Post on 17-Feb-2017
Cours exposé
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques
email : nasser_baghdad @ yahoo.fr
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Pr . A. BAGHDAD 1
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 2
Contenu du programme
Chapitre I : Généralités
Chapitre II : Régime continu
Chapitre III : Régime alternatif sinusoïdal
Chapitre IV : Les quadripôles
Chapitre V : Les filtres passifs
Chapitre VI : Les diodes
Chapitre VII : Le transistor bipolaire
Chapitre VIII : L’amplificateur opérationnel
Partie A Circuits électriques
Partie B Circuits électroniques
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 3
Chapitre VII
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 4
I. Étude statique
II. Étude dynamique
III. Applications du transistor dans la conception des
amplificateurs petits signaux BF
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Sommaire
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 5
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 6
1°) Définition
2°) Symbole et convention
3°) Différents modes de fonctionnement du transistor bipolaire
4°) Modélisation du transistor bipolaire : modèle à 2 diodes
5°) Représentation quadripolaire en statique du transistor
6°) Détermination graphique des paramètres hybrides statiques
7°) Polarisation du transistor bipolaire
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 7
1°) Définition
Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur de
la famille des transistors.
Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et
l'autre en inverse.
La polarisation de la jonction PN inverse par un faible courant électrique (parfois
appelé effet transistor) permet de « commander » un courant beaucoup plus
important, suivant le principe de l'amplification de courant.
Quelques types de transistors bipolaires
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2°) Symbole et convention
Il existe deux types :
* Transistor NPN
* Transistor PNP
Il possède trois bornes
(ou trois électrodes) :
B : Base
E : Émetteur
C : Collecteur
C
B
E
NPN B
E
C
PNP
Symbole
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VBE = VBC + VCE
Le transistor est une maille de tension et un nœud de courant
Convention de signe
C
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IE
C
B
E
PNP
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IE
NPN
IE = IC + IB
Loi des mailles :
Loi des nœuds :
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On pose :
C
B
E
VBE
VCE
IB NPN
E
IC
C
B
E
VBE
VCE
IB PNP
E
IC
B
C
I
I
β >> 1
Gain en courant du transistor
Le transfert direct en courant du quadripôle est défini par : IC/IB
Ce transfert direct en courant correspondant à un gain en courant
β est la gain en courant du transistor. β varie entre 10 à 800 selon le type transistor
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IC ≈ α IE
CCC
CBE III
soitIII
IC = β IB IC ≈ IE
1
1
Relation entre α et β du transistor
α est un coefficient de proportionnalité reliant le courant de collecteur au courant
d’émetteur. On pose :
Approximation :
A partir de maintenant, on considère pour le transistor bipolaire que :
IC ≈ α IE avec α = 0,999.. ≈ 1
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C
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC
C
B
E
PNP
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC
NPN
IC = β IB IC ≈ IE
Simplification :
On retient pour les deux types :
IB et IC, les seuls courants qui circulent : transistor bipolaire
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 13
Il existe quatre régimes de fonctionnement :
FND ou FC (Fonctionnement Normal Direct ou Fonctionnement
Conducteur) pour l’amplification et autres fonctions de l’EA…
FB (Fonctionnement Bloqué ou Éteint) pour la commutation.
Base de l’EN
FS (Fonctionnement Saturé ou Allumé) pour la commutation.
Base de l’EN
FNI (Fonctionnement Normal Inverse) : aucun intérêt pratique,
il n’est de fonctionnement que par la théorie.
EVV
VCE
BC
BE
0
0
00
0
CE
BC
BEV
V
V
00
0
CE
BC
BEV
V
V
00
0
CE
BC
BEV
V
V
3°) Différents modes de fonctionnement du transistor bipolaire
satCCCE IIetEV 00
0 CCE IetEV
satCCCE IIetV 0
Transistor NPN
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EVCE max
0minCEV
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FND ou FC FB FS
C
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC EVCE 00BEV
NPN 0BCV
0 CCE IetEVsatCCCE IIetV 0satCCCE IIetEV 00
Transistor est tout le temps conducteur
Électronique analogique
Électronique numérique
C
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC EVCE 0BEV
NPN 0BCVC
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC 0CEV0BEV
NPN 0BCV
Technologie TTL
Transistor est tantôt bloqué et tantôt saturé : il commute
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4°) Modélisation du transistor bipolaire : modèle à 2 diodes idéales
Diode à jonction PN
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1°) NPN C
B
E
NPN
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC
C
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC
Attention!!! En pratique, deux diodes montées de la sorte ne permettent pas l’obtention
de l’effet transistor.
diodes à têtes opposées
« Anodes communes »
2°) PNP C
B
E
NPN
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC
C
B
E
VBC
VBE
VCE
IC
IB
IC
diodes à têtes bêches
« Cathodes communes »
Transistor bipolaire
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FB ou FE Commutation : électronique numérique
BEBCCEBCBECEBCBE
CE
BC
BE
VVcarVVVVVVDémo
EVV
V
NPN
0
0
00
:
0
0
0 CCE IetEV 0 CCE IetEV
2 diodes
sont
bloquées
C
B
E
VCE max = E
IC =0
IB = 0
C
B
E
VCE max = E
IC =0
IB = 0
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FS ou FA
2 diodes
sont
passantes
Commutation : électronique numérique
BEBCCEBCBECEBCBE
CE
BC
BE
VVcarVVVVVVDémo
VV
V
NPN
0
0
00
:
00
0
C
B
E
VCE = 0
IC = ICsat
IB = IBsat
C
B
E
VCE = 0
IC = ICsat
IB = IBsat
satCCCE IIetV 0
satCCCE IIetV 0
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FND ou FC Conduction : électronique analogique
C
B
E
VCE
IC
Effet transistor
Transfert à
travers une
zone de
forte
résistance
C
B
E
VCE
IC
satCC
CE
II
EV
0
0
satCC
CE
II
VE
0
0
0
0
00
:
00
0
CEBCBECEBCBE
CE
BC
BE
VVVVVVDémo
VV
V
NPN
0
0
00
:
00
0
CEBCBECEBCBE
CE
BC
BE
VVVVVVDémo
VV
V
PNP
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Rappel
Transistor est un quadripôle
Un fil est un point de potentiel
1 fil 1 point
5°) Représentation quadripolaire en statique du transistor
A K
Diode est un dipôle
I
V = VAK
VBE
Entrée Sortie
VCE
IB IC C B
E E
Représentation quadripolaire du transistor
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Z ou Y
Dipôle (D)
i
v Dipôle en régime alternatif sinusoïdal
Les caractéristiques du même dipôle sont :
l’impédance complexe Z
l’admittance complexe Y
vYiouiZv
Dipôle : rappel
ZYet
YZ
11
D’après la loi d’Ohm :
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TRIQ
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« Transistor »
Quadripôle (Q)
i1 i2
v1 v2
Entrée Sortie
Quadripôle en régime alternatif sinusoïdal
Les caractéristiques du même quadripôle sont :
Matrice chaîne directe (a)
Matrice chaîne inverse (ai) ou matrice de transfert (T)
Matrice impédance (z)
Matrice admittance (y)
Matrice hybride directe (h)
Matrice hybride inverse (g)
Quadripôle : rappel
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CEBC
CEBBE
CE
B
CE
B
C
BE
VhIhI
VhIhVéquationsdSystème
V
I
hh
hh
V
Ih
I
VematriciellEcriture
2221
1211
2221
1211
:'
:
Paramètre hybrides statiques caractéristiques du transistor
Représentation quadripolaire du transistor en statique
ΔVBE
Entrée Sortie
ΔVCE
ΔIB ΔIC C B
E E
UN
IVER
SITE
HA
SSA
N II
CA
SAB
LAN
CA
– F
AC
ULT
E D
ES S
CIE
NC
ES E
T T
ECH
NIQ
UES
MO
HA
MM
EDIA
D
EUST
- M
IP –
MO
DU
LE :
E 1
41
– C
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UIT
S É
LEC
TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 24
SV
Ih
USV
Vh
USI
Ih
I
Vh
cteIICE
C
cteIICE
BE
cteVVB
C
cteVVB
BE
BB
BB
CECE
CECE
)0(
22
)0(
12
)0(
21
)0(
11 .
.
Détermination mathématiques des paramètres statiques
6°) Détermination graphique des paramètres hybrides du transistor
UN
IVER
SITE
HA
SSA
N II
CA
SAB
LAN
CA
– F
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CIE
NC
ES E
T T
ECH
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MO
HA
MM
EDIA
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EUST
- M
IP –
MO
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41
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LEC
TRIQ
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IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 25
Détermination graphique des paramètres statiques
IB (µA) VCE (V)
VBE (V)
?21
cteVB
C
CE
I
Ih
Courbe d’entrée VBE = f(IB) avec VCE = cte
?11
cteVB
BE
CE
I
Vrh
Courbe de transfert inverse en tension VBE = f(VCE) avec IB = cte
?12
cteICE
BE
B
V
Vµh
Courbe de sortie IC = f(VCE) avec IB = cte
?1
22
cteICE
C
B
V
Ih
IC (mA)
IB = cte
IB = cte
VCE = cte
VCE = cte
Courbe de transfert direct en courant Ou courbe de gain en courant
IC = f(IB) avec VCE = cte
ΔIC
ΔIB
Réseau simplifié
UN
IVER
SITE
HA
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– F
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MM
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MO
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. BA
GH
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 26
IB (µA) VCE (V)
VBE (V)
IC (mA)
?21 h
?11 rh ?12 h
?1
22
h
Courbes paramétriques : VCE = cte Courbes paramétriques : IB = cte
Réseau complet
UN
IVER
SITE
HA
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. BA
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D -
DEP
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ENT
GEN
IE E
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 27
Ordre de grandeur des paramètres statiques du transistor
cteVB
C
CE
I
Ih
21
β : coefficient de transfert direct de courant (S.U.) : 10 à 800
cteICE
C
B
V
Ih
1
22
ρ : résistance de sortie (Ω) de 20 à 50 kΩ
cteVB
BE
CE
I
Vrh
11
r : résistance d’entrée (Ω) de 100 à 1500 Ω
cteICE
BE
B
V
Vµh
12
µ : Coefficient de transfert inverse de tension (S.U.) : 10-5 à 10-4
UN
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– F
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. BA
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D -
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TEM
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 28
Montage pratique d’un NPN en FND ou FC
00 CCE EV
satMax
Max
CCC
CECE
CE
BC
BE
III
EVVV
V
V
0
00
0
0
VBE
Entrée Sortie
VCE
IB IC C
B
E
+
- EB
+
- EC
RB = 100 kΩ RB = 1 kΩ
(µA) (mA)
00 BBE EV
BC II
RB : résistance de limitation de courant de base IB (µA)
RC : résistance de limitation de courant de collecteur IC (mA)
UN
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– F
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MO
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D -
DEP
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TEM
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 29
La polarisation est l’opération qui consiste à choisir un point de fonctionnement au
transistor.
Cette opération est obligatoire pour un fonctionnement correct du transistor dans
un circuit.
Pour polariser le transistor, il faut donc un montage de polarisation.
Il existe plusieurs types de montages, parmi eux, le plus rencontré et le plus utilisé
est le montage de polarisation par pont de base.
7°) Polarisation du transistor bipolaire
On dit : point de fonctionnement ou point de repos ou point de polarisation
Principe et intérêt
UN
IVER
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41
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. BA
GH
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D -
DEP
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TEM
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 30
Montage de polarisation par pont de base
On utilise une seule source E pour alimenter aussi bien le circuit de base que celui
du collecteur
Les résistances R1 et R2 forment le pont de base
E
R1
+ -
VBE
VCE
IB B
C
E
IC
RC
RE R2
Entrée
côté base
Sortie
côté collecteur
Ip + IB
Ip
IC
UN
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 31
RC , RE , R1 et R2 : les résistances de polarisation
R1 et R2 constituent le pont de base
RE assure la stabilité thermique (empêche le transistor de chauffer et de s’emballer)
E est l’alimentation continue de valeur fixée
VCE , IC , VBE et IB : les grandeurs électriques continues du composant définissant le
point de polarisation
IP : le courant de pont
Rôle des éléments
Hypothèse pratique
PBP
BP
BP
IIIdoncaOn
IIposeOn
pratiquesécuritédefacteurleutiliseOn
IIposeOn
:
10:
10
:sup
UN
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MO
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. BA
GH
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D -
DEP
AR
TEM
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 32
En pratique, pour éviter trop de consommation dans le montage de polarisation, on
préfère fixer la valeur de IP à 1mA.
Quand il s’agit de commander le transistor par une tension, on suppose :
Quand il s’agit de commander le transistor par un courant, on suppose :
BpBP IIII 10
BP II
UN
IVER
SITE
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LAN
CA
– F
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MM
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MO
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41
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PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 33
Équations utiles du montage de polarisation
CECEC VIRRE
sortieCôté
4
21
22
2
21
3
2
1
RR
REIR
IRVIR
IRRE
entréeCôté
p
CEBEp
P
E
R1
+ -
VBE
VCE
IB B
C
E
IC
RC = 1 kΩ
RE = 100 Ω R2
Ip + IB
Ip
pBpBp IIIII ECBC IIetII
UN
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– F
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MM
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MO
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41
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PR
. A
. BA
GH
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 34
Droite de charge statique : IC = f(VCE)
EC
CECCECEC
RR
VEIVIRRE
4
Elle est fournie par le circuit de sortie.
Sortie : côté collecteur
C’est une droite de pente négative – 1/ RC + RE
E
R1
+ -
VBE
VCE
IB B
C
E
IC
RC = 1 kΩ
RE = 100 Ω R2
Ip + IB
Ip
UN
IVER
SITE
HA
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– F
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NC
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ECH
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HA
MM
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- M
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MO
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41
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. A
. BA
GH
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 35
Tracé de la droite de charge statique : IC = f(VCE)
La droite de charge a pour rôle de fournir le lieu de tous les points de
fonctionnement du transistor.
Le couple de sortie (VCE0 et IC0) définit ici le point de fonctionnement que l’on
souhaite atteindre.
Le couple d’entrée (VBE0 et IB0) sera obtenu par déduction ou par la droite d’attaque.
EC
CEC
RR
VEIdroite
:
EC RRpente
1
IC
VCE
FS
FB
VCE0
IC0
0
0
CE
EC
Csat
V
RR
EI
0
max
C
CE
I
EV
FC
UN
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ECH
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MO
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MM
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MO
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41
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. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 36
Droite d’attaque statique : IB = f(VBE)
Elle est fournie par le circuit d’entrée.
Entrée : côté base
ET
BETBBEBETCEBEBTT
RR
VEIVIRRIRVIRE
E
R1
+ -
VBE
VCE
IB B
C
E
IC
RC
RE R2
+
-
E
+ -
VBE
VCE
IB B
C
E
IC
RC
RE
RT
ET
21
2121
21
2
.//
RR
RRRRR
IIcarRR
REE
T
BpT
Ip
Ip
UN
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CA
– F
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ES E
T T
ECH
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MM
EDIA
D
EUST
- M
IP –
MO
DU
LE :
E 1
41
– C
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UIT
S É
LEC
TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 37
Tracé de la droite d’attaque statique : IB = f(VBE)
ET
TBsat
RR
EI
IB
VBE
FS
FB
VBE0
IB0 0
ET
ET
BETB
RRPente
RR
VEIDroite
1:
:
21
2
RR
REET
FC
La droite d’attaque a pour rôle de fournir le lieu de tous les points de fonctionnement
du transistor.
Le couple d’entrée (VBE0 et IB0) définit ici le point de fonctionnement que l’on souhaite
atteindre.
UN
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HA
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LAN
CA
– F
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DEP
AR
TEM
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GEN
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LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 38
Résumé Le quadruplet (VCE0 , IC0 , VBE0 , IB0 )
définit e point de fonctionnement
IC
VCE
FS
FB
VCE0
IC0 FC
IB
VBE
FS
FB
VBE0
IB0
ET
ET
BETB
RRPente
RR
VEIDroite
1:
: FC
EC
CEC
RR
VEIdroite
:
EC RRpente
1
GeVV
SiVVet
II
IV
BE
BEC
B
CCE
3,0
6,0
),(
0
00
0
00
droite d’attaque
droite de charge
UN
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D -
DEP
AR
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ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 39
Remarque n°1
La droite de charge statique permet de fournir le couple (VCE0 et IC0).
La droite de d’attaque statique permet de fournir le couple (VBE0 et IB0).
le quadruplet (VCE0 , IC0 , VBE0 et IB0) constitue le point de fonctionnement
Connaissant un couple, par exemple, (VCE0 et IC0 ), on peut en déduire l’autre,
(VBE0 et IB0) ou inversement.
Utilisation donc d’une seule droite suffit pour définir le point de fonctionnement
Remarque n°2
UN
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– F
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ECH
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HA
MM
EDIA
D
EUST
- M
IP –
MO
DU
LE :
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41
– C
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. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
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IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 40
On suppose connu, par exemple :
On désir polariser, par exemple, le transistor NPN en FC. Le choix le plus judicieux
se trouve au milieu de la droite de charge statique.
L’objectif à atteindre étant par exemple :
mesuréVetTBdutiquecaractéris
VVI
II
IE
V
BE
BE
C
B
C
CCEsat
::
6,02
;2
0
0
0
000
On suppose inconnu :
.:1
100;100;1;20
0onconsommatidetropéviterpourpratiquechoixmAI
RkRVE
p
EC
Technique pratique de polarisation
?? 21 RetR
UN
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– F
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 41
E
R1
+
- VBE0
VCE0
IB0 B
C
E
IC0
RC = 1 kΩ
RE = 100 Ω R2
Les résistances R1 et R2 seront donc calculées théoriquement, on cherchera les
valeurs normalisées les plus proches des valeurs théoriques calculées, on réalise le
montage et on vérifie si le point de fonctionnement voulu est atteint..
le point de repos (VCE0 , IC0 , VBE0 , IB0)
21
22
21
3
2
1
RR
REIRVIR
IRRE
VIRRE
CEBEp
P
CECEC
Si le point de polarisation désiré n’est pas tout à fait atteint, on pourra toujours faire
en pratique des ajustements appropriés.
Ip + IB
Ip
« Recette de cuisine »
UN
IVER
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CA
– F
AC
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ES S
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NC
ES E
T T
ECH
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MM
EDIA
D
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- M
IP –
MO
DU
LE :
E 1
41
– C
IRC
UIT
S É
LEC
TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 42
IC
VCE
FS
FB
E VCE0
IC0
0
I’’C0
I’C0
V’CE0 V’’CE0
RE
RE
Ajustement : variation de RE par exemple
Si RE est de valeur trop faible Isat FS
Si RE est de valeur trop forte 0 FB
FC
UN
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– F
AC
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E D
ES S
CIE
NC
ES E
T T
ECH
NIQ
UES
MO
HA
MM
EDIA
D
EUST
- M
IP –
MO
DU
LE :
E 1
41
– C
IRC
UIT
S É
LEC
TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 43
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AC
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DEP
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IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 44
1°) Représentation quadripolaire du transistor en dynamique
2°) Détermination en dynamique des paramètres hybrides
3°) Schéma équivalent électrique du transistor
4°) Pente du transistor
UN
IVER
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 45
Paramètres hybrides dynamiques
cebc
cebbe
ce
b
ce
b
c
be
vhihi
vhihvéquationsdSystème
v
i
hh
hh
v
ih
i
vematriciellEcriture
2221
1211
2221
1211
:'
:
Représentation quadripolaire en dynamique
1°) Représentation quadripolaire en dynamique du transistor
vbe
Entrée Sortie
vce
ib ic C B
E E
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GH
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TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 46
COenQduentréei
Sv
ih
USv
vh
b
ice
c
ice
be
)0(
.
)0(
22
1
)0(
12
1
1
Quadripôle
(Q)
ic
vbe vce
CO
ib = 0
Quadripôle
(Q)
ib ic
vbe CC
vce = 0
Expérience n°1 Expérience n°2
CCenQdusortiev
USi
ih
i
vhr
ce
vb
c
vb
be
ce
ce
)0(
.
)0(
21
)0(
11
2°) Détermination électrique des paramètres hybrides en dynamique
Méthode expérimentale
Méthode mathématique
UN
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IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 47
Ordre de grandeur des paramètres dynamique du transistor
β : coefficient de transfert direct de courant (S.U.) : 10 à 800
ρ : résistance de sortie (Ω) de 20 à 50 kΩ
r : résistance d’entrée (Ω) de 100 à 1500 Ω
µ : Coefficient de transfert inverse de tension (S.U.) : 10-5 à 10-4
USi
ih
cevb
c .
0
21
0
11
cevb
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i
vh
USv
vh
Bice
be .
0
12
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bice
c
0
22
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 48
USI
I
i
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cteVdàcVB
C
vb
c
CECEce
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21
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cteIdàcICE
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BBB
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12
SV
I
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cteIICE
C
ice
c
BBb
00
1
22
Paramètres hybrides statiques ou dynamiques du TB
En régime petites variations ou petits signaux ou faible puissance les variations se
confondent avec les pentes.
pente
iationpetitepente
iationpetite
IietouVv
varvar
/
Les paramètres hybrides dynamiques sont identiques aux paramètres hybrides
statiques car l’ordre de grandeur des valeurs est le même (similaire).
UN
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DEP
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TEM
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 49
Remarque :
le transfert est modélisé par un générateur physique lié.
µ vce : générateur de tension lié, il crée le lien physique entre la sortie et l’entrée (vce)
β ib : générateur de courant lié, il crée le lien physique entre l’entrée et la sortie ib
noeudsdesloivhihi
maillesdesloivhihv
équationsdSystème
i
ce
i
bc
v
ce
v
bbe
''
22
'
21
''
12
'
11
:'
ib ic
vbe vce
Entrée Sortie
bih21
~
h11
h22
cevh12
Schéma
complet
v’
v’’
i’ i’’
Tracé du schéma électrique équivalent
3°) Schéma équivalent électrique du transistor
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 50
Schéma électrique équivalent simplifié
ib ic
vbe vce
Entrée Sortie
bih21
h22 Schéma
simplifié h11
h12 = µ : coefficient de transfert en tension inverse : négligeable
ib ic
vbe vce
Entrée Sortie
bi
ρ Schéma
simplifié r
UN
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ES E
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LE :
E 1
41
– C
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UIT
S É
LEC
TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 51
Schémas
simplifiés
Commande en tension
ib ic
vbe vce
Entrée Sortie
bevs
h11
Commande en courant
ib ic
vbe vce
Entrée Sortie
bi
h11
bec
bbe
bc
bbe
vSi
ihv
ihi
ihv 11
21
11
becC
b
b
be
c
bc
bbevsimAIs
h
h
ih
ih
v
i
ihi
ihv
)(40
1
2
2
1
11
21
11
21
21
11
1500100var:11 àdeierh
45
12 1010var: àentreieµh
kàentreieh 5010var:1
22
80010var:21 àentreieh
)(40:11
21 mAIrh
hsdéfinitionPar C
s est la pente du TB (mS) s s’exprime en siemence (S)
Ordre de grandeur (qcq mS)
Compte tenu de l’ordre de
grandeur des valeurs
Les équations deviennent :
4°) Pente du transistor
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LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 52
C
be
c
vVetiI
C
BE
CC
BE
C
BEsC
BEsB
IKT
q
v
isignauxpetitsrégimeEn
IKT
q
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KT
q
dV
dI
KT
VqII
KT
VqII
beBEcC
expexp
bec
bbe
bc
bbe
ce
b
ce
b
c
be
vSi
ihv
h
hSposeOn
ihi
ihvéquationsdSystème
v
i
hh
hh
v
ih
i
vematriciellEcriture
11
11
21
21
11
2221
1211
:'
:
Par identification
)(exp40
2511
21 mSenriméseraSmAImV
II
KT
q
rh
hS C
CC
KsoitCàmV
Cb
KKJ
q
KT2932025
)(106,1
293/1038,119
23
Démonstration de la pente s du TB
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TRIQ
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 53
UN
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– F
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 54
1°) Schéma équivalent électrique universel d’un amplificateur
2°) Montage amplificateur électrode émetteur commune (RE découplé)
3°) Montage amplificateur électrode émetteur commune (RE non découplé)
4°) Montage amplificateur électrode base commune
5°) Montage amplificateur électrode collecteur commune
6°) Méthode cde demi-déviation
7°) Choix des condensateurs
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IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 55
AV0, ZE et ZS sont les caractéristiques de l’amplificateur de tension, elles se calculent
en régime alternatif sinusoïdal
1°) Schéma équivalent électrique d’un amplificateur
commande en tension
~ eg
Rg
ve
ie
RL vs
is
ZE AV0 . ve
ZS
Entrée Sortie
Rg = 50 Ω RL = 1 MΩ
R ≤ 50 Ω ↔ CC R ≥ 1 MΩ ↔ CO
AV0 si RL →∞
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Oscillo
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 56
RL vs
is
~ eg
Rg
ve
ie
E
R1
vBE
vCE
iB
B
C
E
iC
RC
RE R2 CE
+
-
C1
C2
2°) Montage amplificateur électrode émetteur commune (RE découplé)
Schéma pratique
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TEM
ENT
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 57
Rôle des éléments
Les résistances R1, R2, RC, et RE de polarisation
RE de stabilité thermique
C1 et C2 de liaison se comportent comme des CO en continu et des CC en dynamique
C1 empêche la modification du point de repos et protège le GBF
C2 empêche la modification du point de repos
CE de découplage se comporte comme un CO en continu un CC en dynamique
- CO en continu
- CC en dynamique (court circuite RE)
E alimentation continue sert à polariser le transistor bipolaire.
Rg résistance interne du générateur (50Ω) → CC ; eg f.e.m du générateur
RL résistance de charge (si oscillo = 1 MΩ) → CO
UN
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GH
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 58
Grandeurs électriques
D’après le principe de superposition :
tiIti
tiIti
tvVtv
tvVtv
bBB
cCC
beBEBE
ceCECE
0
0
0
0
grandeurs
alternatives
sinusoïdales
( ~ )
grandeurs
Continues
( - )
grandeurs
instantanées
t
vce(t)
t
VCE0
t
vCE(t)
continue alternatif sinusoïdal
instantanée
décalage de la
sinusoïde
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PR
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GH
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 59
RL vs
is
~ eg
Rg ve
ie
R1
vbe
vce
ib
B
C
E
ic
RC
RE R2
CC
CC
CC
CC
~ Alternatif
RL vs
is
Rg ve
ie
E
R1
VBE0
VCE0
IB0
B
C
E
IC0
RC
RE R2 CO
+
-
CO
CO
Continu
CC
-
E : éteint et les condensateurs des CC
eg : éteint et les condensateurs des CO Montage statique
de polarisation
Montage
dynamique
amplification
Principe
de
superposition
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 60
Le calcul des caractéristiques AV, ZE et ZS se fait en dynamique. Pour cela on suppose :
la source continue théoriquement éteinte et la source alternative allumée.
Les condensateurs des CC.
Les grandeurs électriques sont toutes de nature alternatives.
RL vs
is
~ eg
Rg
ve
ie
R1
vbe
vce
ib
B
C
E
ic
RC
RE R2
CC
CC
CC
CC
Schéma équivalent en dynamique de l’amplificateur sans celui du transistor
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41
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TRIQ
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GH
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 61
Ce sont les paramètres hybrides qui traduisent le mieux le fonctionnement électrique
du TB.
ib ic
vbe vce
Entrée Sortie
cih21
~
h11
h22
cevh12
~ eg
Rg
ve
ie
R1 RC R2 RL vs
is
La seule fois où ρ = h22-1 ne sera pas négligé devant RC, c’est dans le cas ou l’on
souhaite utiliser la méthode d’équivalence Norton/Thevenin pour le calcul de ZS.
Schéma équivalent en dynamique de l’amplificateur avec celui du transistor
Hypothèse simplificatrice :
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IP –
MO
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41
– C
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UIT
S É
LEC
TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 62
Droite de charge dynamique ic = f(vce) ce
C
vR
ic1
Elle donne les limites d’excursion
maximale du signal d’entrée à ne
pas dépasser
IC
VCE
FS
FB
E VCE0
IC0
0
EC
CEC
statiqueRR
VEIdroite
:
EC RRpente
1
ce
C
c
dynamique
vR
idroite1
: CR
pente1
iC(t)
t
vCE(t)
t
iC
vCE
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LE :
E 1
41
– C
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. BA
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D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 63
BF
signauxpetits
ionamplificat
RZRrZ
RmAIA
RSr
RA
découpléR
MAEEC
Utilitésortiedepédanceentréedpédancetensionenionamplificat
CSBE
CCv
CC
v
E
//
40
Im'Im
Récapitulation des résultats :
iniRicarAetA Lspi inf:000
Démonstration : Voir travaux dirigés
UN
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41
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. BA
GH
DA
D -
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TEM
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 64
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R1
+
- vBE
vCE
iB
B
C
E
iC
RC
RE R2
C2
~ eg
Rg
ve
ie
C1
RL vs
is
3°) Montage amplificateur électrode émetteur commune (RE non découplé)
UN
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LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 65
ilitéerchangeablet
BFsignauxpetits
ionamplificat
RZRrRZ
R
RA
RS
RS
Rr
RA
découplénonR
MAEEC
Utilitésortiedepédanceentréedpédancetensionenionamplificat
CSEBE
E
Cv
E
C
E
Cv
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//1
Im'Im
iniRicarAetA Lspi inf:000
Récapitulation des résultats :
Démonstration : Voir travaux dirigés
UN
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– F
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TEM
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 66
4°) Montage amplificateur électrode base commune
E
R1
+
- vBE
vCE
iB
B
C
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RE R2 C2
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Rg
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 67
puissancedeAdaptation
HFsignauxpetits
ionamplificat
RZr
RZ
RmAIA
RSr
RA
MAEBC
Utilitésortiedepédanceentréedpédancetensionenionamplificat
CSEE
CCv
CC
v
//
40
Im'Im
iniRicarAetA Lspi inf:000
Récapitulation des résultats :
Démonstration : Voir travaux dirigés
UN
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TRIQ
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 68
E
R1
vBE
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iB
B
C
E
iC
RC
RE R2
+
-
CC
~ eg
Rg
ve
ie
C1
C2
vs
is
RL
5°) Montage amplificateur électrode collecteur commune
UN
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N II
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41
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GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 69
impédanced
AdaptationrRZRrRZAMAECC
Utilitésortiedepédanceentréedpédancetensionenionamplificat
ESEBEv'
////1
Im'Im
iniRicarAetA Lspi inf:000
Récapitulation des résultats :
Démonstration : Voir travaux dirigés
UN
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N II
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CA
– F
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ES S
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41
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IE E
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TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 70
Adaptation d’impédance
Désadaptation
~ eg
Rg ve
ie
RL vs
R
ee
L
Ls vv
RR
Rv
(perte de la ligne)
~ eg
Rg ve
ie C1
RL vs
C2
∞ 1 ve
0
es vv ve ve
dispositif d’adaptation idéal Adaptation
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IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 71
Mesure de ZE
gaindubénéficecarentréeenqupréciseplusestsortieenmesurela
vvet
vvZRSi
RZ
Zv
RZ
ZvAvAvet
RZ
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0
''
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00
0
~ eg
Rg
ve
ie C1
RL = ∞ vs
C2
ZE AV0 ve
ZS
R
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iS = 0
6°) Méthode de demi déviation (méthode expérimentale).
UN
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EUST
- M
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MO
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LE :
E 1
41
– C
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ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 72
Mesure de ZE
0Rquandvs
ES ZRquandv '
UN
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MO
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MO
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PR
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D -
DEP
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IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 73
Mesure de ZS
2
0
'
'
0
0
sseEeS
S
Ss
S
evseEe
evseEe
vvetiZvZRSi
RZ
Zv
RZ
RvAvetiZvRSi
vAvetiZvRSi
~ eg
Rg ve
ie C1
R vs
C2
ZE AV0 ve
ZS
v’e
iS = 0
UN
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 74
Mesure de ZS
RquandvsSS ZRquandv '
UN
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– F
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E D
ES S
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NC
ES E
T T
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NIQ
UES
MO
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MM
EDIA
D
EUST
- M
IP –
MO
DU
LE :
E 1
41
– C
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UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
ES
PR
. A
. BA
GH
DA
D -
DEP
AR
TEM
ENT
GEN
IE E
LEC
TRIQ
UE
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 75
1010
2
111
sécuritéderègleNCprendraonpratiqueEn
NZfZ
CZC TBFTBFTBF
Condensateur en parallèle
Condensateur en série
Z1
C
Z2
Z C
1010
2
111
2121
21
sécuritéderègleNCprendraonpratiqueEn
NZZfZZ
CZZC TBFTBFTBF
7°) Choix des condensateurs
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NC
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NIQ
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- M
IP –
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ON
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TEM
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 76
Fin du chapitre VII
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T T
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NIQ
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MO
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D
EUST
- M
IP –
MO
DU
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41
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S É
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TRIQ
UES
ET
ÉLE
CTR
ON
IQU
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PR
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. BA
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DA
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TRIQ
UE