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Transistor en émetteur commun

pep3000

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Posté le : 08/02/2009, 19:16 (Lu 12174 fois)
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Salut a tous !
Comme certains le savent peut-être, je suis en 1ere S, et je dois donc rendre un TPE après les vacances.
Le sujet que nous avons choisis est "Pourquoi les transistor/circuits intégrés ont remplacés les tubes électroniques ?"
Afin de répondre à cette question, nous réalisons un amplificateur de tension avec chaque composant, et nous mettons en évidence les avantages et inconvénients de chaque circuit (coût, qualité, etc...).
Nous en avons fini avec la triode et le circuit intégré, et il ne nous reste plus qu'a traiter le cas du transistor.
Mais là, on bloque un peu. Nous avons choisit d'étudier le montage en émetteur commun, mais on ne comprend pas le rôle de tous les composants.
Le schémas se trouve là : http://fr.wikipedia.org/wiki/Émetteur_commun
Voila ce que nous avons compris pour l'instant :
Le transistor est un amplificateur de courant, et grosso modo, Ic = Ib * gain
Or, on cherche un amplificateur de tension, donc on transforme les variations de courant en variation de tension, grâce a des resistance.
R1 et R2 forment un diviseur de tension qui permet de polariser le transistor, et d'avoir Vbe = 0.7V. Cela dit, on ne voit pas comment il transforme les variation de tension d'entrée en variation de courant. Et on ne sait pas non plus comment calculer R1 et R2 ...
Quant à Rc et Re, on ne comprend pas très bien leurs rôle non plus.
Bref, si quelqu'un pouvait nous expliquer pas à pas le role de chaque composant et comment les calculer, cela nous aiderait grandement !
Merci d'avance




Re: Transistor en émetteur commun [63635]

nobelios

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Posté le : 08/02/2009, 23:45 (Lu 12163 fois)
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Pourquoi les transistor/circuits intégrés ont remplacés les tubes électroniques ?

Tiens je pense que le fait que l'on soit passer d'un ordinateur de 16 tonnes juste capable de faire 2+2 à un portable de 2 kilo capable de faire des intégrale soit une raison.

Ce que tu doit chercher !
=> Industrialisation massive
=> Réduction du cout de traitement des matériaux
=> Evolution des technologie d'épuration et de traitement des matériaux
=> Miniaturisation
=> Flexibilité des nouveaux composant et simplication d'utilisation !

Il est possible d'obtenir de plus grandes tensions avec un transformateur en régime alternatif par exemple !

Re: Transistor en émetteur commun [63642]

BillD

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Posté le : 09/02/2009, 16:15 (Lu 12149 fois)
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Si je puis me permettre une petite remarque concernant la comparaison avec le transformateur, la problématique n'est pas tout à fait la même (et donc leurs applications différent sensiblement):

Le transformateur est un convertisseur passif dans le sens où l'énergie à la sortie est tout au plus égale à l'énergie à l'entrée (si on occulte les diverses pertes internes).

Le transistor est un convertisseur actif dans la mesure où l'énergie en sortie peut être ( et est la plupart du temps) largement supérieure à l'énergie en entrée.

BillD.

Re: Transistor en émetteur commun [63646]

nobelios

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Posté le : 09/02/2009, 18:47 (Lu 12140 fois)
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Oui mais dans le cas de ton transistor il te faut une source de courrant en plus de ta base. Alors que le tranfo qui est passif lui demande juste une entrée, de courrant, en passif tu peut obtenir des 25.000V avec une simple pile 9 volts je ne suis pas persuadé que ce soit possible avec des composants actifs.

Après le courrant dépand de ta résisance et de la capacitée de ta pile en Ah

Re: Transistor en émetteur commun [63662]

BillD

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Posté le : 10/02/2009, 10:15 (Lu 12126 fois)
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En relisant, je pense que je me suis mal exprimé en fait, il faut lire: "la puissance en entrée du transfo est la même que la puissance en sortie".

Techniquement on peut obtenir 25kV sans utiliser de transformateur (au sens strict du terme), mais à ce moment là, le transistor ne sera pas utilisé pour sa fonction linéaire (l'amplificateur) mais pour sa fonction de commutation (et là, les applications sont énormes en terme de volume).

En amplification, le transistor ne sera utilisé que pour redonner de la "pêche" à un signal un peu faible. De mémoire, je ne trouve pas d'applications d'amplification de haute puissance (linéaire j'entends).

Re: Transistor en émetteur commun [63641]

BillD

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Posté le : 09/02/2009, 16:10 (Lu 12152 fois)
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Bonjour,

A la base, le transistor -bipolaire- utilise en régime linéaire est un amplificateur de courant: le courant de collecteur (Ic) est egal au courant de base (Ib) multiplié par 'Beta', le gain en courant du transistor. Ensuite c'est un noeud de courant, d'où le courant d'émetteur: Ie = (Beta + 1)*Ib (généralement, comme Beta est un facteur entre 80 et 500 (suivant le transistor), on prends Ie=Ic=Beta*Ib).

De là, on se dit que pour avoir une tension en sortie, en mettant une résistance en série dans le collecteur (entre l'alimentation et le collecteur), on va voir se développer une tension Rc*Ic sur le collecteur du transistor, c'est un des rôle de Rc.

Globalement, on distingue 2 modes de fonctionnement, qui d'après le théorème de superposition peuvent être traités séparément (de manière raisonnable):
- Le régime statique (DC)
- Le régime dynamique (AC)

Les résistances R1 et R2 vont servir à fixer le point de polarisation du transistor (régime statique). On choisit ce point de sorte que les caractéristiques d'amplification du transistor soient linéaires dans cette zone.

L'idée étant de faire circuler dans ce pont un courant tel que le courant de base (qui sera injecté par le signal à amplifier) soit négligeable. Pour fixer les idées, on va dire 10mA (pour le cas où on souhaite amplifier de petits signaux).

Re va permettre de rendre le gain indépendant du courant de collecteur (lui-même dépendant du gain (Beta), c'est assez vicieux), j'avoue que je ne sais plus trop comment ça fonctionne de ce côté là. Généralement, pour le point de repos, on met le potentiel de l'émetteur un peu en dessous du quart de la tension d'alimentation.

Les capacités Cin et Cout sont des capacités de liaison et permettent de séparer l'étage amplificateur de la source et de la sortie. Ce est une capacité de découplage et permet de rendre l'effet de Re négligeable en régime alternatif. Toutes ces capacités sont calculées de sorte à présenter une impédance la plus faible possible à la fréquence de travail (celle de la source).

Fixons les idées:
- Tension d'alimentation: +12V
- Point de polarisation: Vbe=0.7V
- Courant de collecteur au repos: Ic=10mA (ça se détermine avec les courbes de transfert du transistor sélectionné je crois me rappeler, et de la dynamique recherchée)
- Courant de pont de polarisation: Ip=10mA

On peut prendre Re=Rc, donc le potentiel de l'émetteur évoluera autour du quart de la tension d'alimentation, celui du collecteur autour de 3/4.

Pour l'émetteur, on a:
Ve = 0.01*Re = 12/4, on en déduit Re et Rc

Pour la base :
Vb = 0.7 + 0.01*Re = R1/(R1+R2)*12
Si le courant de pont est fixé (10mA), on a 0.01*R2= 0.7 + 0.01*Re, d'où R2, d'où R1.

Maintenant en regime dynamique (petits signaux), les capacités sont approximées par des court-circuits, l'alimentation DC (le V+) est équivalente à la masse.

De ce fait l'impédance d'entrée de l'amplificateur est donnée par R1 et R2 en parallèle.
Le courant de base va dépendre de cette impédance et de l'impédance de la source de tension à amplifier, on va donc chercher à avoir une grande impédance (au besoin en ajoutant une résistance série) pour faire une attaque en courant et limiter les distorsions.

Bon, tout ça n'est pas forcément très clair je l'admet mais pour ma part ça remonte déjà à pas mal de temps et ça fait un bout de temps que je n'ai pas trempé dans l'analogique. Soyez donc indulgents!

BillD.

Re: Transistor en émetteur commun [63645]

nobelios

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Posté le : 09/02/2009, 18:44 (Lu 12143 fois)
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Techniquement le transistor n'est pas un amplificateur de tension ? Après le courrant dépand de ta résistance. Sauf erreur de ma part.

Re: Transistor en émetteur commun [63663]

thadrien

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Posté le : 10/02/2009, 10:46 (Lu 12125 fois)
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En fait, la situation est légèrement plus compliquée que cela...

Les transistors à effet de champ sont, comme le dit BillD, des purs amplis à transconductance.

Les transistors bipolaires, eux, sont effectivement, en première approche, des amplificateurs de courant. Toutefois, une analyse un peu plus poussée de leur fonctionnement, montre qu'en réalité le courant de collecteur dépend de Vbe, d'après l'équation d'Ebers-Moll. Quant au courant de base, il dépend du courant de collecteur par l'intermédiaire du béta.

Le cas du transistor saturé est un peu plus délicat, on évitera donc d'en parler.

Bref, pour l'amplification, le but de tout amplificateur à transistors est de faire varier Vbe pour provoquer des variations de Ic, converties en courant comme on peut.

Une modélisation suffisante pour travailler consiste à voir le transistor, du point de vue de l'alternatif, comme un suiveur de tension avec une résistance interne re. Cette résistance interne vaut environ (25 mV)/ Ic, d'après l'équation d'Ebers-Moll. Le signal alternatif se retrouve donc aux bornes de cette résistance et provoque l'apparition d'un courant de collecteur. Ce courant est retransformé en tension par la résistance de collecteur.

Les résistances, elles, font la polarisation. Le calcul est assez simple, et je te renvoie à deux documents : un site et un livre. Le site, c'est le "traité de l'électricité et de l'électronique pour le radioamateur", et le livre, c'est celui de Paul Horrowitz.

Néanmoins, aujourd'hui, à part pour certains cas, on utilisera plutôt des ampli-ops.

Re: Transistor en émetteur commun [63647]

pep3000

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Posté le : 09/02/2009, 18:47 (Lu 12139 fois)
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Non le transistor est un amplificateur de courant : Ic=Ie=Béta*Ib

Re: Transistor en émetteur commun [63650]

nobelios

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Posté le : 09/02/2009, 18:52 (Lu 12138 fois)
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Hum j'avais toujours cru que c'était pour les tensions, bref c'est pas trop mon cas en principe j'utilise des AOP ou bien du numérique (beaucoup moins casse pied je doit dire !)

Re: Transistor en émetteur commun [63661]

BillD

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Posté le : 10/02/2009, 10:04 (Lu 12128 fois)
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Si on considère un transistor à effet de champ (FET, donc MOSFET et tout ce qui va autour), la situation est subtilement différente:

Le courant drain-source dépend de la tension grille-source, on a donc un amplificateur (si il travaille en régime linéaire) à transconductance (noté gm généralement, qui remplace Beta)...

Re: Transistor en émetteur commun [63743]

fs67300

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Posté le : 17/02/2009, 22:33 (Lu 12079 fois)
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ne pas oublier que les tubes n'ont pas completement disparu : outre les 'audiomegalophile' (1) qui ne jure que par le son 'tube' des amplis, les tube a vide sont encore largement utilisé dans :
- les applications de puissance en haute frequence : magnetron four microonde, radard, cyclotron, emission radio et TV
- les applications 'sensibles' aux impulsions electromagnétiques (explosion nucleaire) : certain circuit vitaux des avions de chasse par exemple.

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