

Le circuit équivalent est le suivant : même calcul qu’en III-6-1 pour retrouver Ic0 , IB0 , VCE0 et VBE0.


Dr. FZ CHELALI 40

III-6-3 résistance entre base et collecteur

VCE0-VBE0-RB*IB0=0

0

00

B

BECE

BI

VVR

Vcc-Rc*I-VCE0=0

Vcc-Rc(IC0 +IB0)-VCE0=0.

00

0

BC

CEcc

CII

VVR

On a supposé VBE0 ; IB0 ; VCE0 ; IC0 connus et on détermine les résistances RB et RC.

III-6-4- Blocage et saturation d’un transistor

Le point ou la droite de charge rencontre la courbe IB=0 s’appelle le point de blocage

(VCE(blocage)=Vcc).

VCE

Vcc/Rc

Ic

VCEsat Vcc

Icsat


Dr. FZ CHELALI 41

L’intersection de la droite de charge et de la courbe IB=IBsat s’appelle le point de saturation

ICsat=Vcc /RC et IBsat= ICsat/ .

A la saturation VCE = VCEsat : quelques dixièmes de volt . tous les points de fonctionnement entre le

blocage et le point de saturation composent la zone dite « active » zone ou le transistor est polarisé

normalement et ou l’effet transistor est obtenu.


Dr. FZ CHELALI 42

Chapitre IV

Amplification à transistor

IV-1- Comportement en dynamique IV-1-a-les divers paramètres de définition d’un transistor

Un transistor peut être considéré comme un quadripôle caractérisé par les relations existantes entre les

grandeurs d’entrée V1 , I1 et les grandeurs de sortie V2 , I2.

On définit un quadripôle par ses paramètres impédances - admittances ou hybrides.

Les paramétres impédances :

2221212

2121111

..

..

iZiZV

iZiZV

Les paramétres admittances :

2221212

2121111

..

..

VYVYi

VYVYi

Les paramétres hybrides :

2221212

2.121111

..

..

Vhihi

VhihV

Les paramétres hybrides sont les plus utilisés pour l’étude des transistors en régime dynamique en

basse et moyenne fréquence.

2

1

2221

1211

2

1*

V

i

hh

hh

i

V

Par définition 02

1

111 V

i

Vh impédance d’entrée du transistor

01

2

112 i

V

Vh Inverse du gain.

02

1

221 V

i

ih gain en courant.

V1

I1

V2

I2


Dr. FZ CHELALI 43

01

2

222 i

V

ih Admittance de sortie

IV-1-b- les différentes configurations de montage d’un transistor

IV-1-b-1- Montage base commune

cbbebc

ebebeb

Vhihi

VhihV

..

..

2221

1211

IV-1-b-2- Montage collecteur commun

eccbce

eccbcbc

Vhihi

VhihV

..

..

2221

1211

IV-1-b-2- Montage émetteur commun

ceebec

ceebebe

Vhihi

VhihV

..

..

2221

1211

E C

B

Vcb

Veb

ie ic

B E

C

Vec

Vbc

Ib Ie

B C

E

Vce

Vbe

Ib Ic


Dr. FZ CHELALI 44

IV-2-Schema dynamique du transistor émetteur commun

En pratique :

h11=1à5 K ; h12=10-4

. négligeable

h21=50à200 ; h22= 10-5

à 10-7

-1

le schéma dynamique simplifié :

IV-3-Amplificateur à émetteur commun


Dr. FZ CHELALI 45

CE : capacité de découplage.

CL : capacité de liaison.

Le schéma équivalent en dynamique :

On pose 11 RRRp et Lc RRR 0

Le schéma simplifié deviendra :


Dr. FZ CHELALI 46

1- Calcul du gain en tension :

e

S

VV

VG gain de l’amplificateur.

Ve=h11 . ib ; VS = -R0. iC =- R0. h21. ib

11

021.

h

Rh

V

VG

e

S

V la tension VS est déphasée de par rapport à Ve.

2- Calcul d’impédance d’entrée Ze :

11

11

1111

.

).(;

hR

hRZ

hRi

VihRVaon

i

VZ

p

p

e

p

e

eepe

e

ee

3- Calcul du gain en courant :

e

p

p

bbc

e

c

i ihR

Riihi

i

iG .;.;

11

21

p

P

e

ci

Rh

Rh

i

iG

11

21.

4- Calcul de l’impédance de sortie :

0 egi

VZ

S

S

S pour eg=0 ; V1=ib=0

iS= iL+iR+iC ; on a ic=0.


Dr. FZ CHELALI 47

LC

LC

LCS

LCS

S

L

S

c

S

SRR

RRRRZ

RRV

i

R

V

R

Vi

.11

IV-4- Amplificateur émetteur commun avec RE découplée

le schéma équivalent en dynamique :

1- Calcul du gain en tension :

).(..

).(..

11

''

bCEbBe

CLCCSLS

iiRihVViRV

iRRiRiRV

)2........().........(.

)1.......(....................).(

11 bcEbe

CLCS

iiRihV

iRRV


Dr. FZ CHELALI 48

)4()..........(

).3....(............ 22

bcEceS

cebC

iiRVV

hVii )5().........( bCESCE iiRVV

(5) dans (3) :

22)).((. hiiRVii bcESbc

(4) dans (6) :

cLccEbEbc iRRhiRhiRhii )..(..... 222222

D’où l’amplification en courant :

).(.1

.

2222

22

LcE

E

b

ci

RRhRh

Rh

i

iA

pour h22=0 ; )7.........(. bici iAiA

bEbe

biLcS

iAiRihV

iARRV

)1.(.

.)(

11

)1(

)(

11

iE

Lci

e

S

VARh

RRA

V

VG si h22=0 ;

.)1(11 EE

i

RRh

A

d’où E

Lc

VR

RRG

2- Impédance d’entrée du montage :

)1().1(.;

11

11

'

iE

e

bbiEbeb

B

e

beARh

ViiARihVi

R

Viii

transistorduentréedimpédanceZARhi

VeTiE

b

e ':)1(11

BeTe

eeTBe

e

eT

e

B

e

e RZZoudZZRV

i

Z

V

R

Vi '

111;

3- Calcul du gain en courant :

eTB

B

Lc

c

i

e

S

I

e

eTB

Bbc

Lc

c

S

bic

iE

e

bb

B

e

be

ZR

R

RR

RA

i

iGoud

iZR

Rii

RR

Ri

iAi

ARh

Vii

R

Viii

..'

.;.

.

)1(;

11

'


Dr. FZ CHELALI 49

4- Impédance de sortie :

)(

)(;..

)(

0

22

bcESce

bcEceScebc

Sc

c

S

ccS

S

S

S

iiRVV

iiRVVhVii

Vfi

R

Viiii

egi

VZ

bEcESbc iRhiRhVhii ...... 222222

Nœud A : diviseur de courant :

S

E

EEc

S

BgE

EEEc

S

BgE

EEEc

Sc

BgE

Ec

BgE

EcEc

SbEbcEc

c

BgE

Eb

VhR

hRRhi

VRRhR

RhhRRhi

VhRRhR

RhRRhi

VhiRRhR

Rhi

RRhR

RiRhi

VhiRhiiRhi

iRRhR

Ri

11

1

221

22

11

22

1

221

22

22

11

2222

22

11

2

22

11

22

222222

11

..

).(.

.).(

1

...

..

..

......

.

On néglige Bg RR devant RE+h11 et h22.RE devant


Dr. FZ CHELALI 50

On néglige ERh 1

22 devant ..11

1

22E

E

RhR

h

CSc

E

ECS

E

EcS

S

S

E

E

S

c

SS

c

C

S

S

E

E

S

c

RZRhR

hRRZ

hR

hRRV

i

Z

hR

hR

V

R

Vi

iR

Vidonc

hR

hR

Vi

)..

(

..

111

..

...

11

1

22

11

1

22

11

1

22

11

1

22

L’émetteur commun utilisé comme amplificateur :

- GV : gain en tension grand.

- GI : gain en courant grand.

- Ze : impédance d’entrée moyenne.

- Zs : impédance d’entrée moyenne.

IV- 5- Amplificateur à collecteur commun


Dr. FZ CHELALI 51

1- calcul du gain en tension :

11

1

22

1

22

1

2211

1

2211

1

221111

1

22

)1)((

)1).((

1/)(;.)(

).1)(.(..

).1).((

hRRh

RRh

V

VG

RRhdevantpetittrésesthiRRhhV

iRRhihVihV

iRRhV

V

VG

LE

LE

e

S

V

LEbLEe

bLEbSbe

bLES

e

S

V

le montage CC n’amplifie pas en tension.


Dr. FZ CHELALI 52

2- Impédance d’entrée :

grandeZRZ

ZZRV

i

Z

V

R

Vi

RRhh

V

R

Viii

i

VZ

eTBe

eeTBe

e

eT

e

B

e

e

LE

e

B

e

be

e

e

e

:

111;

)).(1( 1

2211

3- le gain en courant :

grandGRZ

R

RR

RGoud

R

ZRiii

ZR

Ri

i

VZiiiifi

iRR

R

RRh

Rhii

i

iG

I

BeT

B

LE

EI

B

eTBbee

eTB

Bb

b

eeTbebe

b

LE

E

LE

E

bS

e

SI

:.).1('

..

;;)(

).1()(

.).1(1

22

1

22

4-Impédance de sortie :

Bg

S

bbBgS

b

S

E

S

S

bS

S

S

S

RRh

VIIRRhV

ih

V

R

Vi

iiii

egi

VZ

11

11

1

22

'''

).(

).1(

).1(

0


Dr. FZ CHELALI 53

1

1

111

1

111

22

111

22

111

22

Bg

ES

BgES

S

Bg

SS

E

S

S

RRhhRZ

RRhhRV

I

RRh

V

h

V

R

Vi

Rg faible faibletrésh

ZhRRh

S

Bg

111

111111

Pour un amplificateur collecteur commun :

petiteZgrandeZgrandGG SeIV ;;;1

IV-6- Amplificateur à base commune


Dr. FZ CHELALI 54

1- le gain en tension :

b

LC

C

bc

LC

bC

eSe

C

eS

bC

CLCS

be

e

S

V

ih

h

h

RRi

ih

hi

h

RRiidanset

h

V

h

V

h

Vidans

h

VVii

iRRV

ihV

V

VG

)(1.

.)(.)3()2()4(

)4.......(...........

)3(2

)3.........(.

)2(..........).(

)1........(...........

1

22

11

1

22

1

22

11

1

22

1

22

1

2211

1

22

11

Généralement : h22=0 ; )5........(........... bc ii


Dr. FZ CHELALI 55

grandh

RR

V

VG

ihViRRV

LC

e

S

V

bebLCS

:.

.;.)(

11

11

2- Impédance d’entrée :

transistorduentréedimpédanceh

V

h

V

R

V

h

V

R

Vi

iiiii

iiiii

VZ

e

e

E

ee

E

ee

bebc

cbe

e

e

e

':

1

1

).1(

).1(.

;

11

1111

faibletréshh

RZ

hRZV

I

Ee

Eee

e

11

1

111

1111

11

3- Impédance de sortie :


Dr. FZ CHELALI 56

C

EG

Eg

S

C

Eg

Eg

Sg

C

Eg

Eg

Eg

Eg

S

C

Eg

Eg

b

bbcS

c

C

S

CS

S

S

S

iRRh

RRhV

iRRh

RRhhVRgrandh

iRRh

RRh

RRh

RRhhV

ihRR

RRi

ihihihV

iR

Viii

egI

VZ

.)(

.

.).(.

:

].)()(.

[

.)(

....

0

11

1

22

11

1

221

22

1

22

11

11

11

1

221

22

11

11

1

22

1

22

'

CS

Eg

EgCSS

S

Eg

Eg

S

C

SS

RZ

RRh

RRhRZV

I

RRh

RRh

V

R

VI

11

1

22

11

1

22 ).(.

111

).(

4-le gain en courant :

bbc

E

E

e

e

E

EeTeb

LC

C

S

bCC

LC

C

S

e

S

I

iiiiiR

hR

i

ih

R

Ri

hZiiii

RR

RI

iIIRR

RI

I

IG

)1(;.1

.

1

;1

;;..

.;.;

''''

11

11

''11''


Dr. FZ CHELALI 57

LC

C

I

E

E

LC

C

e

s

I

b

E

E

e

RR

RG

Rh

R

RR

R

i

iG

iR

hR

i

)1

).(1(

..

).1.(1

11

11

L’amplificateur base commune n’amplifie pas en courant.

Conclusion :

Le gain en tension grand.

Le gain en courant 1

Impédance d’entrée faible.

Impédance de sortie moyenne.


Dr. FZ CHELALI 58

Chapitre 5

LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP

5.1 Introduction Le fonctionnement du transistor fait intervenir deux types de porteurs de charges ; porteurs majoritaires

et porteurs minoritaires. Le transistor à effet de champ ne faisant intervenir qu’un seul type de porteurs

de charge. On l’appelle aussi transistor unipolaire.

Il existe deux familles de transistor à effet de champ :

Des transistors à effet de champ à jonction JFET.

Des transistors à effet de champ à grille isolée ou le (MOST) (métal oxyde semi-conducteur

transistor).

5.2 Transistor à effet de champ à jonction 2.2.1 Constitution schématique

Le TEC est constitué d’un barreau de Si de forme aplatie ; très souvent de type N ( TEC à canal N) .

les soudures placées aux extrémités du barreau sont des contacts purement résistants. Lorsqu’elles

sont reliées à un générateur de courant continu convenablement disposé , un courant de porteurs

majoritaires traverse le barreau , ces porteurs entrent dans le barreau par l’électrode appelé « source »

et en sortent par l’électrode appelé « drain ».

une mince couche de silicium P fortement dopé (P+) est déposée sur deux faces latérales opposées du

barreau pour former une électrode unique appelée « porte » du transistor.

5.2.2 Représentation symbolique

Le FET est un dispositif à 03 électrodes : grille ; source ; drain.

La flèche indique le sens passant de la jonction grille canal.

Drain Source

Grille

ou porte Canal N

Bague P Substrat N

conducteur Zone

isolante P

commandée

par les grilles

Source Drain

Grilles de

commande

Transistor FET

Canal N

et bague P

(la flèche

pénètre)

+

Source

Drain

Grille

+

Grilles

Drain

Source


Dr. FZ CHELALI 59

5.2.3 Utilisation

Les TEC à jonction sont utilisées comme étage d’entrée dans les étages amplificateurs.

5.3 Fonctionnement du TEC On polarise le TEC à l’aide de deux alimentations variables VGG et VDD .

la jonction grille- source est polarisée en inverse par VGG ; le courant qui la traverse est pratiquement

nul ; d’où la grande valeur de la résistance d’entrée du FET .


Dr. FZ CHELALI 60

IS : courant source.

ID : courant drain

IG : courant grille .

DSG

DGS

III

III

0

5.3.2 Réseau de sortie

La caractéristique ID=f(VDS) se décompose en trois parties :

Pour les tensions VDS plus petites que Vp ; le courant ID est proportionnel à VDS.

Le barreau se comporte comme une simple résistance.

pour les tensions VDS supérieurs à Vp , ID garde une valeur pratiquement nulle constante égale à IDSS (

courant drain maximum pour un TEC) : la plage de saturation est atteinte.

On limite la tension VDS à une tension maximale qu’on note VDSmax : la zone de fonctionnement

normale d’un transistor à effet de champ est définie par :

Vp < VDS < VDSmax

5.3.3 Réseau de transfert ID=f(VGS) à VDS constant :

pour un VDs donné ; l’évolution du courant drain en fonction de VGS est représenté par la figure

suivante :


Dr. FZ CHELALI 61

L’équation de définition de cette courbe est donnée par :

2)1(p

GSDSSD

V

VII

Vp :tension de pincement.

Le courant ID est nul pour VGS=Vp .

On définit la transductance « gm » d’un FET : GS

Dm

V

Ig

La pente de la courbe Id =f(VGS) peut être définie :

)1(

)1(*2;

0

p

GS

mm

P

GS

p

dSSm

GS

Dm

V

Vgg

V

V

V

Ig

dV

dIg

conductionfaibleIVVg

conductionforteélevéIVélevéeg

dpGSm

dGSm

:00

:0

5.4 Polarisation automatique

la polarisation de la porte est assurée par la chute de tension aux bornes de la résistance.

VDD=VDS + RS. IS + Rd. Id.

Le courant grille est nul IG=0 ; Id = IS

La tension grille VG=0.

VGS= VG-VS = - RS. Id

Le courant Id induit par VDD dans Rd et RS permet d’assurer automatiquement en relation avec cette

dernière la polarisation VGS nécessaire au bon fonctionnement du TEC.

5.5 Les applications du transistor à effet de champ 1- les amplificateurs pour les basses et hautes fréquences.

2- les oscillateurs.

3- les résistances variables.

4-les commutateurs analogiques.

5-les sources de courant constant.


Dr. FZ CHELALI 62

5.6 Calcul des paramètres dynamiques de l’amplificateur 5.6.1 Schéma équivalent

5.6.2 Montage source commune avec RS découplée :

Calcul du gain en tension :

)(;; LDSgSe

e

S

V RRrVVVV

VG

).( LDm

e

S

V RRrgV

VG


Dr. FZ CHELALI 63

Impédance d’entrée :

RZI

VZ e

e

S

e

Impédance de sortie :

DS

DS

S

gs

D

S

gSm

S

S

dS

RrZRrV

i

vorR

Vvg

r

Vi

iii

)11

(

0.

5.6.3 Montage drain commun :

le schéma équivalent de ce montage est le suivant :


Dr. FZ CHELALI 64


Ve= Vgs+VS

1).(1

.

.)(1

.).(

.).(

LSm

LS

m

e

S

V

gsmLSe

gsmLSgse

gsmLSS

RRrg

RRrg

V

VG

vgRRrV

vgRRrvV

vgRRrV

2- Calcul de l’impédance d’entrée :

RZi

VZ e

e

e

e

3- calcul de l’impédance de sortie :

gsmS

g

S

S

S

vgiii

eaveci

VZ

.

0

21


Dr. FZ CHELALI 65

m

SSSm

S

S

S

S

SgsSgs

gsm

S

S

S

S

gRrZvg

R

v

R

vi

vvvv

vgr

v

R

vi

1.

0

.

5.6.4 Montage grille commune :


Dr. FZ CHELALI 66


mLDV

gsmLDS

gs

mLD

d

gs

d

d

LD

gsmd

gSS

gSmd

gSSDS

DS

gSmd

dLDSgSe

e

S

V

gRRGoud

vgRRV

vr

rg

r

RRi

r

vi

r

RRvgi

r

VVvgi

VVVavecr

VVgi

iRRVetVVV

VG

.'

.).(

..1

1

.)(

.

.

.

).(;

2- calcul de l’impédance d’entrée :

eme

LD

m

d

eem

Ld

dd

Ldeemd

gSeeS

gsmd

d

S

ede

e

ee

VgVRRr

gri

r

VVg

r

RRioudi

r

RR

r

VVgi

VVr

VVvgi

iR

Viii

i

VZ

...1

.1'..

;.


Dr. FZ CHELALI 67

mm

Seem

S

e

egg

RZVgR

Vi

11.

3- calcul de l’impédance de sortie :

DDSS

D

SS

gse

S

S

S

RRrZr

V

R

Vi

vVi

VZ

0;0,.


Dr. FZ CHELALI 68

Chapitre 6

Amplification à plusieurs étages

Liaison entre plusieurs étages ( couplage)

6.1 La fonction amplification Un amplificateur est un système qui permet d’accroître l’énergie d’une grandeur physique variable

dans le temps sans introduire de distorsions totales des autres caractéristiques.

Les amplificateurs ne sont pas parfaits, ils présentent :

- une impédance interne.

- Leur comportement dépend de la fréquence.

- Leurs caractéristique sortie= f( entrée) peut être linéaire ou quelques fois logarithmiques

1-Amplificateur linéaire

la sortie est proportionnelle à l’entrée au moins dans une certaine zone de la caractéristique VS=f(Ve).

VS= a . Ve a : pente de la caractéristique de transfert ( gain).

Ve VS

charge

VS

Ve

Zone de

linéarité à x%

Zone de

saturation <0

Zone de

saturation >0


Dr. FZ CHELALI 69

Si l’amplificateur ne débite pas dans une charge , on parle d’un gain à vide ; dans le cas contraire , on

définit la gain à charge.

2- caractéristiques dynamiques :

On peut classer les amplificateurs selon la grandeur qu’ils permettent principalement d’amplifier (

tension ,courant ou puissance)

- gain en tension : e

SV

e

SV

V

VdBGou

V

VG log.20)(

-gain en courant : e

Si

e

Si

i

idBGou

i

iG log.20)(

-gain en puissance : e

Sp

e

Sp

P

PdBGou

P

PG log10)(

3- Bande passante :

la bande passante est le domaine d’utilisation d’un amplificateur ; elle est représentée par le gain en

tension en fonction des fréquences des signaux à amplifier GV= h(f)

Pratiquement ; on admet que le domaine d’utilisation de l’amplificateur est limité par les fréquences fc1

et fc2 pour lesquels l’affaiblissement de GV est de 3dB par rapport à la valeur maximale de ce gain ,

donc la bande passante est 12 cc ff

Fc1 fc2 (f)

GV(dB)

GVmax

Gmax-3


Dr. FZ CHELALI 70

4- Modélisation d’un amplificateur électronique linéaire :

Un amplificateur peut être représentée par son schéma équivalent :

Ze est l’impédance d’entrée de l’amplificateur.

ZS est l’impédance de sortie de l’amplificateur.

Zg est l’impédance interne du générateur.

Zu : impédance d’utilisation.

La connaissance de Ze et ZS est nécessaire afin de réaliser l’adaptation des impédances.

Ze=Zg et Zu= ZS

6.2 Introduction Lorsque l’amplification apportée par un seul étage est insuffisante, ou bien lorsque les valeurs

d’impédances de sortie et d’entrée ne sont pas compatibles avec les autres éléments de l’ensemble

dans les quelles s’intègrent l’amplificateur, il faut associer plusieurs étages en cascade. Dans ce cas la

tension d’entrée d’un étage c’est la tension de sortie de celui qui le précède.

Supposons un amplificateur à 03 étages suivant :

GBF

Quadripôle

Amplificateur

Q1 Vem Vs

m

Quadripôle

Amplificateur

Q2

Va

m

1er

étage

2éme

étage

3éme

étage

Ie

Ve

V2 V3 V4 Is


Dr. FZ CHELALI 71

Supposons : Av1= gain de l’étage I

Av2= // // l’étage II

Av3= // // l’étage III

a- gain en tension :

Av= Av1, Av2, Av3

123

1

2

2

3

3

4

1

4 **** VVVVT AAAAV

V

V

V

V

V

V

V

b- gain en courant total :

AiT= Ai1. Ai2. Ai3

c- gain en puissance

ApT= Av. Ai

d- Impédance d’entrée :

L’impédance d’entrée de la chaîne, c’est l’impédance d’entrée du 1er

étage compte tenu de la présence

des autre étages et de la charge.

Il existe plusieurs types de liaison :

6.3 Couplage par un condensateur

C’est la méthode la plus utilisée pour les circuits discrets.


Dr. FZ CHELALI 72

Le signal aux bornes de la résistance de collecteur de chaque étage est transmis à la base de l’étage

suivant.

Les condensateurs de couplage laissent passer le courant alternatif mais bloquent le courant continu ;

Ce qui est nécessaire pour évite r l’interférence et le dé calage des points de repos.

L’inconvénient de cette méthode est la limitation en fréquence imposée par les condensateurs de

couplage.

VI- 4- Couplage par transformateur Soit le schéma d’un tel amplificateur

Ce montage met en oeuvre une propriété du montage transformateur pour réaliser cette adaptation

d’impédance.

La bobine du circuit bouchon est couplée par mutuelle inductance à une autre bobine.

Si la résistance d’entrée du seconde étage ( résistance vue entre des points B’ et M)

est désignée par Ré tout se passe comme si une résistance Ru= 2' )2

1(Ren

n était disposée en parallèle

avec le circuit bouchon.

En effet, si un transformateur parfait alimente une résistance R.

U1eff= 2

1

n

nU2eff

U1eff= 2

1

n

nR I2ff = )

2

1*(**

2

11

n

nIR

n

neff


Dr. FZ CHELALI 73

effeff In

nRU 1

2

1 *)2

1( .

Tout passe comme si une résistance R ( 2

1

n

n )2 était alimentée directement sous la tension U1.

L’ensemble transformateur résistance R peut être remplacé par cette résistance R*( 2

1

n

n )2 appelée

résistance amenée au primaire.

6.5 couplage direct

Enroulement du primaire

N1 spires

Enroulement du secondaire

N2 spires

PRIMAIRE / ENTREE SECONDAIRE / SORTIE


Dr. FZ CHELALI 74

Avantages :

Amplifie tous les signaux.

Inconvénients dans le calcul de la polarisation.


Dr. FZ CHELALI 75

Chapitre 7

Amplificateurs à courant continu

7.1 Amplificateur différentiel 7.1.1 Définition

Un amplificateur différentiel permet d’amplifier la différence entre deux signaux, il est souvent utilisé

dans l'instrumentation, ou l’on doit effectuer un certain nombre de mesures tel que la pression et la

température. Il est réalisé avec des circuits intégrés.

Description

C’est un amplificateur symétrique, à deux transistors, à deux entrée s, permettant d’obtenir à la sortie

une tension proportionnelle à la différence des deux tensions d’ entrées.

7.1.2 Schéma du montage

Les deux transistors sont identiques.

On applique une tension Ve entre la base et la masse et Ve’ entre la base B’ et la masse.

Une tension alternative de sortie est relevée entre les deux collecteurs.

Ce circuit est équivalent à un tripole à deux entrées et une sortie.

Un amplificateur différentiel peut être défini comme un circuit qui amplifie une différence de

signaux et la converti en un signal unique.


Dr. FZ CHELALI 76

on appelle Ad : le gain de l’amplificateur différentiel

V0= Ad( Ve- Vè) …….(1) cas d’un amplificateur ideal

Si Ve= Vé 0Vo

En réalité la tension de sortie ne s’annule jamais. La sortie Vc ne dépend pas seulement de la

différence des deux 02 signaux mais aussi d’un signal appelé : signal de mode commun Vc. Qui est

défini par la moyenne des deux signaux d’entrée.

Vc= 2........2

1VéVe

Donc Vo dépend de Vb et Vc.

Taux de réjection du mode commun

En tenant comte de l’équation(2) on peut dire que la sortie Vo est une combinaison linéaire des deux

entrées.

Vo= A1 Ve+ A2 Vé………..3

A1= 0/ véVe

Vo

A2= 0/ veVe

Vo

A1 et A2 sont des gains des amplificateurs respectives des entrées quand l’une d’elle est reliée à la

masse.

Ve+ Vé= 2Vc…………1

VdVcVe2

1

Ve- Vé= Vd……………2

VdVcVe2

1

On remplace dans l’équation .3

Vo=1/2 ( A1- A2) Vd + ( A1+ A2) Vc…….……..(4)

-

+

Ie- = 0

Ie+ = 0

S = (e+ - e-).

Ze+ =

Ze- =

Gain en tension

infini

+

-


Dr. FZ CHELALI 77

Ad=1/2 (A1- A2) gain de l’amplificateur en mode différentiel.

Ac= A1 –A2 gain de l’amplificateur en mode commun.

Vo= Ad. Vd + Ac. Vc

Remarque :

Un bon amplificateur différentiel est celui qui possède un gain Ad élevé et Ac nul, d’où on caractérise

la performance d’un ampli différentiel pour le taux de rejection en mode commun P= Ad/Ac.

Ac=0P : Amplificateur parfait

Vo= Ad. Vd ( 1+ ).

.(

VdAd

VcAc…………(5)

Pour un bon ampli différentiel.

Vd

Vc

pVd

Vc

Ad

Ac.

1. <<1 P >>

Vd

Vc

Taux de rejection en mode commun P= CMRPAc

Ad

CMRP dp= 20 log 10 CMRPAc

Ad

Etude de l’amplificateur en dynamique


Dr. FZ CHELALI 78

Vs= -Rc h21* lb

On détermine le courant qui traverse RE

ie=ib+ h21 * ib+ ib’+h21 * ib’= ( h21+1)ib+(h21+1)ib’

ie= (h21+1) *( ib+ib’)

Ve= h11 * ib+ RE*(h21+1)( ib+ib’)

Ve= (h11+RE( h21+1)ib+RE(h21+1)ib’…………1

Vé= (h11+RE( h21+1)ib’ + RE(h21+1)ib…………..2

On pose:

ibbibaVé

ibbibaVe

*'*

'**

Ve- Vé = (a-b)* ( ib- ib’) ; a-b=h11

Ve-Vé= h11 (ib-ib’)

'.**'

.**

21

21

ibhRcVs

ibhRcVs

VS- VS’= -RC h21 *( ib-ib’ ) = - RC(h21/ h11) *( Ve- Vé )

)(*11

*'21

' eecSS VVh

hRV


Dr. FZ CHELALI 79

7.2 Amplificateur opérationnel

7.2.1 Définition

Un amplificateur opérationnel est un circuit intégré linéaire ; possède une entrée différentielle l’empli

schématisé possède 2 entrées , l’une dite inverseuse e- et l’autre appelée entrée non inverseuse e

+

Vs= A0 (e+-e

-)

A0 : gain en boule ouverte.

7.2.2 Caractéristiques d’un amplificateur opérationnel :

les paramètres qui permettent une définition complète d’un amplificateur opérationnel sont :

* le gain en tension en boucle ouverte :

le cas idéal A0 infini.

En réalité ; ce gain peut être mesurable.

Ao=Ve

Vs.

Résistance d’entrée différentielle :

La résistance d’entrée des A , OP dépasse le Mega – ohm. Ze= ie

Ve

Ex : µA 741 : Ze= 3M

-

+

Ie- = 0

Ie+ = 0

S = (e+ - e-).

Ze+ =

Ze- =

Gain en tension

infini

+

-

+

-

Ve

Vs


Dr. FZ CHELALI 80

Impédance de sortie :

L’impédance de sortie est faible.

Ex : pour l’amplificateur opérationnel µA741 on a :ZS= 75

Tension résiduelle à l’entrée : (offset)

Vs= A0( e+- e

- )

Si on relie les 2 entrée ( e- et e

+ ) à la masse , normalement Vs est nul , en réalité on mesure une

certaine tension à la sortie de L’ AOP il existe une certaine source de tension de décalage Ed à

l’intérieur même de l’amplificateur.

Vs= A0. Ed.

Ed est du :

- dissymétrie des étages différentiels d’entrée du circuit AOP.

- Caractéristique d’entrée ib= f( Vbe) des deux transistors .

Ex. pour le µA741 : Ed= 15 mv.

-Bande passante :

La courbe de réponse en fréquence d’un AOP dans le cas général est indiqué ci-dessus.

La bande passante est définie par B=fc- fo= fc.

+

-

Ed

Vs

+

-

Ve

Vs


Dr. FZ CHELALI 81

Rapport de rejection en mode commun :

Quand la tension Ve augmente on remarque que la tension Vs varie .

On définit le TRMC (taux de rejection en mode commun)

TRMC= Ao

Vs

Vec

Pour le µA 741 : TRMC= 70 db.

bruit à l’entrée.

Vitesse d’excursion.

Puissance consommée par un amplificateur opérationnel.

7.2.3 Opérations sur les signaux à laide d’un AOP

7.2.3.1 Amplification :

a- Amplificateur inverseur

C'est le montage de base à amplificateur opérationnel. L'entrée non inverseuse est reliée à la masse ;

le signal d'entrée est relié à l'entrée inverseuse par une résistance R1, et la sortie est reliée à cette

entrée par une résistance R2.

On considère que l’AOP est idéal : gain infini.

Re infinie, Rs nulle.

i=0 car Re

Ve= R1 *i

Vs= - R2 *i

L’attaque en tension est effectuée sur l’entrée inverseuse (-).

1

2

R

R

Ve

Vs le gain du montage est égal à A= -

1

2

R

R Vs déphasé de par rapport à Ve

+

-

Vs

Ve


Dr. FZ CHELALI 82

Le gain en tension est donc négatif, et sa valeur ne dépend que des deux résistances R1 et R2, qui

peuvent être très précises : contrairement aux montages à transistors, le résultat va être fiable.

Le calcul de l’impédance d’entrée est simple :

1Ri

VZe e

b- Amplificateur non inverseur :

R2 et R1 forment un pont diviseur entre Vs et V- , soit :

l’attaque en tension s’effectue sur l’entrée non inverseuse(+)

0A i=o

Ve= R1 i1

Vs= ( R1+ R2 ) i1

1

21

R

RRA

Ve

Vs A: gain en boucle fermée.

Le gain en boucle fermée est imposé par le réseau de contre réaction formé par R1 et R2 .

Le gain est non seulement positif (ampli non inverseur), mais il est aussi toujours supérieur à 1, alors

que l'ampli non inverseur autorisait un gain (en valeur absolue) inférieur à 1, soit une atténuation.

Vm(R1+R2 /2)

Vm

t


Dr. FZ CHELALI 83

C- Adaptateur d’impédance ou suiveur en tension : Ce montage est une extrapolation de l'ampli précédent, avec R1 = et R2 = 0. On obtient un montage

tout simple, de gain unité, dont la seule fonction est l'adaptation d'impédance. On le placera donc en

tampon entre deux portions de circuit de façon à les isoler l'une de l'autre pour prévenir toute

interaction parasite.

Ce circuit est aussi idéal en entrée et en sortie d'un montage pour bénéficier d'impédance d'entrée

infinie (ou presque) et d'impédance de sortie très basse.

Ve= Vs transfert de la tension d’entrée vers la sortie (suiveur)

7.2.3.2 Addition et soustraction des signaux analogiques

a- Circuit sommateur inverseur:

On a souvent besoin de mélanger plusieurs signaux ensemble ; la difficulté réside dans le

fait qu'il faut éviter toute interaction de réglage des gains affectés aux différentes entrées.

À la base de ce montage, on retrouve l'amplificateur inverseur ; on avait vu que l'entrée

inverseuse était considérée comme une masse virtuelle, et qu'aucun courant n'entrait dans

l'AOP. De ce fait, chaque courant ii ne dépend que de la tension d'entrée Vei et de Ri relatif à sa

branche : il n'y aura donc pas d'interaction entre les différentes entrées. L’AOP est ideal .

Ve1=R1*i1 ; Ve2=R2* i2 ; Ve3=R3*i3

En sortie, on a :

VS=-R*i= -R*(i1+i2+i3)

Vs= - R*

3

3

2

2

1

1

R

V

R

V

R

V eee


Dr. FZ CHELALI 84

Dans le cas ou R1= R2= R3= R on aura Vs = - ( Ve1+Ve2+Ve3) le signe (-) est du à l’inversion de phase

provoqué par l’AOP

On voit qu'on peut ajuster le gain globalement en jouant sur R, et le gain de chaque entrée en jouant sur

les résistances Ri. Ce montage offre donc toutes les souplesses.

On peut obtenir un additionneur inverseur pur en fixant toutes les résistances du montage à la même

valeur.

L’impédance d'entrée de chaque voie i est égale à la résistance Ri .

b- Circuit soustracteur:

Ce montage permet d'amplifier la différence de deux signaux. C'est un montage de base très important

en mesures.

Ve1= R1 i1 + R4 *i2

Ve2 = ( R3 +R4) i2

Vs= - R2 *i1 + R4 *i2

43

2

2RR

Vi e

)(

2*1

431

4

1

1RRR

VeR

R

vei

Vs= -43

24

43

24

1

1

2 ..

RR

VR

RR

VRV

R

R ee

e

+

-

Ve1

Vs

Ve2

R4

R3

I2

I1

R2


Dr. FZ CHELALI 85

Vs= -

.* 212

431

41

1

2ee VRR

RRR

RV

R

R

Dans le cas ou R1= R2=R3= R4= R 12 VeVeVs

7.2.3.3 Intégration et dérivation

a- circuit intégrateur :

Le calcul de la réponse Vs à un signal d'entrée Ve se traite comme dans le cas de l'amplificateur

inverseur. On a :

iRVe *

En sortie, le condensateur a aux bornes de ses armatures une charge électrique q égale à :

SVCq *

Cette charge électrique est l'intégrale du courant i qui traverse le condensateur ; compte tenu du sens de

i, on a :

dtiq *

d’où dtVRC

V eS **1

Ce montage est souvent utilisé pour obtenir un signal en dents de scie à partir d’une tension en

créneaux.

le gain en boucle fermé est donnée dans le cas d’un régime sinusoïdal

JCRWA

Ve

Vs 1


Dr. FZ CHELALI 86

b- Circuit dérivateur :

Ce montage est similaire au précédent et se traite de la même manière.

Ve= idtC

1

Vs= -R*i

Vs=-R*C dt

dVe

La fonction de transfert est donnée

Z

R

Ve

Vs RCW

Ve

Vs

La sortie est proportionnelle à la dérivée de l'entrée. Comme pour le montage précédent, avec

un amplificateur réel, on aura des difficultés à faire fonctionner ce circuit tel quel (système

instable), et il faudra rajouter des éléments pour le rendre pleinement fonctionnel.

7.2.3.4 Amplificateur exponentiel :

a- Amplificateur logarithmique :

Dans ce montage, on retrouve la structure traditionnelle de l'ampli inverseur, mais avec une

diode en contre-réaction. Cette diode, dont la caractéristique courant/tension est logarithmique

va nous donner une fonction de transfert de ce type.

Ve= Ri

Vs=- VD

Le courant qui traverse la diode est égal :

ampli1/ANAOP06.HTM


Dr. FZ CHELALI 87

)1)(exp( kT

eVii D

S

lorsque Ve est élevée : )exp(*kT

eVii D

S

Ve= R*is * exp

kT

evs

D’où VS=K1*lnK2.Ve

e

kTK 1

SRiK

12

b- Amplificateur exponentiel :

Ve doit être supérieur au seuil de la diode.

Par des calculs analogues aux précédents, on démontre facilement et de la même manière :

I= is. Exp kt

evd

Vs= - R*is exp

kT

evd

VS=K1*exp(k2Ve)

SiRK *1

KT

eK 2

En pratique, on trouve des circuits intégrés tout faits comprenant le montage Log, le montage

exponentiel, ainsi que les compensations thermiques et diverses possibilités de réglage de gain. Ces

montages sont des multiplieurs analogiques, et servent notamment, en mesures, à linéariser certains

capteurs. A noter que ces composants sont délicats, coûteux, et présentent des dérives importantes.

L'utilité de tels montages est devenue douteuse avec l'introduction massive du traitement numérique.


Dr. FZ CHELALI 88

7.2.3.5 L’AOP dans la comparaison

Un comparateur est un système à deux entrées et une sortie ; cette dernière prend deux états : un état

haut et un état bas.

La comparaison est effectuée entre deux signaux analogiques l’un sert de référence et l’autre

correspond à un signal d’entrée inconnu qu’on désire comparer en amplitude à la tension de référence.

Le principe est simple : on compare un signal d'entrée à une tension de référence, et selon que la valeur

du signal est supérieure ou inférieure à la référence, l'ampli prendra l'une ou l'autre des valeurs Vsat+ ou

Vsat- en sortie.

Si on met un signal sinusoïdal à l'entrée, les chronogrammes d'entrée et de sortie sont :

Comparateur Vref

Ve

VS


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Exercices d’applications

Chapitre I Les semi-conducteurs

EXERCICE N°1

Un barreau de Germanium (Ge) de section 1Cm2 et de longueur l=10cm est placé sous une ddp de 10v.

Si les mobilités sont à 300°K ; n=0.38 m2/V.S et p=0.18m

2/V.S.

Calculer :

a- la conductivité et résistivité.

b- la vitesse de déplacement des porteurs.

c- le courant et densité de courant.

La concentration est ni=pi =2.5 1013

/cm3.

Refaire le même travail pour un barreau de silicium (Si) tel que n=0.13 m2/V.S et

ni=pi =1.6.1010

cm-3

.

Conclure.

Solution :

paramètre Barreau de Ge Barreau de Si

Conductivité

0.0224 4.608*10-6

-1

.cm-1

Résistivité

44.46 21.7*104 .cm

Vitesse des

porteurs.

Vn=38 m/s , Vp=18m/s Vn=13m/s , VP=5m/s

Courant

22.4 mA 4.608 A

Densité de

courant.

224 A/m2 46.08 mA/m

2

EXERCICE N°2

A quelle tension le courant inverse d’une diode à jonction atteindra t-il 90% de sa valeur de saturation à

la température ambiante normale.

Solution :

Vi= 0.058V


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Chapitre II : La diode à jonction

EXERCICE N° 1 :

Dans le schéma ci-dessous P est un potentiomètre et x est la résistance comprise entre le curseur et

l’extrémité M.

1- calculer x pour que la diode D soit à la limite du blocage (tension de seuil est de 0.7v).

2- On déplace le curseur du potentiomètre de manière que x = 90 K.

Quelle sera l’intensité dans la diode ?

Quelles seront les intensités UBM et UAM ?

On donne :

R= 100 K ; R1= 22K ; R2= 82 K ; UA= 12V.

Solution:

1- Kx 73

2- UBM=9.46v ; Ux= 10.8 V.

EXERCICE N°2 :

Soit le montage suivant:


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Calculer le courant qui traverse la diode .

Sachant que la tension de seuil V0=0.6v et la résistance dynamique rd=0.

On travaillera les deux cas :

E= 2V ; R1= 4K ; R2=1K ; R3=200 .

E= 8V ; R1= 8K ; R2=2K ; R3=200 .

Solution:

1er

cas : I=-0.2 mA : la diode est bloquée.

2éme

cas : I=555A.

EXERCICE N°3 :

Soit le circuit suivant avec U1=50V.

Déterminer V0 lorsque :

a- la diode Zener est idéale.

b- L’impédance ZZ est de 10.

EXERCICE N° 4:

Dans les circuits de la figure, les diodes sont parfaites ; la tension de seuil V0=0 . Résistance

dynamique rd=0.

La tension d’entrée est e(t)=Vm.sint avec Vm >E.

Tracer dans chaque cas les graphes suivants Vs(t) et Vs=f(Ve).


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EXERCICE N°5 :

On donne le circuit suivant :

R=1K ; EZ=8V ; E0 = Edirect = 0

On donne e(t)=10.sint.

Tracer le signal Vs(t).

Chapitre III :

le Transistor bipolaire

EXERCICE N°1 :

Un transistor au Si est utilisé dans un montage avec polarisation par pont.

On veut déterminer les différents éléments du montage de façon que pour un courant de base de repos

Ip= 2mA et Vcc=8V . les coordonnées du point de repos sont :

VCE = 4.8 V ; Ic=0.2 A ; VBE=0.68V.

1- Déterminer l’équation de la droite de charge. Calculer Rc.

2- sans négliger IB ; calculer les résistances R1 et R2 pour que le courant traversant R2 soit de 25mA.


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Solution :

1- Rc= 16.

2- R1= 278. R2= 27.2.

EXERCICE N°2 :

Le transistor du montage suivant est caractérisé par le réseau de sortie de la figure n°1-a

Son réseau d’entrée est idéalisé comme l’indique la figure n°1-b

1- Par application de la loi des nœuds au point B.

Déterminer la relation qui lie VBE . IB , U0 ; Ra et Rb .

Retrouver cette relation par application du théorème de Thevenin.

2- Déterminer le point de repos du montage pour U0=10v ; Ra=200K ; Rb=50K et Rc=1K.


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Solution :

1- B

ba

ba

ba

b

BE IRR

RR

RR

RUV .

..0

2- E0(0.6v, 35A) ; S0( 4.8v ; 5mA).

EXERCICE N°3 :

1- Exprimez IB en fonction de RB, VCOM et VBE.

2- Calculez IB.

VCE

E

BC

RC

RB

VCOM

VDD

+VCC

IC

IE

IB

VBE

RB = 100k

RC = 2k

VCOM = 10V

VCC = 12V

VBE = 0,6V

VCE = 1V

IC = xIB

= 50

VBE(V)

IB(A) 30

0.6

Figure n° 1-b

Ic(mA)

VCE(V)

Figure n° 1-a


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3- Exprimez VD en fonction de VCC, RC, IC et VCE.

4- Exprimez VD en fonction de VCC, RC, , IB et VCE.

5-Exprimez VD en fonction de VCC, RC, , VCE, RB, VCOM et VBE.

6-Calculez VD.

7-Calculez IC.

EXERCICE N°4 :

1- Exprimez IB en fonction de VE, VBE et RB.

2- Calculez IB.

3- Exprimez VS en fonction de RB, RC, VCC, VE et VBE.

4- Calculez VS.

6- Exprimez IC en fonction de VCC, VS et RC.

7- Calculez IC.

8- Calculez .


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Chapitre IV

Amplification à transistor :

EXERCICE N°1 :

Soit le montage suivant :

( h11= r = 1.65K ; = h21 = 110 ; VCE0 =4.5V ; IC0= 3 mA ; IB0=27 A ; VBE0 négligeable , RE=1K ;

VCC=9V).

1- Déterminer RC , on admettra par la suite que Rc= RL .

2- Calculer R1 et R2 si le courant Ip =10*IB0 ( Ip dans R1).

3- Donner le schéma équivalent.

4- Calculer GV ; GI ; Re et RS.

Solution :

1- Rc= 491.

2- R1=11.21K. et R2=20K.

3- Gi =-0.48 ; GV=16.36 ; Re=14 ; RS=Rc.

+VCC

VS

VE

RB

RC

VCC = 15V

VE = 5V

RB = 10k

RC = 470

= 50


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EXERCICE N°2 :

Soit le montage collecteur commun.

1- Etablir le schéma équivalent pour l’alternatif.

2- Calculer Re , Ai , AV et RS.

Solution : (voir cours).

EXERCICE N°3 :

On veut que la résistance d’entrée du montage entre la base et la masse 1

1

i

VRe soit de 50.

1- Exprimer Kreg

Vg 50,1 . Quelle condition est alors vérifiée entre le générateur et l’amplificateur.


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2- On veut que la polarisation du transistor en statique soit tel que 4

CC

CE

VV ; VEM soit de 2V ;

ic=0.5mA et IR1=5*iB.

Calculer RC , la somme RE+R’E, R1 et R2 .

3- Représenter le schéma équivalent et on posera UCLB RRRRRR ;21 .

4- Exprimer la résistance d’entrée 1

1

i

VRe ainsi que l’amplification en tension

1

2

V

VAV

Quelles seront les valeurs RE , R’E ,AV.

On donne

vVethhKrKRKrhhvV CCgBE 20022;50;4;8;150;7.0 1241121

Solution :

1- 2

11 ge

V

2- KRKRKRR EE 873;162;4 21'

4- 3' 10*38.10;72.3;278 VEE AKRR


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Chapitre V

Transistor à effet de champ

EXERCICE N°1

On considère un étage simple à J. FET . On donne comme caractéristique Idss= 6 mA et Vp= 3v.

1°/ - quelle valeur devra t- on donner à R1 pour que le transistor soit polarisé au milieu de sa droite de

charge statique.

2°/- quelle est la valeur qu’il convient de donner à Cs pour que la fréquence de coupure basse de cet

amplificateur soit égal à 50HZ.

Solution :

Polarisation médiane

VGs= -0.9v

VG= 2.1v

R1=1M

2/- valeur de Gs

Cs = 14.27 MF

On choisit une valeur normalisée :Cs= 22 F.

EXERCICE N°2

On donne

E=30V ; R7=5K

R4= 4K

R1//R2=3M .


Dr. FZ CHELALI 100

VR7= 20V ; Idss=10mA; Vp= -6V

Pour les 2 TEC on prend le même Idss et le même Vp .

1/- trouver les valeurs de R1 R2 de manière à avoir VR7=20v en régime continu.

2°/- Exprimer le gain Gv= VE

VSen dynamique calculer la résistance d’entrée vue par eg.

Solution :

1-Id2= 4mA

VGs= -2.2v

Id1=4.4mA.

VGs1= -2.02V.

VR2= 15.78 V

On utilisé thevenin entre Aet M

On a aussi MRR

RR3

21

21

Ω

R1= 5.7 MΩ

R2=6.3 MΩ

2-gm1= 2.22 mA/V

gm2= 2.11 ma/ V

A1= 0.89 A2=0.91 80.0 A

Re= R1//R2

Chapitre 6 : Amplification à plusieurs étages

EXERCICE N°1 :

1°/-Donner le schéma équivalent en dynamique

2°/- calculer la résistance d’entrée

a/- r de T , Re de l’ampli


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b/- r’ de T’ , Re’ du 2èmè étage .

3- pour le transistor T , calculer la charge Ru en dynamique.

( la charge d’un transistor c’est l’impédance portée par l’électrode de sortie du transistor )

4°- calculer GainVe

VS

VS

VS,;

' total

Ve

SV '

5°- calculer la résistance de sortie de l’ampli

// // // du 1er étage

Solution :

2°/- calcul de la résistance d’entrée :

a- 11hi

Vr

b

e

Re de l’amplificateur = 2//111// RRRBavechRBie

ve

b- r’ de T’

r’= h11+ (RE//RL) (B’+1)

Re’= RB’//r’

3°/- charge Ru du 1er étage Ru= Rc// Re’

4°/- Ve

VS

VS

VS

Ve

VS.

''

1'

VS

VS


Dr. FZ CHELALI 102

Gv11h

RuB

5°/- Résistance de sortie du 1er étage Rs=Rc

résistance de sortie de l’ampli :

Ve=0 00*11 ibibh

Rs=

'11//

1'

'

1

1

hRBRc

B

RE

Chapitre VII

Amplificateurs à courant continu

EXERCICE N°1

Soit l’amplificateur suivent dont les éléments on t pour valeur :

R1= 10KΩ ; R2=1MΩ

R3=9.5KΩ ; R4=0.5 KΩ

1°/- Calculer l’amplification en tension

a- pour R2 Connectée entre E- et S ( soit G1)

b- pour R2 Connectée entre E-et S’ ( soit G2)

Solution :

1°/- R2 entre E- et S :

G1 100

2/- R2 entre E’ et S’

G2=-2000

EXERCICE N°2 :

Soit le montage :

a - trouver la relation entre R, R1 , et R2 pour avoir Vs= G ( e1-e2)


Dr. FZ CHELALI 103

b- calculer R1 et R2 avec R= 18KΩ pour avoir GdB= 20dB

Solution :

1°/- relation entre R, R1 et R2 : Vs= G ( e1-e2)

la condition pour laquelle Vs= G(e1-e2)

)1(2)2(;12

)1(.

2RRRRRR

RR

RR

R

R

d’ou R

2 = R1R2

2°/- R1= 2K

R2= 162K

EXERCICE N°3 :

Montrer que le circuit de la figure est équivalent à une résistance négative.

L’impédance d’entrée est bien négative Ze=-2

31

R

RR


Dr. FZ CHELALI 104

EXERCICE N°4

Réaliser avec des amplificateurs opérationnels l’équation suivante

Y+3y+5y+f(t)=0

Solution :

RC=1

103

;32

;51

R

R

R

R

R

R

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UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE … · Ce polycopie résulte de notes de cours d’Electronique générale que j’ai enseigné au niveau de ... Le chapitre 7 présente