transistor bipolaire de signal

(1)

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Transistor bipolaire

Relations fondamentales

I

c

≈≈≈≈ I

o

exp(V

BE

/V

T

) avec V

T

= kT/q

K : constante de Boltzman = 1,38 .10^-23Watt.seconde / °K q : charge de l'électron = 1,9 .10^-19 C

T : température absolue en °K à température ambiante (300°K) V_T ≈ 25 mV

I

E

= I

C

+ I

B

I

C

= ββββ I

B si β >> 1 IE ≈ IC

Transconductance (ou pente)

g

m

= I

C

/V

T

à 300°K g

m

≈ 40 I

C

(m

A

)

Approximation des petits signaux

On applique une tension base - émetteur de la forme:

V

BE

(t) = V

BE

+ v

be

VBE : tension de polarisation (constante)

v

be

:

signal (variable en fonction du temps)

Si

v

be

<< V

T

I

C

(t) ≈≈≈≈ I

C

+ (I

C

/V

T

) v

be

I_C : Courant de polarisation (constant)

i

c

= (I

C

/V

T

) v

be

= g

m

v

be

:

partie signal du courant collecteur

i

c

= ββββ i

b

=

g

m

v

be

L'approximation des petits signaux permet de linéariser le fonctionnement du transistor.

Schéma équivalent (émetteur commun)

V

be

= h

11

i

b

+ h

12

V

ce

i

c

= h

21

i

b

+ h

22

V

ce

Dans la pratique h₁₂ ≈ 0 et on néglige souvent h22

h11 est la résistance d'entrée du transistor h21 = β est le gain en courant du transistor

Base

Emetteur

Collecteur

Emetteur 1/h22

h12 v2 h11

h21 ib

(2)

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Schéma équivalent simplifié du transistor

V

be

= h

11

i

b

i

c

= h

21

i

b

= g

m

V

be

g

m

= h

21

/ h

11

Schéma équivalent petits signaux d'un circuit

Pour établir le schéma équivalent petits signaux d'un circuit:

- on remplace le transistor par son schéma équivalent, - on court-circuite toutes les sources de tension continue.

L'application des lois générales de l'électricité permet de calculer les paramètres caractéristiques du circuit.

Amplificateur en émetteur commun

• Gain en tension en petits signaux, moyenne fréquence

L'impédance des condensateurs est très faible à la fréquence considérée.

Av = V

S

/ V

_g

= - ββββ R

s

/h

11

= - g

m

R

S

R

S

= R

C

// R

L

Le signe - indique que l'amplificateur est déphaseur de π

• Résistance d'entrée

Re = RB // h11 avec RB = R1 // R2

• Schéma équivalent de l'étage amplificateur

L'application du théorème de Thévenin conduit au schéma suivant:

h21 ib h11

Base Collecteur

Emetteur Emetteur

Q1

Re R1

R2 Rc

CE C2 C1

RL Vs

Vg signal

+ Vcc

(3)

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AV0 est le gain en tension à vide (RL débranchée) AV0 = - β RC/h11 = - gm RC

Lorsque l'impédance des condensateurs n'est pas négligeable, nous sommes en présence de filtres passe haut à l'entrée et à la sortie. On traite les deux problèmes séparément et on applique le théorème de superposition.

Amplificateur en collecteur commun (ou émetteur suiveur)

• Gain en tension en petits signaux, moyenne fréquence

L'impédance des condensateurs est très faible à la fréquence considérée.

Av = V

S

/ V

_g

≈≈≈≈ g

m

R

S

/ (1+ g

m

R

S

) ≈≈≈≈ 1

R

S

= R

C

// R

L

Le gain en tension est très voisin de 1

• Résistance d'entrée

Re = R_B // (h₁₁ + ββββ

R

S ) avec R_B = R₁ // R₂ La résistance d'entrée est grande

• Résistance de sortie

RO

≈≈≈≈ (R

B

//R

G

+ h

11

) /

ββββ avec RG résistance interne du générateur La résistance de sortie d'un amplificateur en collecteur commun est faible.

L'amplificateur en collecteur commun est utilisé comme adaptateur d'impédance.

h11 Avo.Vg

Rc Vg

C1 C2

RL Vs

+ Vcc

R1 RL Vs

R2

Re

Vg signal

C2 Q1 C1