Le transistor bipolaire (BJT) en mode linéaire

Transcription

Laboratoire 6
ELE2302 - Circuits électroniques
Département de Génie Électrique
Hiver 2012
Titre
Le transistor bipolaire (BJT) en mode linéaire
Chargé de laboratoire
Nom Mohammed Mekideche
Bureau
Téléphone
Courriel
Disponibilité
M-5661
(514) 340-4711 – 7539
[email protected]
Sur rendez-vous
Date de la séance
Horaire et salle
Date de remise
Chute M-5405
Mercredi 04 avril 2012 (gr.2)
Mercredi 11 avril 2012 (gr.1)
13h45
L5656
Mercredi 11 avril 2012
Mercredi 18 Avril 2012
1. Note
La préparation du laboratoire et les simulations sont à effectuer avant la séance de laboratoire. La
feuille de préparation en page 7 ainsi que les résultats de simulation doivent être joints au
rapport.
École Polytechnique de Montréal
1
Objectifs
2.
Ce laboratoire tend à vous familiariser, avec l’utilisation et le fonctionnement du transistor bipolaire
ou BJT (de l’anglais Bipolar Junction Transistor).
À la fin de ce laboratoire, l’étudiant sera en mesure de :
1. polariser convenablement un transistor BJT ;
2. comprendre les configurations classiques du BJT en petit signal :
• collecteur commun,
• émetteur commun et,
• base commune ;
3. mesurer les paramètres décrivant ces trois configurations.
Mandat
3.
Réaliser les trois (en réalité quatre) configurations de base d’un BJT, tracer leur réponse en fréquence
et comparer l’utilisation d’un transistor MOSFET à un BJT pour la réalisation de portes logiques.
4. Travail préparatoire (à faire avant de venir au laboratoire)
1. Répondre sur la feuille de préparation aux questions de la page 4. Les spécifications du
transistor bipolaire de type 2N2222 sont :
Icmax
PTOT
fT
hFE min hFE max
Type
VCEmax
Package
V
mA
β
β
mW
MHz
number
2N2222
TO-18
30
800
500
30
300
250
Pour plus de renseignements se référer aux spécifications disponibles sur le site web des
laboratoires à l’adresse : www.polymtl.ca/ele2302/pages/labo.ph.
2. Simuler le circuit de la figure 1 pour toutes les configurations de l’amplificateur universel
(voir tableau 1 pour la configuration des cavaliers et la tension de sortie) en utilisant comme
BJT, un transistor de type 2N2222 et sans la capacité parasite Cp. Tracer pour ces
configurations le gain en tension petit signal, en fonction de la fréquence. Identifier pour chaque
configuration les fréquences de coupure et mesurer la tension de sortie maximale sans qu’il y ait
écrêtage (prendre par exemple Vin1= 0.01V).
5. Travail à effectuer au niveau du laboratoire
1.
Monter le circuit de la figure 1 sans les cavaliers J1 et J2.
2. À l’aide d’une sonde d’oscilloscope mesurer et noter dans un tableau les tensions de
polarisation.
2
3. Après avoir placé le cavalier J1 en A et retiré la résistance RE2 du circuit de la figure 1, mesurer
et noter dans un tableau de mesure les gains de tension en fonction de la fréquence (couvrir la
plage de 5Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz, 1MHz et 3MHz) et ce pour les configurations
collecteur commun et émetteur commun non découplé (voir tableau 1 pour l’emplacement de la
tension de sortie).
4. Mesurer la tension maximale de sortie possible, sans qu’il y ait écrêtage (déformation du signal
par coupure de ses crêtes positives ou négatives) pour chaque cas de l’étape précédente.
5. Replacer RE2 au niveau du circuit de la figure 1 de l’étape précédente. Mesurer le gain en
tension pour les mêmes fréquences qu’au point 3. En comparant ces résultats à ceux obtenus à
l’étape précédente (étape3) que remarquez-vous? Expliquer alors le rôle de la résistance RE2.
Mesurer la tension maximale à la sortie sans qu’il y ait écrêtage à la fréquence de 10kHz.
6. Remplacer CE au niveau du circuit de la figure 1 de l’étape précédente par un autre
condensateur de valeur 10μF. Relier à travers J1, le condensateur de découplage de la base (CB)
à la masse (J1 en B) et placer J2 en C. On obtient ainsi la configuration base commune. Mesurer
les gains en tension pour les mêmes fréquences qu’au point 3. Que remarquez-vous? Mesurer la
tension maximale à la sortie sans qu’il y ait écrêtage pour la fréquence de 10kHz.
7. Comparer les résultats obtenus aux points 3, 5 et 6 et donner votre opinion sur ces différents
sortes d’amplificateurs
3
6. Contenu du rapport
Introduction : Décrivez le sujet de ce laboratoire (une demi-page de texte différent de l’énoncé).
Analyse des circuits : Donner le schéma du circuit avec les valeurs des composants réellement utilisés,
ainsi que son analyse théorique y compris la simulation (faite dans la préparation).
Résultats et discussion : Donner les valeurs des mesures faites en laboratoire :
1. mesures des courants et tensions de polarisation ;
2. tableaux des gains mesurés et calculés, ainsi que les tensions maximales de sortie sans
écrêtage ;
Commenter les résultats obtenus et en déduire les avantages et inconvénients de chaque
configuration. Comparer les résultats de mesure obtenus à ceux de la simulation, identifiez les sources
d’erreurs possibles. Est-il plus avantageux d’utiliser ce type de transistors (BJT) en mode commuté,
pour, par exemple réaliser une porte logique, et ce à la place des transistors MOS étudiés au
laboratoire précédent? Justifier votre réponse.
Note : Il faut respecter la date de remise des rapports (-1pt/jour de retard).
Figure 1 : Amplificateur à un étage avec transistor NPN
Notes :
1. Pour les configurations base commune et émetteur commun, le gain étant élevé, il est
possible qu’il faille utiliser un diviseur de potentiel à l’entrée pour obtenir un signal ne
causant pas de distorsion (bien s’assurer d’être dans le cas petit signal).
2. Le condensateur Cp de 47pF placé au niveau du collecteur du transistor est utilisé pour faire
ressortir l’effet des capacités parasites sur la fréquence de coupure.
4
Configuration émetteur-commun découplé
J1 en A
Vout en Vc
J2 en D
Config. émetteur-commun partiellement découplé
J1 en A
Vout en Vc
J2 ouvert
Config. émetteur-commun non découplé
J1 en A
Vout en Vc
Config. base-commune
J1 en B
Vout en Vc
Config. collecteur-commun
J1 en A
Vout en J2
J2 ouvert
et RE2 ouvert
J2 en C
et RE2 ouvert
J2 ouvert
et RE2 ouvert
Tableau 1 : Différentes configurations de l’amplificateur

CE est dit condensateur de découplage (en émetteur commun), de découplage partiel (en
collecteur commun), et de couplage (en base commune),

CB est dit condensateur de couplage (en émetteur commun ou en collecteur commun), et de
découplage (en base commune).
7. Questions (à répondre sur la feuille de préparation)
Q1 : De quel type est le transistor 2N2222 (NPN ou PNP) ?
Q2 : En vous réferant au circuit de la figure 1 sans les cavaliers et les condensateurs, donner la tension
Vth et la résistance Rth du circuit de Thévenin équivalent au circuit vu par la base du transistor.
(β identifie le gain en courant du transistor, il est donné dans la partie « caractéristiques petit signal »
de la fiche technique. Pour la suite des questions, prendre β = 100,VT = 25 mV et VBE = 0,7V).
Q3 : En vous referant au même circuit calculer les courants et tensions de polarisation : IE IC, IB, VC,,
VE , VB et VCE
Q4 : Quelle est l’impédance d’entrée Rin (aux fréquences moyennes) du montage de la figure 1 en
configuration émetteur commun découplé (indication : faire le circuit équivalent petit signal et
considérer CE et CB comme étant des court-circuits).
Q5 : Calculer, pour β=100 et β=300 et pour les configurations émetteur commun découplé et
collecteur commun, les valeurs maximum du gain en tension AV aux fréquences moyennes (les
condensateurs CE et CB seront considérés comme étant des CC).
Q6 : Quel sera l’effet de l’ajout d’une résistance de charge RL de 10 kΩ au niveau du collecteur à
travers un condensateur CL = 1μF :
• Sur la polarisation du circuit de la figure 1 ?
• Sur le gain en tension AV en configuration émetteur commun ?
5
8. Feuille de préparation personnelle à conserver
Nom et prénom :
Matricule :
Q1.
Type de transistor :
Q2.
Vth =
Rth =
Q3.
IC
IB
VE
VC
VB
VCE
β = 100
Q4.
Rin =
Q5.
Gain maximum AVmax
Emetteur commun découplé
Collecteur commun
β = 100
β = 300
Q6.
Effet(s) sur la polarisation du circuit de la figure 1 :
Effet(s) sur le gain AV en configuration émetteur commun :
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9. Feuille de préparation personnelle à remettre avec le rapport du laboratoire
Nom et prénom :
Matricule :
Note : (
/5)
Q1.
Type de transistor :
Q2.
Vth =
Rth =
Q3.
IC
IB
VE
VC
VB
VCE
β = 100
Q4.
Rin =
Q5.
Gain (émetteur commun)
Gain (collecteur commun)
Gain maximum AVmax
Intervalle de fréquence
β = 100
Q6.
β = 100
Q7.
Effet(s) sur la polarisation du circuit de la figure 1 :
Effet(s) sur le gain AV en configuration émetteur commun :
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