SE1 - CM Composants - De la diode à l'ADI

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Octobre 2013.

SE1 − Composants électroniques

Composants semi-conducteurs :

de la diode à l’ADI

Université du Havre, IUT du Havre

Département GEII

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PPN 2013: SE1

Compétences minimales :• Être capable d’utiliser les lois de base de l’électricité. • Savoir utiliser les appareils de mesure usuels.• Être capable d’interpréter des documents techniques: caractéristiques réelles et limitations. • Être capable de mettre en œuvre des fonctions électroniques de base et de les valider.

Pré-requis :• Modules GE11, MA11

Objectifs : • Connaître les outils d’analyse d’un système électrique,• Savoir identifier les fonctions élémentaires de l’électronique,• Développer une approche système ouverte sur la transversalité, sur une culture projet.

PositionnementS1

ModuleSystèmes électroniques

RéférenceSE1 (M1104)

Volume horaire15C, 24TD, 21TP

MatièreÉlectronique

UEUE11

SE1 (M1104) – Systèmes électroniques

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PPN 2013: SE1

SE1 (M1104) – Systèmes électroniques

Mots-clés :• Circuits électriques, mesure• Fonctions élémentaires• Composants électroniques de base

Modalités de mise en œuvre :• Utilisation des appareils de mesure • Réalisation de montages simples • Utilisation d’outils de simulation

Contenu :A. Les bases de l’électricité

• Régime continu et sinusoïdal• Lois générales de l’électricité• Analyse des signaux analogiques

Composants électroniques et leur mise en œuvre : • Amplification• Système du premier ordre

C. Les fonctions électroniques non linéaires• Comparateurs

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I) La diodeI.1) PropriétésI.2) Applications: Ecrêtage, RedressementI.3) Types de diodesI.4) Circuits logiques

II) Le transistorII.1) PropriétésII.2) CaractéristiquesII.3) AssemblageII.4) Applications: Amplificateurs

III) L'ADIIII.1) Propriétés III.2) CaractéristiquesIII.3) Montages élémentairesIII.4) Applications: Amplification, filtrage

PPN 2013: SE1

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PPN 2013: SE1

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Octobre 2013.


Département GEII

SE1 − Composants

Chapitre 1 : La diode

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La diode

Chapitre 1 − La diode

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• Ce composant est réalisé avec un semi-conducteur.

• Sans indication particulière,le semi-conducteurutilisé est le silicium (Si).

• A la base du composant,il y a une jonction entredeux semi-conducteursde type P et N.

La diode

Introduction


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• La diode comprend deux bornes appelées électrodes :l'anode (A) et la cathode (K).

• Le courant qui traverse la diode va de l'anode vers la cathode.C'est le sens positif du courant.

• La diode parfaite possède deux états:– La diode est passante (ou conductrice): équivaut un fil.

Dans ce cas, V = 0 et I est fixé par le circuit extérieur.– La diode est bloquée : équivaut à un circuit ouvert.

Dans ce cas, V < 0 et I = 0.

La diode

Polarisation

A K

I

V


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• Un courant circule principalement dans le sens AK,mais un petit courant peut circuler dans le sens KA.

A K

I

V

1eV

mkTSI I e

= −

IS est le courant de saturation de la diodeT est sa température absolue de fonctionnement,

mesurée en °K (T=273+θ) si θ est en °C (usuelle)e est la charge de l'électron (sans le signe): e = 1,6.10−19 Ck est la constante de Boltzman: k=1,38.10-−23 J/°Km est un coefficient dépendant du semi-conducteur utilisé

(m=2 pour le silicium)

La diode réelle

Polarisation


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• Lorsque V > 0, la fonction exponentielle l'emporte rapidement sur le nombre 1. Si V >> mkT/e (c'est à dire si V >> 50mV, à la température ambiante), alors l'intensité est considérée exponentielle.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

V (V)

I (A

)

La diode réelle

1eV

mkTSI I e

= −

eV

mkTSI I e≈

Polarisation directe: V > 0


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• La fonction I(V) tend rapidement vers une valeur constante puisque l'exponentielle devient très petite.

La diode réelle

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

V (V)

I (µ

A)

SI I≈ −

1eV

mkTSI I e

= −

Polarisation inverse: V < 0


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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

V (V)

I (A

)

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

V (V)

I (µ

A)

E/R

EID

VD

R

D

I

E V

E

ID

VD

Si E varie seule Si R varie seule

1DeV

mkTD SI I e

= −

. D DE R I V= + et

La diode

Résistance d'une diode


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• Une diode, insérée dans un circuit traversé par un courant continu, se comporte comme une résistance. C'est à dire que la diode peut être remplacée par une résistance traversée par le même courant ID

et ayant la même d.d.p. VD à ses bornes. Cette résistance est appelée résistance statique (ou résistance équivalente) de la diode RS. Sa valeur est forcément RS = VD/ID.

• Ainsi, cette résistance dépend dupoint de fonctionnement de la diode.Plus précisément, RS diminuelorsque ID augmente. 1

D

DS eV

mkTS

VR

I e

=

−

La diode



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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

V (V)

I (A

)

Résistance StatiqueRS = VD/ID

Résistance DynamiqueDéplacement du point de fonctionnement

Rd = ∆VD/ ∆ID

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

V (V)

I (A

) α’

∆∆ ∆∆ID

∆∆∆∆VD

α

ID

VD

RS=1/tan(α) Rd=1/tan(α’)

La diode



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Le constructeur fournit une caractéristique pour chaque type de diode. Ce n'est pas celle de la diode utilisée. On pourrait la tracer, mais habituellement, on ne le fait pas.

On se contente des données suivantes:

• Point de fonctionnement nominal (préconisé par le constructeur)de la diode (ID, VD) et sa résistance dynamique RD en ce point.

• Les mêmes informations lorsque la diode est refroidie(avec les caractéristiques du refroidisseur).

• Les limites à ne pas dépasser pour le courant et la tension.

Données constructeur

Caractéristique d'une diode: Point de fonctionnement

Modélisation d'une diode


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• Le modèle utilisé pour la diode est constitué de deux droites qui constituent le squelette de la caractéristique de la diode.

• Pour les déterminer, on utilise deux données du constructeur : la tension de seuil VS (souvent 0,6ou 0,7V) et la résistance dynamique RD.

• Si V < VS, le courant est nul.• Si V > VS, la diode vérifie V = VS+RDI• La droite associée à cette expression est

inclinée. Son coefficient directeur est 1/RD.

• La diode est alimentée par un générateur de tension (E, R). On doit déterminer le point de fonctionnement de la diode.

I

V

DiodePente 1/RD

VS

R

D

I

E V

E/R

EVD

ID

Si E<0

La diode

Linéarisation : Diode avec seuil etavec résistance dynamique



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I

V

VS

R

D

I

E V

E/R

E=VD

ID

Si E < 0

I

V

La diode

Diode avec seuil


Diode idéale

Application: TD1, Ex.1Chapitre 1 − La diode

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• Le redressement une alternance.• Redressement deux alternances.• Détection crête.• Montage écrêteur.

La diode

Applications


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E(t)

t

t

U(t)

E−E

I

V

t=0

t=T/4

t=T/2t=3T/4

t=T

La diode: Applications

Redressement : Simple alternance

Application: TD1, Ex.1

R

D

I(t)

E(t) U(t)


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E(t)

t

t

E > 0D1 D2

D3D4 e(t)

U(t)

I

E < 0


Redressement : Double alternance

U(t)


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e(t)

t

Pendant la première alternance (e > 0), la diode conduit un certain temps et la d.d.p. VAK reste nulle lorsque v(t) = e(t). Le courant i(t) apporte des charges sur les électrodes du condensateur et la tension v(t) augmente comme e(t).

v(t)

t


Détection de valeur crête

Ce(t) v(t)

i(t)


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e(t)

t

v(t)

t



Ce(t) v(t)

i(t)Mais en t = T/4, la tension appliquée e commence à décroître. Puisque v(t) n'a pas de raison de décroître aussi rapidement, la d.d.p. VAK devient immédiatement négative et la diode se bloque. Le condensateur conserve les charges acquises et la tension v reste à la valeur E, atteinte à t = T/4.


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e(t)

t

v(t)

t

En pratique, le condensateur (en fonction de sa valeur) se décharge. La tension à ses bornes décroît.



Ce(t) v(t)

i(t)


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• Ce montage met à profit l'existence du seuil de conduction d'une diode.

• Si e(t) est assez faible alors la diode est bloquée:

• Donc si e(t) est une fonction sinusoïdale, v(t) l'est aussi.

• Cette situation dure tant que la tension e(t) est inférieure à une valeur V1 conduisant à v = Vs.

• La valeur limite pour e(t) est:

• Pour e(t) > V1, la tension v(t) reste égale à Vs.

e(t) v(t)

R1

R2 D

2

1 2

( ) ( ).R

v t e tR R

=+


Montage simple écrêteur

21

1 2

.s

RV V

R R=

+

v(t)

tV1

e(t)


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e(t) v(t)


Montage double écrêteur

e(t)

t+V1

−−−−V1

v(t)

Application: TD1, Ex.3, 4

R1

R2D2D1


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• La diode de redressement• La diode Schottky.• La diode Zener.• La photodiode.• La diode électroluminescente (LED).

La diode

Types de diodes


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• Elle est utilisée dans les redresseurs industriels:– Elle est traversée par un fort courant (de l’ampère à quelques

milliers d’ampères..). – De ce fait, elle est le siège d’une forte dissipation thermique et

nécessite un radiateur pour assurer son refroidissement. Par ailleurs elle est soumise à une forte tension inverse (c’est à dire une tension très négative). Or toute diode soumise à une tension inverse risque le phénomène d’avalanche. Ce dernier consiste en une augmentation incontrôlée de l’intensité lorsque V atteint une tension négative appelée tension d’avalanche.

• En plus, les diodes de redressement ne sont pas rapides : c’est àdire que le passage de l ‘état conducteur à l’état bloqué n’est pas instantané. En effet, lorsque la diode conduit, de nombreuses charges sont présentes au niveau de la jonction P-N. Leur évacuation se fait ensuite lentement : le temps nécessaire est le temps de recouvrement TR. Le courant de la diode revient à 0 en passant par une forte valeur négative.

La diode: Types

Diode de redressement


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• Extrait de documentation constructeur:Fairchild Semiconductor "1N5400 - 1N5408"

La diode: Types

Diode de redressement

1N54081N40071000 V

1N54071N4006800 V

1N54061N4005600 V

1N5405—500 V

1N54041N4004400 V

1N5403—300 V

1N54021N4003200 V

1N54011N4002100 V

1N54001N400150 V

3 A part1 A partVoltage• Features• 3.0 ampere operation

at TA = 75°Cwith no thermal runaway.

• High current capability .• Low leakage.


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• Pour des applications à fréquence élevée, on remplace une diode de signal par une diode Schottky.

• Cette diode comporte une jonction de type métal/semiconducteur N.De ce fait, son temps de commutation est plus faible que pour une diode normale. De plus, sa tension de seuil n’est que de 0,3V environ.

La diode: Types

Diode Schottky


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• Extrait de document constructeur:Avago "HSMS-282x": Surface Mount RF Schottky Barrier Diodes

La diode: Types

• Features• Low Turn-On Voltage (0.34V@1mA)• Low FIT (Failure in Time) Rate• Single, Dual and Quad versions

• Applications• mixing,• detecting,• switching,• sampling,• clamping,• wave shaping.

Diode Schottky


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La diode: Types

• Extrait de document constructeur:Avago "HSMS-282x": Surface Mount RF Schottky Barrier Diodes

Diode Schottky


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• Il s’agit d’une diode dont les deux zones (P et N) sont très dopées. Il en résulte, en inverse, un comportement particulier.

• Pour une tension V = −−−−VZ appelée tension de Zener , le courant inverse devient très important, comme dans le phénomène d’avalanche d’une diode.

• L’effet Zener est réversible et contrôlable. La diode Zener est utilisée comme référence élémentaire de tension . Les valeurs prises par la tension de Zener vont de quelques Volts à une centaine de Volts.

La diode: Types

Diode Zener


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• Extrait de documentation constructeur:

La diode: Types

Diode Zener


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• Extrait de documentation constructeur:

La diode: Types

Diode Zener

Vz

Izt

Pente: 1/RD


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• Application: Montage à potentiel fixé:

La diode: Types

Diode Zener

Vz

Izt

Pente: 1/RDMalgré la variation ducourant circulant dans ladiode ZenerIZt , la tension VZreste quasiment constante.


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• Une jonction passante émet de la lumière (non visible). Elle peut être associée à une photodiode (dans les télécommandes par infra-rouges).

• Les diodes électroluminescentes (DEL ou LED) sont des diodes réalisées avec des semiconducteurs autres que le silicium (composés de phosphore, arsenic et gallium).

• Selon les pourcentages de ces composants, la lumière émise peut être verte, jaune ou rouge. Ils s’emploient comme une diode normale mais leur tension de seuil VS est 2 à 3 fois plus importante.

La diode: Types

Diode électroluminescente (LED)


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• Ces LED connaissent un développement important dans le domaine de l'éclairage:

• Les diodes électroluminescentes (DEL ou LED) sont des diodes réalisées avec des semiconducteurs autres que le silicium (composés de phosphore, arsenic et gallium).

• Actuellement, les semiconducteurs les plus brillants sont:- Alu. Indium Gallium Phosphide (AlInGaP): rouge, orange, jaune.- Indium Gallium Nitride (InGaN): bleu, vert.

• Une LED de lumière blanche est typiquementune LED bleue avec une surcouche dephosphore jaune (apparaît jaune éteinte).

La diode: Types



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• Extrait de document constructeur:

La diode: Types



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La diode: Types



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La diode: Types


• Applications:• Affichages à LED• Eclairages à LED• Ecrans à LED

Projecteur extérieur:45 LEDs basse tension

Afficheur LCD7 segments


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• Compléter les types de diodes:

La diode: Types

Symboles: Résumé

A K

I

• ……………………………………

• ……………………………………

• ……………………………………

• ……………………………………


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PPN 2013: SE1

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Octobre 2013.


Département GEII

SE1 − Composants

Chapitre 2 : Le transistor BJT

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Le transistor BJT

Introduction

Chapitre 2 − Le transistor BJT

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• Inventé en 1948 par les Américains J. Bardeen, W. Brattain et W. Shockley, le transistor est un composant à semi-conducteur qui remplit deux fonctions vitales en électronique: – L’amplification : c'est un générateur

de fort courant en sortie commandépar un faible courant en entrée.

– La commutation : à la manière d'un interrupteur marche/arrêt.

Le transistor BJT

Introduction

16 Dec 1947, Bell Lab.Commutateur.Amplificateur de puissance.Chapitre 2 − Le transistor BJT

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• "Loi de Moore": Gordon Moore, Fairchild R&D, 1962:– L’intégration des transistor se poursuivra au

rythme d’un doublement tous les ans .– Entre 1959 et 1965, la pente de la courbe est:

log2(N2/N1)=6 en 6 ans, soit x2/an.

Introduction

“Cramming more components onto integrated circuits”Electronics, Volume 38, Number 8, April 19, 1965

Le transistor BJT

http://lmi17.cnam.fr/~anceau/...Histoire des transistors/Histoire transistors.htm


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Constitution et principe de fonctionnement

• Un transistor à jonction bipolaire (BJT) est un composant à semi-conducteur constitué de 2 jonctions PN, très proches l'une de l'autre. Une diode ordinaire étant elle-même constituée d'une unique jonction P-N, on pourrait dire qu'un transistor contient 2 diodes.

• Un transistor est formé de 3 zones (NPN ou PNP selon son type), tel qu'illustré sur le dessin ci-dessous. Chaque "zone" est reliée à une électrode: base (B) , émetteur (E) , collecteur (C) .

n

p

n

C

B

E

IB

IC

IE

VBE

VCE

p

n

p

E

B

C

IE

IC

IB

VEB

VCEBC

E C

EB

Le transistor BJT


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Effet transistor et gain en courant

• Le courant de collecteur Ic est proportionnel au courant de base Ib, le facteur β (béta) étant le gain en courant . Cette relation est:

• Pour donner un ordre de grandeur, le gain en courant peut varierde 10 à 500, voire 1000, selon le modèle de transistor.

c bI Iβ=

Symbol Min. Typ. Max. Unit Conditions• Dans les documents constructeur, cette amplification en courant (DC current transfer ratio)est notée hFE:

Document constructeur du “NPN General Purpose Transistor“ 2N3904, Rohm.

Le transistor BJT


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• Un courant Ib assez faible permet l'ouverture du "robinet" (B), ce qui provoque via l'émetteur (E) l'écoulement d'un fort courant Ic en provenance du réservoir collecteur (C).

• Notez que lorsque le "robinet" est complètement ouvert, le courant Ic est maximal: il existe donc (on s'en doutait!) une limite physique au gain en courant.

Analogie hydraulique

Le transistor BJT


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Effet transistor et gain en courant

• Quand la tension collecteur-émetteur VCE diminue pour devenir très faible, la jonction B-C cesse d'être polarisée en inverse, et l'effet transistor décroît alors très rapidement.

• A la limite, la jonction B-C devient aussi polarisée en direct:on n'a plus un transistor, mais l'équivalent de deux diodes en parallèle.

• On dit que le transistorest saturé .

Ic

IbIc = β.Ib

SaturationAmplification

Le transistor BJT


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• Il existe deux manières de disposer les jonctions P-N pour fabriquer un transistor:

• Une zone N, une zone P et une zone N:on a alors un transistor NPN (le plus répandu)

• Une zone P, une zone N et une zone P:on a dans ce cas un transistor PNP .

Transistors NPN et PNP

Le transistor BJT


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Transistors NPN et PNP

• Dans un transistor NPN, les courants de base Ib et de collecteur Ic sont rentrants, et le courant d'émetteur Ie est sortant. Dans un transistor PNP, les courants de base Ib et de collecteur Ic sont sortants, et le courant d'émetteur Ie est rentrant.

• Attention! De l'extérieur, rien ne permet de distinguer un NPN d'un PNP, sinon la référence du modèle. Ne confondez pas un BC327B (PNP) et un BC337B (NPN)...

Le transistor BJT


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Considérons le montage ci-dessous, appelé en "émetteur commun".L'entrée du montage est la base et la sortie le collecteur.

Dans ce montage, la base est polarisée par la résistance désignée Rb. Le potentiel de la base est d'environ 0,7 V, car l'émetteur est à la masse et la jonction base-émetteur équivaut à une diode passante. Le collecteur est polarisé par la résistance désignée Rc, de telle manière que la tension du collecteur soit supérieure à la tension de la base (VCE > VBE): la jonction base-collecteur est alors polarisée en inverse. L'entrée est caractérisée par les deux grandeurs IB et VBE, et la sortie par les grandeurs IC et VCE, soit 4 variables.

Caractéristiques

Le transistor BJT


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La caractéristique d'entrée du transistor correspond à la relation IB = f (VBE), VCE étant constante. Cette caractéristique, ressemble beaucoup (et pour cause) àcelle d'une diodeLa caractéristique de transfert est définie par la relation IC = f (IB), VCE étant constante. La caractéristique de transfert est une droite; on se souvient, nous l'avons vu plus haut, que le courant de collecteur Ic est proportionnel au courant de base Ib, le facteur ß (béta) étant appelé gain en courant . On peut donc dire que le transistor se comporte comme un générateur de courant commandé (ou "piloté") par un courant .

Caractéristiques

Le transistor BJT


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Caractéristiques

• La caractéristique de sortie du transistor correspond à la relationIC = f (VCE), IB étant constant. Dans la pratique, on trace plusieurs caractéristiques pour différentes valeurs de IB.

• La zone "grisée" correspond à la zone de saturation : quand la tension VCE diminue pour devenir très faible, la jonction collecteur-base cesse d'être polarisée en inverse, et l'effet transistor décroît alors très rapidement.

• L'autre partie du graphe montreque le courant de collecteur ICdépend très peu de la tension VCE.

Le transistor BJT


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Caractéristiques

Le transistor BJT


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Caractéristiques

Le transistor BJT

Fonctionnement:

Le transistor est bloqué lorsque ses deux jonctions sont en polarisation inverse.

Le transistor est en fonctionnement normal direct lorsque la jonction de commande BE est en polarisation directe et que la jonction BC est en polarisation inverse.

Le transistor est en fonctionnement normal inverse lorsque la jonction de commande BE est en polarisation inverse et que la jonction BC est en polarisation directe.

Le transistor est saturé lorsque ses deux jonctions sont en polarisation directe.

VBE

VBC

Saturation

Blocage NormalDirect

NormalInverse

http://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog20.htm


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Désignation

• La norme JEDEC affecte le préfixe :- 1N aux diodes,- 2N aux transistors, thyristors et triacs.

Vient ensuite un numéro de série à quatre chiffres,puis éventuellement un suffixe, facultatif.

• Le suffixe:- A signifie "faible gain",- B signifie "gain moyen",- C signifie "gain élevé".

• Exemples:- la 1N4148 est une diode,- le 2N2222A est un transistor à faible gain.

Le transistor BJT

http://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog20.htm


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Y: diode, rectifier

U: transistor, power switching

R: switching device, low power (thyristor...)

F: transistor, low power, high frequency

D: transistor, power, audio frequency

C: transistor, low power, audio frequency

100 à 999ou

10 à 99 + lettre

A: diode, signal

A: Ge(0,6 à 1 V)

B: Si(1 à 1,3 V)

C: AsGa(>1,3 V)

Exemples: la BA159 est un diode signal, le BC547 est un transistor faible puissance, le BD135 est un transistor de puissance.

Désignation

• La norme Pro Electron impose un codage avec trois informations:- une 1ère lettre désigne le matériau semi-conducteur utilisé,- une 2ème lettre renseigne sur la nature du composant,- un groupe de trois chiffres (pour les produits "grand public")ou deux chiffres et une lettre (produits industriels).

• Voici un récapitulatif simplifié:

Le transistor BJT


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Désignation

• Tout ceci serait relativement clair s'il n'existait toutes sortes de dérogations... Ainsi, certains fabricants n'ont rien trouvé de mieux que d'inventer un codage "maison".

• Voici quelques préfixes courants:- MJ: Motorola, puissance, boîtier métallique.- MJE: Motorola, puissance, boîtier plastique.- MPS: Motorola, faible puissance, boîtier plastique.- TIP: Texas Instruments, puissance, boîtier plastique.

• Cette petite liste, bien entendu, n'est pas exhaustive...

• Signalons d'autre part que sur les schémas américains ou japonais, les transistors sont souvent désignés par la lettre générique Q, alors qu'en France on préfère la lettre T.

• Exemples: MJE3055, TIP35C.

Le transistor BJT


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Tension de saturation (utile en commutation).VCESat

Puissance maxi que le transistor pourra dissiper, donnée par la formule: VCE x Ic. Attention, un transistor, ça chauffe!

PTotMax

Gain en courant (paramètre essentiel en amplification).hFE (ββββ)

Courant de collecteur maxi. A partir de cette valeur, le gain en courant va fortement chuter et le transistor risque d'être détruit.

ICMax

Tension collecteur-émetteur maxi, ou tension de claquage. Au delà de cette tension, le courant de collecteur IC croît très rapidement s'il n'est pas limité à l'extérieur du transistor.

VCEMax

Paramètres

• Le néophyte sera sans doute effrayé par le nombre de paramètres d'apparence plus ou moins ésotérique figurant sur la fiche technique complète (data sheet) d'un transistor quelconque...En réalité, tous les paramètres ne présentent pas le même intérêt.Bien souvent, dans la pratique, le choix d'un modèle de transistor ne dépendra que de quelques paramètres.

Le transistor BJT


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60> 40408000150045TO-126BD135

10080011050010045TO-92BC547

10060010062550045TO-92BC337

25030010050020040TO-922N3906

30030010050020040TO-922N3904

fT(MHz)hFE maxhFE min

PTOT(mW)

IC max(mA)

VCE max(V)Package

Type number

Paramètres constructeur: Datasheet

Le transistor BJT


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Paramètres constructeur: Datasheet

• S'agissant du brochage de tel modèle particulier, il est impératif de se reporter à sa data sheet ou à un catalogue.

• On notera que parmi les modèles représentés ci-dessus, les BD135, TIP140 et 2N3055 sont des transistors dits "de puissance".Le 2N3055 peut dissiper 115 watts! En revanche, leur gain en courant est limité.

• Le BC547 est sans doute l'un des transistors les plus répandus et il remplace bien souvent, sans autre forme de procès, des modèles moins courants. Si vous envisagez de constituer un stock, le BC547 et le 2N2222 sont des références à choisir en priorité.

Le transistor BJT


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Le montage émetteur commun

• Un transistor possède, on l'a vu, trois connexions, ou "pattes". On procède toujours (ou presque) de manière à ce qu'il y ait une patte commune àl'entrée et à la sortie du montage, d'où trois montages possibles:

Le transistor BJT

– émetteur commun : la patte commune est l'émetteur, l'entrée est la base et la sortie le collecteur;

– base commune : la patte commune est la base, l'entrée est l'émetteur et la sortie le collecteur;

– collecteur commun : la patte commune est le collecteur, l'entrée est la base et la sortie l'émetteur.


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• Le montage en émetteur commun est sans aucun doute le montage fondamental; il réalise la fonction, essentielle en électronique. C'est lui que nous allons brièvement étudier.

Le transistor BJT

Application: TD2, Ex.1, 2Chapitre 2 − Le transistor BJT

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• Une alimentation continue Vcc.Elle fournit les tensions de polarisation et l'énergie que le montage sera susceptible de fournir en sortie;

• Des résistances de polarisation .En effet, le transistor ne laisse passer le courant que dans un seul sens, comme une diode: il va donc falloir le polariser, à l'aide de résistances, pour pouvoir y faire passer du courant alternatif (lacomposante alternative du courant étant petite devant la composante continue);

• Un ou des condensateurs de liaison .Le plus souvent, le branchement de la source alternative d'entrée sur le montage se fera par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison placé entre la source et le point d'entrée du montage àtransistor (la base s'il s'agit d'un montage en émetteur commun). Bien que ce ne soit pas une règle absolue, le dispositif situé en aval du montage est lui aussi isolé par un condensateur de liaison.

Le transistor BJT


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• La résistance Rb fixe le courant de base Ib, ce qui détermine un courant de collecteur Ic = βIb,

• Le courant collecteur étant fixé, la tension URc = RcIc.

Le transistor BJT


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• Pour calculer Rb et Rc, il faut alors partir de Ic et de VCE0.

• On fixe un courant collecteur de repos Ic (courant de polarisation). Ce courant variera entre une dizaine de µA (applications très faible bruit) et une dizaine de mA (meilleures performances en haute fréquence).

• On fixe ensuite une tension de collecteur VCE généralement égale àVcc/2, de sorte que la tension du collecteur puisse varier autant vers le haut que vers le bas lorsqu'on appliquera le signal alternatif.

Le transistor BJT


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• La valeur de la résistance de collecteur Rc, qui assure la polarisation de la jonction base-collecteur, est déterminée, par:

Rc = (Vcc - VCE)/Ic.

• La valeur de la résistance de base Rb, qui a pour rôle de fixer le courant de base, est:

Rb = (Vcc -VBE)/Ib,avecVBE = 0,7 V et Ib = Ic/β.

Le transistor BJT


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Le montage émetteur commun polarisé par pont de base

• Le montage étudié ci-dessus se révèle, dans la pratique, difficilement exploitable, en tout cas peu fiable. On a plutôt recours à un montage qui ressemble davantage à celui-ci, dont la base n'est pas polarisée par une unique résistance, mais par un pont de résistances:

Le transistor BJT


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• Ce schéma est rigoureusement identique au schéma précédent. Le transistor est un petit NPN standard référencé 2N2222.

• On retrouve les résistances de collecteur (R1), d'émetteur (R2) et du pont de base (R4 et R3).

• Le signal à amplifierest issu d'une sourcede tension alternative,de forme sinusoïdale.

• L'amplitude de ce signalest très faible,puisqu'elle vaut 10 mV.

Le transistor BJT


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On observe ici une amplification de Ic par rapport à Ib(le gain en courant, ou β) de l'ordre de 150.

Le transistor BJT

• Simulation du montage: Courants Ib et Ic.


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• Simulation du montage: Courants Ib = Ib0 + ib et Ic = Ic0 + ic.

Le transistor BJT

Ic (mA)

Ib (µA)

Ic = β.Ib

t

t

Ib,sat

Ic,sat

Ib0

Ic0

Ib (µA)

ib

icPoint de

polarisation


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Le transistor BJT

Ic (mA)

Ib (µA)

Ic = β.Ib

Ib,sat

Ic,sat

Ib0

Ic0

Ib (µA)

ib

ic

Point depolarisation

t

t


Blocage


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Le transistor BJT

Ic (mA)

Ib (µA)

Ic = β.Ib

Saturationt

t

Ib,sat

Ic,sat

Ib0

Ib (µA)

ib

icPoint de

polarisationIc0



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• Ce qu'il faut en définitive retenir du montage en émetteur commun, c'est qu'il procure une très bonne amplification du courant.

• Une des pistes d’amélioration des propriétés d’amplification consiste à combiner des transistors entre eux:

- Montage Darlington- Montage Push-Pull

• De nos jours, toutefois, on n'utilise plus guère le transistor en tant que tel: on a plutôt recours à des circuits intégrés spécialisés (qui intègrent, comme leur nom l'indique, des transistors).

Le transistor BJT


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Le montage Darlington

• Le montage Darlington associe deux transistors, l'émetteur de l'un étant relié à la base de l'autre, les collecteurs étant directement raccordés à la tension d'alimentation.

• Ces deux transistors ainsi montés se comportent comme un seul transistor, dont le gain ß est égal au produit des gains des deux transistors. On se doute qu'il s'agit, grâce à ce montage, d'obtenir une forte amplification . L'impédance d'entrée d'un tel montage est très grande et son impédance de sortie très faible.

Le transistor BJT

Application: TD2, Ex.3Chapitre 2 − Le transistor BJT

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BC878>10001000830100045TO-92BC875

PNP

compl.hFE maxhFE minPTOT

(mW)IC max(mA)

VCES max(V)

PackageType number

Le montage Darlington

• A noter qu'il existe dans le commerce des transistors appelés "Darlington", qui remplacent le montage du même nom.

• A titre d'exemple, voici les principaux paramètres de l'un d'eux:

• VCES signifie tension collecteur-émetteur, avec VBE = 0.

• Le modèle référencé BC875 est un NPN moyenne puissance (presque 1 watt); son PNP "complémentaire" est le BC878.

Le transistor BJT


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• Ce montage est construit autour de deux transistors complémentaires:

- un NPN, noté T1,- un PNP, noté T2.

• Les deux transistors conduisent le courant de collecteur tour à tour, pendant une alternance du cycle alternatif. Ce qui revient à dire que chaque transistor est bloquépendant une demi-période du signal alternatif et passant durant l'autre.

Le montage "push-pull"

• Le montage push-pull (push, en anglais, signifie pousser, pullsignifie tirer), encore appelé montage sym étrique , est un grand classique en amplification de puissance des signaux alternatifs.Voici, brièvement, son principe:

• Pour obtenir une amplification correcte, il est ici nécessaire d'employer deux transistors complémentaires (mêmes paramètres, seule la polarité, NPN ou PNP, diffère) et une alimentation symétrique.

Le transistor BJT


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Le transistor utilisé en commutateur

• Dans ce petit montage, le transistor NPN ou PNP pilote une DEL de visualisation selon le niveau logique, haut ou bas ("1" ou "0"), du signal d'entrée.

Le transistor BJT


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Le transistor utilisé en commutateur

• Voici une version plus sophistiquée de ce montage: il permet de visualiser, à l'aide de trois DEL, l'état de trois entrées notées A, B et C. La table de vérité indique laquelle des DEL est allumée selon les différentes possibilités. Le rôle des transistors (par exemple des 2N2222, très répandus) consiste, comme ci-dessus, à piloter les LEDs.

• Notons que ces schémas se prêtenttout particulièrement à des montagessur plaquette à connexions rapides,sans soudure.

Le transistor BJT


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2503003050080030TO-182N2222

fT(MHz)

hFE maxhFE minPTOT(mW)

IC max(mA)

VCE max(V)

PackageType number

Caractéristiques du 2N2222

• Le 2N2222 est un transistor NPN destiné à la commutation rapide (high-speed switch, en anglais).

• Voici ses principales caractéristiques:

Le transistor BJT

Pdissipée= VCE .IC

PTOT ≤ VCE,max.IC,max


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• Si Ve = 0, le transistor NPN est bloqué, la tension de sortie Vs = Vcc.

• Si Ve = Vcc, c'est le transistor PNP qui est bloqué et alors la tension de sortie Vs = 0.

• Ce montage est réalisé à l'aide de transistors complémentaires.

Fonctions complexes

• Utilisé en commutateur, le transistor permet de réaliser des fonctions très complexes. Le montage ci-contre, associant un transistor PNP et un transistor NPN, équivaut à une porte logique NON.

Le transistor BJT


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• Compléter les types et bornes de transistors:

Symboles: Résumé

• ……………………………………

Le transistor BJT

…

…= …×…

………………. ……………….

BC

E C

EB


…

• …………………………………… • ……………………………………

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PPN 2013: SE1

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Octobre 2013.


Département GEII

SE1 − Composants

Chapitre 3 : Le transistor FET

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Introduction

Le transistor FET

Intel Intanium quadri-coeurs45 nm, 2 milliards de transistors

Transistor FET P45N02LD

Transistor MOSFETIRF 510 à canal N

Transistor JFET2N4392

Transistor FET

Intel 4004

Chapitre 3 − Le transistor FET

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Le transistor FET

Introduction


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Le transistor FET

Current-Voltage Limitationsof MOSFET vs BJT.

1 10 100 1000

1000

1500

500

0

Imax (A)

Vm

ax(V

)

MOSFET

BJT

Introduction

Les MOSFET sont:- pilotés en tension.- adaptés aux applications haute fréquence.- chauffent peu.


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Le transistor FET


• Un transistor FET est tout simplement une résistance intégrée sur une puce de silicium, dotée de deux extrémité (Drain et Source ) et commandée par une 3ème électrode appelée (Grille ou Gate).

• Pour aller de la source au drain, les porteurs traversent un canal très mince (~1mm) au niveau de la grille.

PN

P

CANAL

SOURCE DRAINGRILLE

SUBSTRAT

VGS

VDS

G

D

S

VDS

VGS


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• Il existe une autre grande famille technologique de transistors:les transistors à effet de champ (Field Effect Transistor, FET).

• Les FET sont des sources de courant commandées en tension. • Ils se déclinent en deux types : le canal N et le canal P .

Le transistor FET

Introduction

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_à_effet_de_champ

P

N


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Introduction

Le transistor FET

• Le JFET à canal N est constitué d'une mince plaquette de silicium N qui va former le canal conducteur principal. Cette plaquette estrecouverte partiellement d'une couche de silicium P, de manière àformer une jonction PN latérale par rapport au canal.

• Le courant entre par une première électrode, le drain (D), circule dans le canal, et sort par une deuxième électrode, la source (S).

• L'électrode connectée à la couche de silicium P, la grille (G), sert àcommander la conduction du courant dans le canal.

• Le transistor FET fonctionne toujours avec la jonction grille-canal polarisée en inverse.

JFET à canal N JFET à canal P

N

PG

DDD

S

GG

D

S


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Introduction

Le transistor FET

• Le JFET n'est pas adapté aux forts courants.• Son domaine d'application se limite à:

- l'amplification des petits signaux .- des montages à haute impédance d'entrée et faible bruit ,tels que les préamplificateurs pour signaux de faible niveau.

• Ajoutons que la mise en oeuvre des FET s'avère très délicate.• En revanche, les FET sont souvent intégrés dans des circuits comme

les amplificateurs opérationnels (AOP), que nous verrons plus loin.


N

PG

DDD

S

GG

D

S


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Le transistor FET: un transistor unipolaire

Le transistor FET

Les TEC (Transistors à Effet de Champ) ou FET (Field Effect Transistor)sont de deux sortes :

• Les transistors JFET (Junction FET).

• Les transistors MOSFET (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor)ou MOS.

• Dans chaque cas, on rencontre les deux types de canaux:- canal N ,- canal P .

• Les transistors FET sont appelés unipolaires parce que la conduction électrique y est assurée par un seul type de porteurs (P ou N).

• Un transistor à effet de champ est un composant à semi-conducteur constitué de 3 zones, chacune reliée à une électrode :la grille (G) , le drain (D) , la source (S) .


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Le transistor FET

• Un JFET est constitué de 3 électrodes :la grille (G) , le drain (D) , la source (S) .

Introduction

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_5.html



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Le transistor FET

Introduction

• Un MOSFET est constitué de 3 électrodes :la grille (G) , le drain (D) , la source (S) .

Canalenrichi

Canalappauvri

Canalenrichi

Canalappauvri

MOSFET à canal N MOSFET à canal P

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.htmlChapitre 3 − Le transistor FET

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• Le montage présenté est un interrupteur parallèle.• La tension de commande VGS doit être Ve ("ON") ou 0 ("OFF").

Le transistor FET

Application: Interrupteur

M

Commande d’un moteur DC Chronogramme


Commanded’une LED,d’un moteur

VGS

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• Le montage présenté est un interrupteur de commande .• La tension de commande VGS doit être Ve ("ON") ou 0 ("OFF").

Le transistor FET


Commande d’un moteur DCCommande d’une lampe


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• Le montage présenté est un interrupteur parallèle .• La tension de sortie Vs doit être Ve ou 0.• Ceci se réalise facilement en donnant au FET deux points de

fonctionnement très différents:- bloqué (si VGS < - VP)- très conducteur (VGS = 0).

Vs

VGS

Ve

R

Le transistor FET



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Le transistor FET

Application: MOSFET de puissance

Lorsque l'on veut faire tourner un moteur à courant continu dans les deux sens de rotation, il faut inverser la polarité de l'alimentation sur ses bornes.

Montage à 4 interrupteurs Montage à 2 inverseurs


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Le transistor FET

Application: Montage push-pull

Montage à 2 MOSFET complémentaires

Le montage push-pull permet de fournir une forte puissance. Pour cela, il faut utiliser deux transistors complémentaires.

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Le transistor FET

Lorsque l'on veut faire tourner un moteur à courant continu dans les deux sens de rotation, il faut inverser la polarité de l'alimentation sur ses bornes.

Montage à 4 MOSFET de puissance (2xRFD14N05 et 2xRFD15P05)



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Le transistor FET

Moteur à courant continu avec deux sens de rotation.Pont en "H":

Montage à 2 MOSFET à canal Pet 2 MOSFET à canal N

Montage à 4 MOSFET à canal N

Commande Commande

http://fribotte.free.fr/bdtech/Drivers/DrivesPontH.html



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Avantages

RDSon très grande

Zin > 100 MΩFacile à fabriquerPetite surface de silicium

SymétriqueTension de seuil importante

(2,5 à 4V ou 0,8 à 2V)DMOS et VMOS,fréquence de commutation ~GHz

• Avantages et inconvénients d'un MOSFET:

Transistors MOSFET

http://didier.magnon.free.fr/cours/commutation%20chapitreIV.pdf

Inconvénients

Très sensible à la contamination

Très sensible aux DéchargesElectroStatiques

Mettre une diode Zenerentre G et S

RDSon relativement élevée

MOS, pas très rapide

Le transistor FET

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Le transistor FET


http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html

• …………………………………… • ……………………………………

• …………………………………… • ……………………………………

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• Comparaison d'un BJT vs un MOSFET:

BJT vs MOSFET

http://didier.magnon.free.fr/cours/commutation%20chapitreIV.pdf

BJT

103 à 105

100 à 200

50 à 500

500 à 2000

0,3

FET

109 à 1011

105 à 106

4

4

3

Zin (Ω)

Pout/Pin

ton (ns)

toff (ns)

Rs (Ω)

Les transistors

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• Comparaison d'un BJT vs un MOSFET:

Les transistors

BJT vs MOSFET

http://homepages.laas.fr/fmathieu/Les%20transistors.pptx

BJT

- Contrôle en courant.- En commutation, résistance série faible si Ic important.

- Impédance d’entrée faible (base).

- Temps de commutation.

- Consommation de courant en commutation.

- Tension de seuil très reproductible en composants discret Vbe = f (Ic,Ib)

FET

- Contrôle en tension.- Résistances Ron faible (mais plus forte que le BJT).

- Impédance d’entrée forte (grille).

- Rapidité de commutation.

- Pas de consommation de courant en hors les transitions en commutation.

- Peu de reproductibilité

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Les transistors

Commutation

• Points importants: Temps de commutation, Résistance série rapportée,Type de commande, Tensions et courants mis en jeux.

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Octobre 2013.


Département GEII

SE1 − Composants

Chapitre 4 : L'ADI

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PPN 2013: SE1

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Introduction

L'ADI

Premier AO: le K2-W

Boîtier DIL8Le LM324 de TI

Le OPA335 de TI

Boîtier TO99

Le LM741 de NS

Boîtier DO8

Chapitre 4 − L'ADI

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Introduction

L'ADI

• Définition:– Un ADI (ADI ou AOP, ou OpAmp en anglais), pour

Amplificateur Différentiel Intégré est un circuit intégré dont la fonction de base est, comme son nom le suggère, l'amplification [différentielle].

– Il est en outre "opérationnel" en ce sens qu'il permet de réaliser des fonctions de type "arithmétique" (inversion, addition, soustraction...).

http://genelaix.free.fr/IMG/pdf/AOP_diaporama.pdfhttp://genelaix.free.fr/IMG/pdf/AOP-applications-2009.pdf

−

+e+

e−

VCC

VEE

Vout

.( )outV A e e+ −= −


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L'ADI

• La structure interne de l'ADI est la suivante:



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L'ADI

Introduction

• La structure interne d'un LM124 est la suivante:


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• L'architecture simplifiée d’un ADI est la suivante :

L'ADI

Introduction

.( ) .2out d mc

e eV A e e A

+ −+ − += − +

Amplificateurdifférentiel

Étageamplificateur

SuiveurImpédance de sortie faibleConfiguration Push-Pull : domaine de linéarité

Augmente le gain total (Av>>1)ex: montage drain commun et Rd élevée (charge active)

Amplification de (e+ − e−)Atténuation de (e+ + e−)/2

(Ad >> 1: "Mode Différentiel")

(Amc<<1: "Mode Commun")

AmplificateurDifférentiel (Ad)

Amplificateurde tension (Av)

SuiveurAmplificateur

de courant

+

−


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• Un ADI est un système amplificateur différentiel :– Amplificateur et différentiel car il amplifie la différence des

tensions appliquées sur ses deux entrées , notées usuellement e+ (entrée dite "non inverseuse"), e− (entrée dite "inverseuse").

Le facteur d'amplification est appelé le gain .– On aura donc un composant comportant deux entrées et une

sortie. En règle générale, les ADI requièrent une alimentation symétrique (positive et négative), mais certains modèles acceptent une alimentation postive simple.


L'ADI


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Introduction

L'ADI

• Certains ADI sont spécialisés dans l'une ou l'autre de ces fonctions, d'autres sont aptes à les remplir toutes deux (désignés "generalpurpose" en anglais).

• Il existe en outre plusieurs familles technologiques d'ADI.• Précision importante: en dépit de son apparente "simplicité", l'ADI

transistor demeure un composant assez complexe, aussi bien sur le plan théorique que pour sa mise en œuvre.

• Nous nous bornerons ici à décrire son fonctionnement et ses principaux paramètres de manière très succincte.


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L'ADI

Alimentation non symétrique Alimentation symétrique

• Cas de tensions continues V1 et V2 aux deux entrées d'un ADI.• La figure ci-contre reprend les deux cas possibles d'alimentation

de l'ADI, symétrique ou simplement positive:

Vout = presque -VccVout = presque 0e- > e+

Vout = presque +VccVout = presque +Vcce- < e+

Alimentation symétriqueAlimentation non symétrique


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L'ADI

• Il existe toujours une petite différence entre la tension disponible en sortie (output voltage swing, en anglais) et celle d'alimentation:

,max

,min

sat cc

sat cc

V V

V V

≤ + ≤ −

+Vcc

−Vcc

Vsat,min

Vsat,max


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ADI parfait et ADI réel

L'ADI

• On pourrait définir l'ADI "parfait" ou "idéal" (celui de la théorie) comme un amplificateur de différence pur à gain différentiel infini, dont l'impédance d'entrée est infinie (pour ne consommer aucun courant de la source) et l'impédance de sortie est nulle (pour fournir un courant infini à la charge).

• De plus, cet ADI parfait présenterait une largeur de bande infinie et un décalage en tension nul, rejetterait parfaitement le mode commun, et serait en outre insensible aux variations de température et de tension d'alimentation.

• Dans la réalité, on constate, par rapport à ce modèle théorique idéal, quelques "défauts" (souvent minimes, il est vrai)... Ces divergences entre l'ADI "réel" et l'ADI "parfait" donnent lieu àdivers paramètres, qui sont répertoriés et quantifiés dans les datasheets des fabricants. Nous allons en étudier quelques uns...


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• Technologie bipolaire (µA741...), BI-FET (LF353...), MOSFET...

• Gain en boucle ouverte de A ≈ 105 (souvent exprimé en dB).• Impédance d'entrée très grande (Ze ≈ 2 MΩ pour un µA741,

de 10 MΩ pour un LF353...).• Impédance de sortie très faible (Ze ≈ 75 Ω pour un µA741).• Courant disponible de l'ordre de Is ≈ 25 mA.• Bande passante du continu à GBP ≈ 1 MHz (LM324), 2 MHz

(µA741), 4 MHz (LF353)...• Ajoutons à cela que la plupart des AOP, notamment le LM324,

acceptent volontiers une alimentation non-symétrique.

Quelques caractéristiques

L'ADI


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• Le µA741, en boîtier DIL 8. Ce boîtier comporte un seul AOP; d'autres modèles peuvent en comporter 2 (dual) ou même 4 (quad). La broche 8 n'est pas utilisée (NC pour not connected).

Document constructeur

L'ADI

• Prenons pour exemple un AOP très courant (et très bon marché), le µA741. Voici son brochage

Brochage DIL8 ADI µ741


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Ω75Output resistanceROUT

MΩ20,3Input resistanceRIN

V+/-13

+/-12

Input voltage rangeVIN

dB9070Common Mode Rejection RatioCMRR

V±±±±14±±±±12RL = 10 kOutput voltage swingVout

nA50080Input bias currentIBIAS

nA20020Offset currentIOS

mV6,02,0RS = 10 kOffset voltageVOS

V±±±±30Differential input voltageVIN

V±±±±18Supply voltageVS

UnitMaxTypMinTest

ConditionsParameter

Document constructeur: µA741

L'ADI


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V+/-13

+/-12









UnitMaxTypMinTest

ConditionsParameter

L'ADI


Tension de décalage en entrée: VOS (input offset voltage )

Si les deux entrées e+ et e- sont reliées à la masse, la tension différentielle devrait bien evidemment être égale à 0. Or, dans la pratique, on peut vérifier l'existence d'une tension continue de sortie Vout...Le phénomène s'explique par une infime dissymétrie dans la géométrie des entrées différentielles.Ce décalage (input offset voltage, noté VOS) peut être compensé en montant une résistance ou un potentiomètre monté sur les entrées offset null, ce qui a pour effet de forcer la sortie à 0 quand les entrées sont elles-mêmes à 0.


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V+/-13

+/-12









UnitMaxTypMinTest

ConditionsParameter

L'ADI


Courant de polarisation en entrée: IBIAS (input bias current )

Les deux entrées d'un ADI sont, on l'a vu, des transistors (bipolaires dans le cas du µA741). Leur polarisation devrait être rigoureusement identique, ce qui n'est jamais le cas et provoque, du fait d'un décalage de courant (input offset current), un décalage de la tension de sortie Vout.Le remède consiste à monter une résistance sur l'entrée non inverseuse.


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V+/-13

+/-12









UnitMaxTypMinTest

ConditionsParameter

L'ADI


Amplitude de la tension de sortie: V out (output voltage swing )

Le paramètre Vout fournit la valeur maximale de la tension en sortie, cette tension ne pouvant être, naturellement, supérieure à la tension d'alimentation.


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V+/-13

+/-12









UnitMaxTypMinTest

ConditionsParameter

L'ADI


Taux de réjection en mode commun: CMRR ( common mode rejection ratio)

Dans le cas où les deux tensions V1 et V2 sont strictement égales, la tension différentielle est nulle. On dit alors que l'ADI amplifie en mode commun.En fait, un signal mode commun correspond en général à un parasite, et il doit, ou devrait, être rejeté par l'ADI. Celui-ci n'étant parfait, on risque de trouver en sortie une amplification partielle de ce parasite. Les fabricants spécifient donc un CMRR (common mode rejection ratio), ou TRMC (taux de réjection en mode commun), qui correspond au taux entre l'amplification en mode différentiel (voulue) et celle en mode commun (non voulue).Ce CRMM est exprimé en décibels (dB): plus il est élevé, plus l'ADI est "idéal".


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• Prenons maintenant pour exemple un autre modèle d'ADI, lui aussi très courant, le LM324.

• Quadruple ADI en boîtier DIL 14:

L'ADI

Document constructeur: LM324

Brochage du LM324 Montage avec un LM324


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• Ce quadruple ADI en boîtier DIL 14 présente d'intéressantes particularités, notamment la possibilité de l'alimenter avec une tension continue positive comprise entre 3 et 30 V ou une tension symétrique comprise entre ±1,5 V et ±15 V.

• De plus:– son gain en boucle ouverte atteint 100 dB– il consomme très peu de courant (1 mW sous 5 V)– la tension différentielle Vin peut être égale à la tension

d'alimentation Vcc– la tension de sortie peut atteindre 0 V (pas de décalage) ou la

valeur de (Vsat,max = Vcc −1,5 V)

L'ADI



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• Nous avons déjà parlé du courant de sortie IOUT (output current), sa valeur typique est ici de 20 mA.

• Les deux autres paramètres, contrairement à ceux que nous avons vu jusqu'à présent, se rapportent non pas au mode continu, mais au mode alternatif.

L'ADI

V/µs0,3Slew rateSR

MHz1Unity gain bandwidthGBW

mA20Output currentI OUT

UnitTypParameterSymbol

Extrait d'un document constructeur de LM324



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Ci-contre, le gain reste voisin de 120 dB jusqu'àune fréquence un peu inférieure à 10 Hz, puis il commence de chuter d'environ 20 dB chaque fois que la fréquence est multipliée par 10.

• La fréquence à gain unitaire GBW (unity gain bandwidth) est la fréquence à laquelle l'ADI n'amplifie plus (ou, si l'on préfère, amplifie par un facteur 1). En effet, le gain de l'ADI chute quand la fréquence augmente: ce phénomène caractérise sa réponse en fréquence (frequency response, en anglais).

L'ADI

V/µs0,3Slew rateSR






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On notera que ces deux paramètres sont liés. Ainsi, le GBW du LM324 est de 1 MHz et son SR de 0,3 V/µs; pour le LF353, on a des valeurs de 4 MHz et 13 V/µs respectivement.

• Le paramètre SR (slew rate) est la pente de la tension maximale de sortie (SR = dV/dt), autrement dit la vitesse de variation maximum du signal. Il s'exprime en V/µs. Le SR indique la fréquence maximale d'utilisation de l'ADI sans distorsion du signal.

L'ADI

V/µs0,3Slew rateSR






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En faisant varier le ratio de la tension réinjectée par rapport à la tension de sortie, on peut aisément contrôler le gain de l'ADI.Lorsqu'on utilise un ADI avec une contre-réaction, on dit qu'il fonctionne en boucle fermée .

L'ADI

La contre-réaction

• On vient de le voir, le gain de l'ADI diminue quand la fréquence augmente. Si on désire augmenter la bande passante, il faut donc (hélas) réduire le gain. C'est donnant-donnant...

• On y parvient grâce à la technique de la contre-réaction négative , qui consiste à réinjecter une fraction de la tension de sortie Vout sur l'entrée inverseuse e-, comme le montre la figure ci-contre.

• On a alors un retour du signal en opposition de phase par rapport au signal d'entrée. Le signal de sortie se soustrait au signal d'entrée de manière à faire travailler l'amplificateur dans sa partie linéaire.


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Ve Vs

I

Ve Vs

IR

R Z1

Z2

ε ε

L'ADI

Montage amplificateur inverseur

( ) ( )s eV t V t= −

( ) . ( )

( ) . ( )e

s

V t R I t

V t R I t

= = −

2

1

( )Z

T fZ

= −

1

2

.

.e

s

V Z I

V Z I

= = −

Amplificateur inverseur unitaire Amplificateur inverseur

• Montage avec contre-réction négative :


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L'ADI


• La simulation numérique des composants réels permet d'obtenir la tension de sortie "réelle", prenant en compte les caractéristiques et limitations de l'ADI choisi.

A


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L'ADI


• Quel que soit le montage à ADI étudié, l'écriture de la tension en différents points du circuits selon Millman permet de déterminer la fonction de transfert du montage.

11

1 1

1

NNk

k kkk k

A N N

kk k k

EE Y

ZV

YZ

==

= =

= =∑∑

∑ ∑

E1

Z1

E2

Z2

EN

ZN

A

VA


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• Un ADI amplifie la différence des tensions appliquées sur ses deux entrées, l'une étant dite "non inverseuse" et l'autre, "inverseuse".

• L'alimentation est en principe symétrique, mais une alimentation positive est souvent possible.

• Le gain (facteur d'amplification) en boucle ouverte est faramineux: souvent supérieur à 105.

• L'impédance d'entrée est très grande, l'impédance de sortie très petite.

• Le gain diminue à mesure que la fréquence augmente; la bande passante va en général du continu à 1 ou 2 MHz pour les ADI en technologie bipolaire.

• Le courant maximal disponible atteint environ de 25 mA.• Les ADI modernes sont désormais très proches de l’ADI "parfait".

L'ADI

Récapitulatif


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L'ADI

Montages avec ou sans contre-réaction

Bouclage de Vs sur e−

Bouclage de Vs sur e++++ Bouclage de Vs sur e++++

non oui

non oui

Comparateurà 1 seuil

Comparateurà 2 seuils

non oui

Fonctionnementlinéaire

ConvertisseursOscillateurs

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02bis/cours_elec/aop.pdf


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L'ADI




non oui

non oui



non oui




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L'ADI

Montage comparateur simple seuil

ve

vs

+Vcc

−Vcc

Saturation Linéaire Saturation

−

+

e+ vs

e−


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L'ADI




non oui

non oui



non oui




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L'ADI

Montage comparateur double seuil

ve

vs+Vcc

−Vcc

vt− vt+

e tv v−<

−

vs

veR2R1

+

Etat initialTensionde seuil

Conditionde transition

Etat final

1

1 2t cc

Rv V

R R− = −+ s ccv V= +s ccv V= −

s ccv V= + e tv v+> s ccv V= −1

1 2t cc

Rv V

R R+ =+


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L'ADI



Bouclage de Vs sur e++++

non

non


oui


oui



oui

non



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L'ADI


2

1

s

e

v R

v R= −0e e+ −= = ⇒

−

+

R2

R1

ve vs


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L'ADI

Montage amplificateur non-inverseur

1 2

1

s

e

v R R

v R

+=e e+ −= ⇒

−

+

R2

R1

vsve


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L'ADI

Montage sommateur

3 31 2

1 3 2 3s

R Rv v v

R R R R= +

+ +e e+ −= ⇒

−

+

vs

R1

R3

R2

v2

v1


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L'ADI

Montage soustracteur

−

+

R2

R1

vsv2

R3

R4v1

4 1 2 22 1

3 4 1 1s

R R R Rv v v

R R R R

+= −+

42

3 4

Re v

R R+ =

+2 1 1

1 2

sR v R ve

R R− +=

+et ⇒


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L'ADI

Montage dérivateur

T j RCω= −

−

+

R

ve vs

C


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L'ADI

Montage intégrateur

1T

j RCω= −

−

+

C

R

ve vs


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L'ADI




non

non


oui



oui

non


oui



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L'ADI

Applications: Générateurs de signaux non-sinusoïdau x

Squarewave Oscillator Pulse Generator


Page 153/160

L'ADI

Applications: Montages typiques

LED DriverPower Amplifier

Non-Inverting DC GainDC Summing Amplifier


Page 154/160

L'ADI

Applications: Amplificateur d'instrumentation

High Input Z Adjustable-Gain DC Instrumentation Amplifier


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L'ADI

Applications: Filtre passe-bas

DC Coupled Low-Pass RC Active Filter


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L'ADI

Applications: Montages typiques

Fixed Current Sources

12 1

2

RI I

R=


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L'ADI

Applications: Montages linéaires typiques


• …………………… • …………………… • ……………………

• …………………… • …………………… • ……………………

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L'ADI

Applications: Montages non-linéaires typiques


• …………………… • …………………… • ……………………

• …………………… • …………………… • ……………………

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Composants

Notes:

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Notes:

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• ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

• ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

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Composants

Education

SE1 - CM Composants - De la diode à l'ADI