ISSLg - Cours d'électronique - Électronique (ELO)
Les transistors bipolaires - l'amplificateur de tension

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Objectif de ce montage : amplifier une tension alternative Vin connectée au montage via un condensateur de découplage Cd.


Montage avec un NPN :

Principe de fonctionnement :

Ignorons dans un premier temps Re qui est la résistance de plus faible valeur du montage.

Rh et Rl forment un diviseur potentiométrique pour rendre Q1 passant.
Comme Q1 est passant, il y a une chute de tension sur Rc.
Pour avoir une bonne dynamique de sortie, on s'arrange pour que la polarisation provoque une chute de tension sur Rc de la moitié de la tension d'alimentation (Vcc/2).

Par exemple, si l'alimentation est de 12V, Q1 est polarisé pour amener son collecteur à 6V. Ainsi, en faisant varier le courant de base on pourra soit faire monter cette tension de 5V (6V+5V=11V < 12V) en amenant Q1 à la limite de la coupure, soit la faire descendre de 5V (6V-5V = 1V > 0V) en amenant Q1 à la limite de la saturation. Le signal alternatif sur la sortie peut ainsi être de 5V crête maximum.

Aux bornes de Re, nous retrouvons la tension d'entrée -0V7.
Re sert donc a faire varier le courant dans le transistor en fonction des variations de la tension d'entrée.
Aux bornes de Rc, nous obtenons le signal d'entrée amplifié selon le rapport des résistances Rc/Re.

Remarquons que si nous augmentons la tension d'entrée sur la base, le transistor devient plus passant et la tension de sortie descend (chute de tension plus importante sur Rc), et inversement.
Le signal de sortie est inversé par rapport au signal d'entrée, en alternatif on dit qu'il est déphasé de 180°.
Démonstration :
        Tension sur la base : Vbr = Vi + vi       polarisation + signal via le condensateur
        Avec Vi fournit par le diviseur potentiométrique : Vi = Vcc * (Rl / (Rl + Rh) si on néglige le courant de base
        Tension sur l'émetteur :  Ver = Vi - 0V7 + vi
        Il faut donc que Vi > 0V7 ; dans la pratique on essaye de le mettre à 1V4  pour éviter la dérive thermique sans empiéter sur la dynamique de sortie
        Le courant dans le transistor : Ic + ic = Ver / Re = (Vi - 0V7) / Re  +  vi / Re
        Sur le collecteur : Vcr = Vcc - Rc * (Ic + ic) = Vo + vo = Vcc -  (Vi - 0V7) * Rc / Re  -  vi * Rc / Re
        Polarisation : Vo = Vcc -  (Vi - 0V7) * Rc / Re     en essayant de l'amener à Vcc / 2 pour avoir une dynamique de sortie maximale
        Signal : vo = -  vi * Rc / Re    le signal de sortie est inversé (signe -) par rapport au signal d'entrée et amplifié d'un facteur Rc / Re

 Polarisation :
        Se donner un Ic de polarisation (par exemple 10mA)
        Sur le collecteur : essayer d'avoir Vcr à mi-chemin de Vcc pour rendre maximal la dynamique de sortie : Rc = Vcc / (2 * Ic).
        Choisir le Rc le plus proche en valeur standard et on calcule le Ic réel : Ic = Vcc / (2 * Rc)
        Sur l'émetteur : Re = 0.7V / Ic
        Choisir le Re le plus proche en valeur standard.
        Ver = Re * Ic
        Vbr = Ver + 0.7V
        Calculer le courant de base : Ib = Ic / β
        Prendre Rl >> Zin   (environ 5 à 10x plus grand)
        Calculer le courant dans Rl : Ir = Vbr / Rl
        Calculer Rh = (Vcc - Vbr) / (Ib + Ir)

Signal :
        Impédance petit signaux du transistor (Silicium) : Ze = 0.025V / Ic
        Gain en tension : Av = - Rc / (Re + Ze)
        Déphasage : φ = 180°
        Impédance d'entrée : Zin = (β*(Re+Ze)) // Rl // Rh
        fmin = 1 / (2 * pi * Zin * Cd)
        fmax = 1 / (2 * pi * Rx * Cbc)   
                où Rx est la plus grande résistance : soit Rc,  soit la résistance interne du générateur de signaux connecté à l'entrée multipliée par Av
                où Cbc est la capacité entre base et collecteur (jonction BC=2pF typiquement ou une C externe ajoutée pour limiter la bande passante)

Si le gain est trop petit, on peut mettre une résistance plus petite "re" avec une capacité de découplage "Ce", le tout en parallèle de "Re"
        Gain en tension vaut alors : Av = Rc / (Ze + (Re//re))
        Valeur de Ce : Ce = 1 / (2 * pi * fmin * (Ze + (Re//re))


Montage avec un PNP :

Polarisation en DC :
        Se donner un Ic de polarisation (par exemple 10mA)
        Essayer d'avoir Vcr à mi-chemin de Vaa pour rendre maximal la dynamique de sortie : Rc = Vaa / (2 * Ic).
        Choisir le Rc le plus proche en valeur sandard et on calcule le Ic réel : Ic = Vaa / (2 * Rc)
        Sur l'émetteur : Re = 0.7V / Ic
        Choisir le Re le plus proche en valeur standard.
        Ver = - Re * Ic
        Vbr = Ver - 0.7V
        Calculer le courant de base : Ib = Ic / β
        Prendre Rl >> Zin   (environ 5 à 10x plus grand)
        Calculer le courant dans Rl : Ir = -Vbr / Rl
        Calculer Rh = (Vaa - |Vbr|) / (Ib + Ir)

Signal :
        Impédance petit signaux du transistor (Silicium) : Ze = 0.025V / Ic
        Gain en tension : Av = - Rc / (Re + Ze)
        Déphasage : φ = 180°
        Impédance d'entrée : Zin = (β*(Re+Ze)) // Rl // Rh
        fmin = 1 / (2 * pi * Zin * Cd)
        fmax = 1 / (2 * pi * Rx * Cbc)
                où Rx est la plus grande résistance : soit Rc,  soit la résistance interne du générateur de signaux connecté à l'entrée multipliée par Av
                où Cbc est la capacité entre base et collecteur (jonction BC=2pF typiquement ou une C externe ajoutée pour limiter la bande passante)

Si le gain est trop petit, on peut mettre une résistance plus petite "re" avec une capacité de découplage "Ce", le tout en parallèle de "Re"
        Gain en tension : Av = Rc / (Ze + (Re//re))
        Valeur de Ce : Ce = 1 / (2 * pi * fmin * (Ze + (Re//re))

Auteur : Marc PHILIPPOT - Version du 04/06/2020