Fonctions de l'Electronique TD N°7 année 2008-2009
Fonctions de l'Electronique TD N°3 année 2008-2009. EPITA : Spé. EXERCICE
N°1. Tous les transistors bipolaires au silicium des montages suivants ..... L'étude
dynamique consiste à étudier les variations des grandeurs de sortie ic et.
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On appelle droite de charge statique la droite reliant linéairement Ic à Vce (Vec dans le cas dun PNP). Déterminer la droite de charge pour les trois montages ci-dessous en la traçant et en y reportant le point particulier (Vceo , Ico = 10 mA,o appelé point de polarisation ou point de repos du transistor. Commenter.
Remarques.
1) Un transistor peut être polarisé pour fonctionner en amplificateur :
La jonction base-émetteur est polarisée en direct donc passante.
La jonction base-collecteur est polarisée en inverse donc bloquée.
(Zone normale active).
Un transistor peut être polarisé pour fonctionner en régime de
saturation :
La jonction base-émetteur est polarisée en direct donc passante.
La jonction base-collecteur est polarisée en direct donc passante.
Un transistor peut être polarisé pour fonctionner en régime de
blocage :
La jonction base-émetteur est polarisée en inverse donc bloquée.
La jonction base-collecteur est polarisée en inverse donc bloquée.
Les points 2) et 3) sont les régimes de commutation donc des fonctionnements
non linéaires.
Correction de lexercice :
1) :
Etude du circuit a :
Etude côté charge :
On a Ic1= 10mA et Vce1 = 10 volts (ces valeurs sont choisies par le concepteur
du circuit).
Comme Vc1 = Vce1 en écrivant la loi des mailles on a :
Vce1 = E1 Rc1.Ic1 équation dune droite dite droite de charge statique qui
conduit à déterminer le point de fonctionnement Vce1o et Ic1o.
E1 - Vce1
Rc1 = --------------- soit :
Ic1
20 - 10
Rc1(K©) = ------------ = 1K© Rc1 = 1 K©
10
Etude côté attaque :
La loi des mailles donne :
E1 Vbe1 = Rb1.Ib1 équation d une droite dite d attaque statique qui conduit
à déterminer le point de fonctionnement Vbe1o et Ib1o.
E1 - Vbe1 Ic1
Rb1 = --------------- avec Ib1 = ------
Ib1 hfe
Le transistor étant du type NPN, Vbe2 est positive = +0,6v
20 0,6
Rb1(K©) = ------------- = 194K© Rb1 = 194 K©
0,1
Point de fonctionnement o :
Vce1 = 10v et Ic1 = 10mA
Vbe1 = 0,6v et Ib1 = 100µA
Etude par simulation :
La simulation est réalisée à partir du transistor (2N2222) dont la modélisation
(macro-modèle) est beaucoup plus complète que celle que lon admet dans
lénoncé, doù quelques divergences dans les résultats.
Exemple Vbe1 = 0,683 v
Vce1 = 9,3 v
Note :
Le circuit a) est un circuit dont la polarisation (jonction BE) se fait par
résistance de base.
On peut exprimer le courant Ic1 sous la forme :
E1 Vbe1 = Rb1.Ib1
Or Ib1 = Ic1 / hfe alors : hfe est équivalent au ² du cours d électronique.
Or Ic1 = hfe.Ib1 + hfe.Icb0 (Icb0 est le courant Collecteur-Base lorsque
l Emetteur est « en l air). Pour cet exercice terme sera à tort négligé, alors :
E1 Vbe1 = Rb1.Ic1/ hfe soit :
Ic1 = hfe (E1/Rb1) - hfe (Vbe1/Rb1)
En considérant les variations de Ic1 => "Ic1 en fonction de la température
"be1
Alors : "Ic1 = - hfe --------
Rb1
En simplifiant : ce montage n est pas stabilisé aux variations de température,
c est donc un inconvénient majeur, compte tenu que les variations de
température sont un fléau pour les montages à semi-conducteur (silicium).
"Ic1 se simplifie si on admet que les variations de E1 sont nulles, on cherche à
minimiser ce terme "Ic1, alors la stabilité en température est bien assurée.
Etude du circuit b :
Le principe de fonctionnement du transistor PNP est le même que celui du
transistor NPN, sauf que les polarités sont inversées.
Exemple pour un PNP, Vbe2 = - 0,6v ou bien Veb2 = + 0,6v
Etude côté charge :
On a Ic2= 10mA et Vc2 = 10 volts (ces valeurs sont choisies par le concepteur
du circuit).
En écrivant la loi des mailles on a :
Vec2 = E2 Rc2.Ic2 équation dune droite dite droite de charge statique qui
conduit à déterminer le point de fonctionnement Vec2o et Ic2o.
Or on a : Vc2 = Rc2.Ic2 donc :
Vc2
Rc2 = ---------- soit :
Ic2
10
Rc2(K©) = ------- = 1K© Rc2 = 1K©
10
Etude côté attaque :
La loi des mailles donne :
E2 + Vbe2 = Rb2.Ib2 équation d une droite dite d attaque statique qui conduit
à déterminer le point de fonctionnement Vbe2o et Ib2o.
E2 + Vbe2 Ic2
Rb2 = --------------- avec Ib2 = ------
Ib2 hfe
Le transistor étant du type PNP, Vbe2 est négative = -0,6v
20 0,6
Rb2(K©) = ------------- = 194K© Rb2 = 194K©
0,1
Point de fonctionnement o :
Vec2 = 10v et Ic2 = 10mA
Vbe2 = 0,6v et Ib2 = 100µA
Etude par simulation :
La simulation est réalisée à partir du transistor (2N2222) dont la modélisation
(macro-modèle) est beaucoup plus complète que celle que lon admet dans
lénoncé, doù quelques
divergences dans les résultats.
Exemple Veb2 = 0,715 v
Vec2 = 11,02 v
Etude du circuit c :
Etude côté charge :
On admet que Ic3 H" Ie3 (voir cours)
L équation de maille donne :
-Vc3 + E3 = Rc3.Ic3
E3 Vc3
Rc3 = --------------
Ic3
On fixe Ic3 = 10 mA et Vc3 = 10v donc : Rc3 = 1K©
-Vbe3 + E4 = Re3.Ie3
E4 Vbe3 E4 Vbe3
Re3 = ----------------- ou -----------------
Ie3 Ic3
On fixe Vbe3 = 0,6v et Ic3 = 10mA donc Re3 = 1,94K©
D autre part : Vce3 = E3 + E4 - (Rc3 + Re3) Ic3
Vce3 = 40 (1,94 K© + 1 K©) 10mA = 10,6v
Point de fonctionnement o :
Vce3 = 10,6v et Ic3 = 10mA
Vbe3 = 0,6v et Ib3 = 100µA
Etude par simulation :
La simulation est réalisée à partir du transistor (2N2222) dont la modélisation
(macro-modèle) est beaucoup plus complète que celle que lon admet dans
lénoncé, doù quelques divergences dans les résultats.
Exemple Vbe3 = 0,65v
Vc3 = 10,5v
Vce3 = 10,8v
2) :
Tracé de la droite de charge, lorsque lon observe la caractéristique Ic = f (Vce)
pour un transistor NPN ou Ic = f (Vec) pour un transistor PNP, on remarque que
ces fonctions ne sont pas linéaires.
On ne peut pas sans restrictions particulières admettre un schéma équivalent,
tout ce que lon peut dire cest que le point de polarisation o correspond à
trouver Vbeo, Ibo pour le circuit dentrée (lattaque) et Vceo, Ico pour le circuit
de sortie (la charge).
Ce point o appartient, dune part, forcément à un point particulier du réseau de
sortie paramétré pour différentes valeurs de Ib et dautre part à léquation
Ic = f(Vce) liée au circuit extérieur (équation linéaire).
E - Vce
La loi des mailles conduit à écrire Ic(Vce) = ----------- équation dune droite
Rc
dans le plan Ic = f(Vce).
Pour Ic = 0 , Vce = E = Vce blocage
E
Pour Vce = 0 , Ic = ------ Ic de saturation
Rc
E
Cette droite coupe laxe des ordonnées pour Ic = ----
Rc1
et coupe l axe des abscisses pour Vce = E
Le point de polarisation o ou point de fonctionnement cest lintersection de
Ic = f(Vce) paramétrée en Ib du transistor et de la droite dite de charge liée
dune façon linéaire au circuit extérieur Ic = f(Vce), ce qui donne Vceo et Ico.
Un raisonnement semblable conduirait à déterminer le point de fonctionnement
o pour le circuit dattaque, cest à dire Vbeo et Ibo.
Ce point o est le point du régime statique, ce qui impose de le déterminer
avant détudier le régime dynamique.
Pour le circuit a) on a Ic1o = 10mA et Vce1o = 10 volts
Ib1o = 100µA et Vbe1o = 0,6volt
Pour le circuit b) on a Ic2o = 10mA et Vec2o = 10 volts
Ib1o = 100µA et Vbe1o = 0,6volt
Pour le circuit c) on a Ic3o = 10mA et Vce3o = 10,6 volts
Ib3o = 100µA et Vbe3o = 0,6volt
Exemple dun graphique de sortie ou de charge Ic = f(Vce) paramétré en Ib et
dentrée Ib = f Vbe) paramétré en Vce du graphique dentrée ou dattaque dun
transistor.
Commentaires :
Ces exercices montrent que létude statique conduit à constater quun courant
faible dentrée Ib donne naissance à un courant de sortie plus élevé Ic
(amplification en continu, ou régime statique).
Létude dynamique consiste à étudier les variations des grandeurs de sortie ic et
vce lorsque lon applique en superposition (on suppose que le système est
linéaire) la polarisation du réseau dentrée et une source alternative de faible
amplitude et de fréquence basse.
Dans ce cas il appartiendra à lingénieur de choisir dune façon réfléchie le point
de fonctionnement statique, suivant un cahier des charges quil devra
scrupuleusement respecter.
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