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Le principe de fonctionnement d'un amplificateur à transistor est basé sur le fait qu'à l'aide de petites variations de tension ou de courant dans le circuit d'entrée d'un transistor, des variations beaucoup plus importantes de tension ou de courant dans son circuit de sortie peuvent être obtenues.
La modification de la tension de la jonction d'émetteur provoque une modification des courants du transistor. Cette propriété du transistor est utilisée pour amplifier les signaux électriques.
Pour convertir les variations du courant de collecteur qui se produisent sous l'action des signaux d'entrée en une tension variable, une charge est incluse dans le circuit de collecteur du transistor. La charge est généralement une résistance ou circuit oscillatoire. De plus, lors de l'amplification de signaux électriques alternatifs entre la base et l'émetteur du transistor, il est nécessaire d'activer une source de tension constante, généralement appelée source de polarisation, avec laquelle le mode de fonctionnement du transistor est défini. Ce mode est caractérisé par le passage à travers ses électrodes en l'absence d'un signal électrique d'entrée de certains courants continus de l'émetteur, du collecteur et de la base. Avec l'utilisation d'une source supplémentaire, les dimensions de l'ensemble du dispositif augmentent, sa masse augmente, la conception devient plus compliquée et deux sources coûtent plus cher qu'une. Dans le même temps, vous pouvez vous débrouiller avec une seule source utilisée pour alimenter le circuit collecteur du transistor. Un tel circuit amplificateur est représenté sur la figure.

Dans ce circuit, la charge de l'amplificateur est la résistance R K et, à l'aide de la résistance R b, le courant de base requis du transistor est défini. Si le mode de fonctionnement du transistor est fixé (on dit souvent que le point de fonctionnement est fixé sur les caractéristiques du transistor), le courant et la tension de base U BE deviennent connus, et la résistance de la résistance R b, qui fournit ce courant, peut être déterminé par la formule :
R b \u003d (G K -U BE) / I B.
Étant donné que U BE ne dépasse généralement pas 0,2 ... 0,3 V pour les transistors au germanium et 0,6 ... 0,8 V pour ceux au silicium, et que la tension G K est mesurée en unités ou même en dizaines de volts, alors U BE<et tu peux écrire :
R b ≈ G K / I B.
Il résulte des expressions que quel que soit le type de transistor VT, son courant de base sera constant: I B \u003d G K / R b. Ce schéma est donc appelé circuits à émetteur commun (CE) et courant de base fixe.
Le mode de fonctionnement du transistor dans l'étage d'amplification à courants et tensions constants de ses électrodes est appelé mode initial ou mode de repos.
L'inclusion d'une charge dans le circuit collecteur du transistor entraîne une chute de tension aux bornes de la résistance de charge, égale au produit I K R K .
En conséquence, la tension agissant entre le collecteur et l'émetteur Uke du transistor s'avère inférieure à la tension G K de l'alimentation par la quantité de chute de tension aux bornes de la résistance de charge, c'est-à-dire :
U KE \u003d G K -I K R K.
Si cette dépendance est affichée graphiquement sur une famille de caractéristiques de sortie statique d'un transistor, elle ressemblera alors à une ligne droite. Pour le construire, il suffit de déterminer seulement deux points lui appartenant (puisqu'une seule droite peut être tracée par deux points). Chaque point doit avoir deux coordonnées : I K et U KE.
Étant donné une valeur spécifique de l'une des coordonnées, la seconde coordonnée est déterminée en résolvant l'équation U KE = G K - I K R K . Une ligne droite construite conformément à l'équation sur une famille de caractéristiques de sortie statique, un transistor, est appelée une ligne droite de charge.
La ligne de charge illustrée à la figure (a) est construite pour le cas où G K = 10 V et R K = 200 Ohm.

1er point : \u003d 0 ; U KE \u003d G K -0R K \u003d G K \u003d 10 V ;
2ème point : I K =30 mA ; U KE \u003d 10-30-10 ^ 3-200 \u003d 10-6 \u003d 4 V.

Si en mode initial (mode de repos) le courant de base est de 2 mA, ce mode sera déterminé par le point A, qui se trouve sur la droite de charge au point de son intersection avec la caractéristique de sortie statique obtenue avec I BO = 2 mA . Dans ce cas, I KO = 20 mA ; U KEO = 5,8 V. Si nous transférons le point A dans la famille des caractéristiques d'entrée (Fig., b), nous pouvons trouver U BEO. Elle est égale à 0,25 V.
Lorsqu'une tension alternative d'amplitude de 50 mV (0,05 V) est appliquée à l'entrée de l'amplificateur, sur l'axe de tension des caractéristiques d'entrée par rapport à la tension U BEO \u003d 0,25 V, segments correspondant à une tension de 0,05 V sont posés des deux côtés, et les perpendiculaires sont restaurées de leurs extrémités à l'axe U du BE jusqu'à ce qu'il croise la caractéristique statique, sur laquelle se trouve le point A, indiquant le mode de repos de l'amplificateur. Aux points d'intersection des perpendiculaires avec la caractéristique sont apposées les lettres B et C. Ainsi, lorsqu'une tension alternative est appliquée à l'entrée, le mode de fonctionnement ne sera plus déterminé par le point A, mais par ses déplacements entre points B et C. Dans ce cas, le courant de base varie de 1 à 3 mA. En d'autres termes, une tension alternative à l'entrée de l'amplificateur entraîne l'apparition d'une composante alternative dans son courant d'entrée - le courant de base. Dans cet exemple, l'amplitude de la composante variable du courant de base, comme on peut le voir sur la figure, est de 1 mA.
Les points B et C peuvent être transférés à la famille des caractéristiques de sortie. Ils seront situés à l'intersection de la caractéristique de charge avec celles statiques obtenues à des courants de base égaux à 1 et 3 mA. De cette figure, on peut voir qu'en mode charge, une composante variable de la tension de collecteur est apparue. Sinon, la tension du collecteur ne reste plus constante, mais change de manière synchrone
avec les changements de tension d'entrée. De plus, la variation de la tension de collecteur ΔU KE = 7,5-4,3 = 3,2 V est supérieure à la variation de la tension d'entrée ΔU BE = 0,3-0,2 = 0,1 V de 32 fois ; c'est-à-dire qu'une amplification de la tension d'entrée de 32 fois a été obtenue.
La tension de l'alimentation G K étant constante, la variation de la tension du collecteur est égale à la variation de la tension aux bornes de la résistance de charge du collecteur, c'est-à-dire plus le gain est important. Cependant, il n'est possible d'augmenter la résistance de la résistance R K que jusqu'à une certaine limite, un dépassement pouvant même conduire à une diminution du gain et à l'apparition de distorsions importantes du signal amplifié.
Dans l'amplificateur, dont le circuit est représenté sur la figure supérieure, le mode de fonctionnement du transistor est déterminé par le courant de base, qui est défini par la résistance R b. Le mode de fonctionnement du transistor peut également être défini en appliquant une tension du diviseur R1R2 à sa jonction d'émetteur.

Le courant diviseur I D traversant les résistances R1 et R2 provoque une chute de tension aux bornes de la résistance de la résistance R2, qui est appliquée à la jonction d'émetteur du transistor et la polarise dans le sens direct. Cette tension est déterminée principalement par le rapport des valeurs des résistances R1, R2 et du courant I D qui les traverse et est quasiment indépendante du type de transistor. Par conséquent, un tel circuit est parfois appelé circuit à polarisation fixe.

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Dans les amplificateurs à base de transistors bipolaires, trois schémas de connexion des transistors sont utilisés: avec un commun, avec un émetteur commun, avec un collecteur commun.

Dans le circuit de commutation d'un transistor à émetteur commun, l'amplificateur fournit une tension, un courant et une amplification de puissance. Un tel amplificateur présente des valeurs moyennes de résistance d'entrée et de sortie par rapport à des circuits de commutation à base commune et à collecteur commun.

Les paramètres des transistors dépendent fortement de la température. Une variation de la température ambiante entraîne une modification du mode de fonctionnement du transistor dans un circuit amplificateur simple lorsque le transistor à émetteur commun est passant.

Pour stabiliser le mode de fonctionnement du transistor lorsque la température change, des schémas de stabilisation d'émetteur pour le mode de fonctionnement du transistor sont utilisés.

Les figures 5.14 et 5.15 montrent des circuits d'amplificateurs à un étage basés sur des transistors bipolaires n-p-n et p-n-p avec stabilisation de la température de l'émetteur du mode de fonctionnement du transistor.

Traçons les circuits par lesquels circulent les courants continus dans l'amplificateur selon le schéma de la figure 5.14. Le courant continu du diviseur de tension traverse le circuit : plus la source d'alimentation, les résistances R1, R2, moins la source d'alimentation. Le courant constant de la base du transistor VT1 traverse le circuit: plus de la source d'alimentation, résistance R1, jonction base-émetteur du transistor VT1, résistance Re, moins de la source d'alimentation. Le courant continu du collecteur du transistor VT1 traverse le circuit: plus de la source d'alimentation, résistance RK, bornes collecteur-émetteur du transistor, résistance Re, moins de la source d'alimentation. Le transistor bipolaire de l'amplificateur fonctionne dans un mode où la jonction base-émetteur est polarisée en direct et la jonction base-collecteur est polarisée en inverse. Ainsi, la tension constante aux bornes de la résistance R2 sera égale à la somme de la tension à la jonction base-émetteur du transistor VT1 et de la tension aux bornes de la résistance Re : UR2 = Ube + Ure. Il s'ensuit que la tension constante à la jonction base-émetteur sera égale à Ube \u003d UR2 - Ure.

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Le principe de fonctionnement d'un amplificateur à transistor est basé sur le fait qu'à l'aide de petites variations de tension ou de courant dans le circuit d'entrée d'un transistor, des variations beaucoup plus importantes de tension ou de courant dans son circuit de sortie peuvent être obtenues.
La modification de la tension de la jonction d'émetteur provoque une modification des courants du transistor. Cette propriété du transistor est utilisée pour amplifier les signaux électriques.
Pour convertir les variations du courant de collecteur qui se produisent sous l'action des signaux d'entrée en une tension variable, une charge est incluse dans le circuit de collecteur du transistor. La charge est le plus souvent une résistance ou un circuit oscillant. De plus, lors de l'amplification de signaux électriques alternatifs entre la base et l'émetteur du transistor, il est nécessaire d'activer une source de tension constante, généralement appelée source de polarisation, avec laquelle le mode de fonctionnement du transistor est défini. Ce mode est caractérisé par le passage à travers ses électrodes en l'absence d'un signal électrique d'entrée de certains courants continus de l'émetteur, du collecteur et de la base. Avec l'utilisation d'une source supplémentaire, les dimensions de l'ensemble du dispositif augmentent, sa masse augmente, la conception devient plus compliquée et deux sources coûtent plus cher qu'une. Dans le même temps, vous pouvez vous débrouiller avec une seule source utilisée pour alimenter le circuit collecteur du transistor. Un tel circuit amplificateur est représenté sur la figure.

Dans ce circuit, la charge de l'amplificateur est la résistance R K et, à l'aide de la résistance R b, le courant de base requis du transistor est défini. Si le mode de fonctionnement du transistor est fixé (on dit souvent que le point de fonctionnement est fixé sur les caractéristiques du transistor), le courant et la tension de base U BE deviennent connus, et la résistance de la résistance R b, qui fournit ce courant, peut être déterminé par la formule :
R b \u003d (G K -U BE) / I B.
Étant donné que U BE ne dépasse généralement pas 0,2 ... 0,3 V pour les transistors au germanium et 0,6 ... 0,8 V pour ceux au silicium, et que la tension G K est mesurée en unités ou même en dizaines de volts, alors U BE<et tu peux écrire :
R b ≈ G K / I B.
Il résulte des expressions que quel que soit le type de transistor VT, son courant de base sera constant: I B \u003d G K / R b. Ce schéma est donc appelé circuits à émetteur commun (CE) et courant de base fixe.
Le mode de fonctionnement du transistor dans l'étage d'amplification à courants et tensions constants de ses électrodes est appelé mode initial ou mode de repos.
L'inclusion d'une charge dans le circuit collecteur du transistor entraîne une chute de tension aux bornes de la résistance de charge, égale au produit I K R K .
En conséquence, la tension agissant entre le collecteur et l'émetteur Uke du transistor s'avère inférieure à la tension G K de l'alimentation par la quantité de chute de tension aux bornes de la résistance de charge, c'est-à-dire :
U KE \u003d G K -I K R K.
Si cette dépendance est affichée graphiquement sur une famille de caractéristiques de sortie statique d'un transistor, elle ressemblera alors à une ligne droite. Pour le construire, il suffit de déterminer seulement deux points lui appartenant (puisqu'une seule droite peut être tracée par deux points). Chaque point doit avoir deux coordonnées : I K et U KE.
Étant donné une valeur spécifique de l'une des coordonnées, la seconde coordonnée est déterminée en résolvant l'équation U KE = G K - I K R K . Une ligne droite construite conformément à l'équation sur une famille de caractéristiques de sortie statique, un transistor, est appelée une ligne droite de charge.
La ligne de charge illustrée à la figure (a) est construite pour le cas où G K = 10 V et R K = 200 Ohm.

1er point : \u003d 0 ; U KE \u003d G K -0R K \u003d G K \u003d 10 V ;
2ème point : I K =30 mA ; U KE \u003d 10-30-10 ^ 3-200 \u003d 10-6 \u003d 4 V.

Si en mode initial (mode de repos) le courant de base est de 2 mA, ce mode sera déterminé par le point A, qui se trouve sur la droite de charge au point de son intersection avec la caractéristique de sortie statique obtenue avec I BO = 2 mA . Dans ce cas, I KO = 20 mA ; U KEO = 5,8 V. Si nous transférons le point A dans la famille des caractéristiques d'entrée (Fig., b), nous pouvons trouver U BEO. Elle est égale à 0,25 V.
Lorsqu'une tension alternative d'amplitude de 50 mV (0,05 V) est appliquée à l'entrée de l'amplificateur, sur l'axe de tension des caractéristiques d'entrée par rapport à la tension U BEO \u003d 0,25 V, segments correspondant à une tension de 0,05 V sont posés des deux côtés, et les perpendiculaires sont restaurées de leurs extrémités à l'axe U du BE jusqu'à ce qu'il croise la caractéristique statique, sur laquelle se trouve le point A, indiquant le mode de repos de l'amplificateur. Aux points d'intersection des perpendiculaires avec la caractéristique sont apposées les lettres B et C. Ainsi, lorsqu'une tension alternative est appliquée à l'entrée, le mode de fonctionnement ne sera plus déterminé par le point A, mais par ses déplacements entre points B et C. Dans ce cas, le courant de base varie de 1 à 3 mA. En d'autres termes, une tension alternative à l'entrée de l'amplificateur entraîne l'apparition d'une composante alternative dans son courant d'entrée - le courant de base. Dans cet exemple, l'amplitude de la composante variable du courant de base, comme on peut le voir sur la figure, est de 1 mA.
Les points B et C peuvent être transférés à la famille des caractéristiques de sortie. Ils seront situés à l'intersection de la caractéristique de charge avec celles statiques obtenues à des courants de base égaux à 1 et 3 mA. De cette figure, on peut voir qu'en mode charge, une composante variable de la tension de collecteur est apparue. Sinon, la tension du collecteur ne reste plus constante, mais change de manière synchrone
avec les changements de tension d'entrée. De plus, la variation de la tension de collecteur ΔU KE = 7,5-4,3 = 3,2 V est supérieure à la variation de la tension d'entrée ΔU BE = 0,3-0,2 = 0,1 V de 32 fois ; c'est-à-dire qu'une amplification de la tension d'entrée de 32 fois a été obtenue.
La tension de l'alimentation G K étant constante, la variation de la tension du collecteur est égale à la variation de la tension aux bornes de la résistance de charge du collecteur, c'est-à-dire plus le gain est important. Cependant, il n'est possible d'augmenter la résistance de la résistance R K que jusqu'à une certaine limite, un dépassement pouvant même conduire à une diminution du gain et à l'apparition de distorsions importantes du signal amplifié.
Dans l'amplificateur, dont le circuit est représenté sur la figure supérieure, le mode de fonctionnement du transistor est déterminé par le courant de base, qui est défini par la résistance R b. Le mode de fonctionnement du transistor peut également être défini en appliquant une tension du diviseur R1R2 à sa jonction d'émetteur.

Le courant diviseur I D traversant les résistances R1 et R2 provoque une chute de tension aux bornes de la résistance de la résistance R2, qui est appliquée à la jonction d'émetteur du transistor et la polarise dans le sens direct. Cette tension est déterminée principalement par le rapport des valeurs des résistances R1, R2 et du courant I D qui les traverse et est quasiment indépendante du type de transistor. Par conséquent, un tel circuit est parfois appelé circuit à polarisation fixe.

Introduction

Un transistor est un dispositif électronique à semi-conducteur qui contrôle le courant dans un circuit électrique en modifiant la tension ou le courant d'entrée. Mais en fait, il s'agit d'un interrupteur ordinaire qui allume et éteint le courant, sur lequel, soit dit en passant, le code informatique est basé, où 1 signifie qu'il y a du courant et 0 son absence. On doit l'invention de cet appareil au laboratoire américain Bell Labs, dans lequel William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain l'ont créé en 1947. Mais comme cela arrive toujours avec les grandes inventions, le public ne l'a pas remarqué au début, et seulement après 9 ans, les scientifiques ont reçu le prix Nobel de physique. Le nom même de "transistor" a été inventé par leur collègue John Pierce, qui l'a combiné à partir de 2 mots - "transfert" - pour transférer et "résistance" - résistance.

Les premiers à remarquer l'invention ont été les radioamateurs, qui les utilisent pour amplifier le signal. Sentant que l'invention pourrait être rentable, le laboratoire décide de vendre des licences pour l'utilisation de la technologie des transistors. Le succès n'a pas tardé à venir et déjà en 1956, la première radio portable est apparue, ce qui était auparavant impossible en raison de l'utilisation de lampes encombrantes, et les transistors compacts ont facilement fait face à cette tâche, ce qui permettait désormais de toujours emporter de la musique avec vous. L'invention d'un tel appareil portable a montré l'importance et la pertinence de la nouvelle technologie, qui a commencé à attirer de nouveaux esprits curieux d'inventeurs dans ce domaine. Et après 2 ans, Jack Kilby et Robert Noyce ont fait un pas de géant dans le développement des transistors, en utilisant leur nouvelle technologie, ils les ont combinés en une seule puce. Cette étape révolutionnaire a présenté Noyce à Gordon Moore, avec qui il a créé Intel en 1968.

C'est le microcircuit à base de transistors qui a marqué le début d'une nouvelle ère en électronique, et c'est elle qui a rendu possible l'émergence des ordinateurs modernes. En 1965, la loi de Moore a été formulée dans l'une des publications, selon laquelle le nombre de transistors dans un microcircuit devrait doubler chaque année. On prédit constamment que cette loi va mourir, mais pendant plus de quarante ans, elle a continué à fonctionner. Par exemple, dans le premier processeur Intel 4004, sorti en 1971, il y avait 2300 transistors, et en 1989, Intel 486 en avait déjà 1 200 000. Ainsi, contournant de nombreux obstacles sur son chemin et s'améliorant constamment, le dernier processeur Intel Core 2 Extreme dépassé la barre des 820 000 000 de transistors.

Ainsi, pendant plus de soixante ans, une petite invention n'a cessé de faire avancer la technologie, l'élevant constamment à un nouveau niveau. Et déjà, probablement, il est impossible d'imaginer à quoi ressemblerait le monde sans ce petit appareil.

Devoir pour dissertation

Déterminer les potentiels nodaux dans le circuit. Construisez la caractéristique de transfert du circuit dans la section base-collecteur du transistor) et tracez-y le point de fonctionnement. Marquez sur les caractéristiques de la zone de fonctionnement du transistor.

Estimer par calcul les principaux paramètres bas signal du circuit considéré.

Déterminez la zone de fonctionnement de l'amplificateur sans distorsions non linéaires à partir des caractéristiques courant-tension d'entrée et de sortie du transistor.

Construire un schéma de circuit avec potentiels nodaux, transfert, transitoire, familles de caractéristiques courant-tension d'entrée et de sortie, amplitude-fréquence à l'aide du programme d'application pour la simulation informatique et la recherche de circuits électroniques (Electronics Workbench, Multisim, Micro-Cap).

Comparez les résultats avec ceux obtenus par calcul.

Fig. 1

Tableau 1 Données initiales

			à transistors

Paramètres du transistor KT3102G.

Transistor au silicium, structure n-p-n.

Tableau 2. Paramètres du transistor KT3102G

La désignation	Sens	Paramètre
		Coefficient de transfert de courant statique d'un transistor bipolaire dans un circuit avec un émetteur commun (la plage de valeurs admissibles est donnée)
		Fréquence de coupure de l'amplificateur
		Capacité de jonction du collecteur (Ck) à la tension du collecteur (Ukb)
Uke.us / (Ik / Ib),		Tension de saturation collecteur-émetteur (Uke.nas) d'un transistor bipolaire à un courant de collecteur donné (Ik) et un courant de base donné (Ib)
Ube.us / (Ik / Ib),		Tension de saturation collecteur-émetteur (Ube.nas) d'un transistor bipolaire à un courant de collecteur (Ik) et un courant de base (Ib) donnés
		Courant inverse du collecteur
		Courant d'émetteur inverse
		Base d'émetteur à tension constante maximale autorisée
		Tension continue collecteur-émetteur maximale admissible
		Courant de collecteur maximal autorisé
		Dissipation de puissance maximale autorisée sur le collecteur

Tableau 3 Lignes de valeurs nominales pour les paramètres d'éléments radio typiques (GOST 2825-67)

Indice de ligne	Coefficients numériques multipliés par 10

Comme le travail de cours utilisera l'application Workbench 5.12, qui n'a pas le transistor KT3102G, nous utiliserons à la place son homologue étranger BC109C, qui lui est similaire en termes de paramètres. Par conséquent, les valeurs calculées peuvent différer des valeurs obtenues à l'aide de l'application Workbench.

Le gain de courant de base statique est réglé sur 500.

Puisque le transistor est en silicium, la différence de contact des deux jonctions est - la valeur de la tension base-émetteur. Puisqu'il s'agit d'une source de tension constante, le circuit peut être simplifié en supprimant tous les condensateurs et les résistances inutiles. Nous supprimons également la source de tension alternative du circuit et obtenons le circuit illustré à la Fig. 2

Fig.2

Supposons que le transistor se trouve dans la région active normale. Etant donné que le point de fonctionnement est en classe A, on calcule la tension collecteur.

Pour les circuits à petit signal, la tension sur Re est de 5 à 30% de la tension Ek, nous choisissons donc 10%.

On détermine les résistances et, pour cela, on calcule le courant d'émetteur, en utilisant pour cela le gain du courant d'émetteur, exprimé en fonction du gain du courant de base :

Selon la condition à = 500, alors

De même, nous calculons le courant de base :

On a:

Si nous négligeons le courant de base, alors un courant circule dans la section A-B égal au rapport :

Des expressions (2) et (3) il résulte que

Trouver la résistance de la base. Pour cela, nous avons besoin du facteur de point de fonctionnement instable de la cascade, exprimé par :

À partir de là, nous calculons la valeur de résistance RB, qui est également égale à la connexion en parallèle des résistances R1 et R2.

En résolvant le système à partir des équations (4) et (5), on trouve R2 et R1

On a:

On prend les valeurs nominales des résistances conformément à la série E24, puis on obtient :

Tâche 2

Considérez les potentiels nodaux dans le circuit. Construisez la caractéristique de transfert du circuit dans la section base-collecteur du transistor) et tracez-y le point de fonctionnement. Marquez sur les caractéristiques de la zone de fonctionnement du transistor.

Considérez les potentiels nodaux dans le circuit illustré à la Fig.3.

Fig.3

Trouver la différence de potentiel à l'émetteur :

transistor bipolaire amplificateur à un étage

Trouvons la différence de potentiel sur la base :

Trouvez la différence de potentiel à travers le collecteur :

Potentiels nodaux obtenus :

Pour construire la caractéristique de transfert, nous allons utiliser l'application Workbench 5.12. Pour construire une dépendance, vous devez mettre deux voltmètres dans le circuit: le premier - pour supprimer le potentiel de base, est placé entre la base et la "terre", le second - pour supprimer le potentiel de collecteur, est placé entre le collecteur et le "sol". Aussi, afin de réguler le potentiel de la base, une source EMF connectée à la base est introduite dans le circuit (Fig. 4).

Fig.4

Fig.5

La caractéristique de transfert (Fig. 5) indique le point de fonctionnement (PT) correspondant aux valeurs :

Tâche 3

Estimer par calcul les principaux paramètres bas signal du circuit considéré. Et aussi à quelle amplitude du signal d'entrée dans le circuit il y aura des distorsions non linéaires.

Fig.6

Donnée initiale:

Pour un transistor, la résistance de la jonction p-n est :

Accepter

Calculons l'impédance d'entrée dans le circuit avec un émetteur commun :

Calculez le gain actuel :

Trouvez la résistance lorsque la charge est connectée en parallèle avec la résistance du collecteur :

Calculez le gain de tension :

Calculez le gain de puissance :

Calculez l'impédance d'entrée du circuit :

Calculez l'impédance de sortie du circuit :

Calculons :

Tâche 4

Il est nécessaire de savoir à quelle amplitude du signal d'entrée dans le circuit des distorsions non linéaires se produiront. L'amplitude du signal de sortie ne peut pas être supérieure à.

Trouvez la valeur efficace de l'amplitude du signal d'entrée :

Construisons les caractéristiques de sortie I – V du transistor - (nous le prenons du livre de référence sous forme électronique) (Fig. 7).

Fig.7

Sur les caractéristiques de sortie I – V du transistor, nous appliquerons le point de fonctionnement, ainsi que la ligne de charge pour le courant continu (A-B) et alternatif.

Nous construisons la ligne de charge en courant continu en utilisant deux cas extrêmes.

Premier cas (A) : le transistor est complètement ouvert

Deuxième cas (B) : le transistor est complètement fermé

Afin de construire un point de travail sur la caractéristique I–V, une ligne droite doit être tracée au niveau jusqu'à ce qu'elle croise la ligne droite de charge statique. Cette intersection sera le point de travail.

La droite du courant alternatif a une pente et passe par le point de fonctionnement. Puisque l'échelle de l'axe OY est en miles Ampères, la valeur résultante b doit être multipliée par 1000.

Tâche 5

Sur la base des informations sur la fréquence de coupure inférieure de la bande passante de l'amplificateur, en tenant compte des données sur la résistance de charge et la source du signal, déterminez les capacités des condensateurs d'isolement et de blocage.

Étant donné que

Trouvons les capacités des condensateurs de séparation (Cp1 et Cp2) et de blocage (Cbl).

Lors du calcul de la constante de temps φ pour chacun des condensateurs, nous ne prendrons en compte que ce condensateur, en supposant que d'autres condensateurs remplacent les points correspondants du circuit.

On obtient les circuits équivalents suivants pour le calcul des constantes de temps.

Fig.8

Tout d'abord, nous calculons la constante de temps pour la fréquence inférieure :

On suppose que toutes les constantes de temps sont égales entre elles :

Calculons les valeurs de et, ainsi que:

On a:

On prend les valeurs nominales des résistances conformément à la série E24, puis on obtient :

Tâche 6

Construire la réponse en fréquence et la réponse en phase de l'amplificateur, permettant de déterminer les fréquences de coupure de la bande passante de l'amplificateur.

Calculons la fréquence de coupure supérieure de la bande passante de l'amplificateur. Pour ce faire, nous avons besoin du paramètre at.

La fréquence limite supérieure de tout étage d'amplification est déterminée par la formule (8).

Le coefficient G pour une cascade avec un émetteur commun est déterminé par la formule (10).

On définit - la durée de vie moyenne des porteurs de charges minoritaires dans la base :

Déterminons la capacité équivalente de la jonction du collecteur :

Capacité de transition à polarisation nulle ;

Différence de potentiel de contact, qui est égale à 0,7 V ;

Tension de transition.

Trouvons la bande passante :

Construisons la réponse en fréquence et la réponse en phase d'un amplificateur à un étage. Pour ce faire, nous allons utiliser l'application Workbench 5.12. Vous devez ajouter un générateur de fonctions au circuit et vous devez également connecter le traceur de Bode au circuit de manière à ce que son entrée soit connectée à l'une des bornes d'entrée du circuit et la sortie à l'une des bornes de sortie du circuit. (Fig. 9).

Fig.11

Conclusion

Au cours des travaux de cours effectués, les principaux paramètres de l'amplificateur à un étage BC109C ont été calculés. Nous avons déterminé les résistances des résistances incluses dans le circuit, les capacités des séparateurs Cp1 et Cp2 et le condensateur de blocage Sbl. Ainsi que les paramètres de circuit à petit signal Kuo, Kio, Kp, Rin, Rout.

Bibliographie

1) Gusev V.G., Gusev M.Yu. Électronique. -M. : « Lycée supérieur ». 1991 -622p. : ill.

2) Rekus G. G., Chesnokov V. N. Travaux de laboratoire sur l'électrotechnique et les bases de l'électronique : Proc. indemnité non électrotechnique. spécialiste. les universités. - M. : Plus haut. école, 1989. - 240 p. : ill.

3) Lachin V.I., Savelov N.S. Électronique : Proc. allocation. - Rostov n / une maison d'édition "Phoenix", 2000. - 448 p. Logiciel d'application : Electronic Workbench Pro Edition

Agence fédérale pour l'éducation de la Fédération de Russie

Université technique de l'aviation d'État d'Oufa

Succursale de Kumertau

Département de l'AP

Travail de cours

Sujet "Electronique"

Réalisé par : étudiant du groupe ATPP-304

Ignatiev I.A.

Vérifié par : enseignant

Zimin N.V.

Kumertau 2010

Introduction

1. Concepts de base

1.1 Amplificateur

Paramètres 1,3 h des transistors bipolaires

1.4 Paramètres du transistor P14

2. Calcul des paramètres et description du schéma de circuit de l'appareil

2.1 Sélection du point de fonctionnement

2.2 Détermination des gains du transistor P 14

2.3 Calculer la résistance d'entrée et de sortie du transistor P 14

2.4 Calcul des éléments amplificateurs

2.5 Calcul des capacités des condensateurs

Conclusion

Bibliographie

Introduction

Dans ce travail de cours, une analyse de divers schémas de stabilisation thermique est faite. Au cours du processus de conception, un calcul analytique de l'amplificateur et de ses options a été effectué.

Dans le travail, les éléments d'un amplificateur à un étage ont été calculés selon un circuit de base commun et les facteurs de gain pour le courant, la tension et la puissance, la résistance d'entrée et de sortie ont été calculés.

À la suite du calcul, un amplificateur basse fréquence a été développé avec des exigences et des valeurs nominales d'éléments spécifiées, qui peuvent être utilisées pour des applications pratiques.

Les données obtenues peuvent être utilisées pour créer de véritables dispositifs d'amplification.

1. Concepts de base

1.1 Amplificateur

Lors de la résolution de nombreux problèmes d'ingénierie, par exemple lors de la mesure de quantités électriques et non électriques, de la réception de signaux radio, du contrôle et de l'automatisation de processus technologiques, il devient nécessaire d'amplifier les signaux électriques. Des amplificateurs sont utilisés à cette fin.

Amplificateur - un appareil qui augmente l'énergie du signal de commande en raison de l'énergie de la source auxiliaire. Le signal d'entrée est, pour ainsi dire, un modèle, selon lequel le flux d'énergie de la source au consommateur est régulé.

Dans les amplificateurs modernes, largement utilisés dans l'électronique industrielle, les transistors bipolaires et à effet de champ sont généralement utilisés, et plus récemment, les circuits intégrés. Les amplificateurs basés sur des microcircuits sont très fiables et économiques, ont une vitesse élevée, sont extrêmement petits en poids et en taille et ont une sensibilité élevée. Ils permettent d'amplifier des signaux électriques très faibles.

Simplifié, l'amplificateur (étage d'amplification) peut être représenté sous la forme d'un schéma de principe (Fig. 1.):

Cet amplificateur contient un élément commandé non linéaire, généralement un transistor bipolaire ou à effet de champ, un consommateur et une source d'énergie électrique. L'étage d'amplification a un circuit d'entrée auquel une tension d'entrée est appliquée (le signal étant amplifié), et un circuit de sortie pour obtenir une tension de sortie (le signal amplifié). Le signal amplifié a beaucoup plus de puissance que le signal d'entrée. L'augmentation de la puissance du signal est due à la source d'énergie électrique. Le processus d'amplification est effectué en modifiant la résistance de l'élément commandé non linéaire, et donc le courant dans le circuit de sortie, sous l'influence de la tension ou du courant d'entrée. La tension de sortie est supprimée de la commande ou du consommateur. Ainsi, l'amplification est basée sur la conversion de l'énergie électrique d'une source de FEM constante en l'énergie du signal de sortie due à une variation de la résistance de l'élément commandé selon la loi spécifiée par le signal d'entrée.

Les principaux paramètres de l'étage amplificateur sont gain de tension Ku= U dehors / Entrée U, gain de courant K je= je sors / je dans et gain de puissance

Typiquement, dans les étages d'amplification, les trois gains sont bien supérieurs à l'unité. Cependant, dans certains étages d'amplification, l'un des deux gains peut être inférieur à l'unité, c'est-à-dire À tu <1 или К I <1. Но в любом случае коэффициент усиления по мощности больше единицы.

Selon le paramètre du signal d'entrée (tension, courant ou puissance) qui doit être augmenté à l'aide d'un étage d'amplification, il existe des étages d'amplification de tension, de courant et de puissance. L'étage de tension d'amplification a un gain, généralement égal à plusieurs dizaines. Dans la pratique de l'ingénierie, il est très souvent nécessaire d'obtenir un gain en tension beaucoup plus élevé, atteignant plusieurs milliers voire millions. Pour résoudre ce problème, des amplificateurs à plusieurs étages sont utilisés, dans lesquels chaque étage suivant est connecté à la sortie du précédent.

Selon le type de signaux à amplifier, les amplificateurs sont divisés en :

1. Amplificateurs de signaux harmoniques

(signaux sonores de la forme U (t) =U O +∑Ui*cos (ωt+φ) ;

2. Amplificateurs de signaux impulsionnels.

3. Amplificateurs CC et CA.

4. Amplificateurs de basse et haute fréquence (20Hz - 20KHz).

5. Amplificateurs haute fréquence.

6. Amplificateurs à bande étroite et à large bande.

7. Amplificateurs sélectifs.

8. Amplificateurs apériodiques.

Méthodes de connexion(connexions) les étages dépendent de l'amplificateur à plusieurs étages. Ainsi, dans les amplificateurs à courant continu, l'entrée de l'étage suivant est connectée à la sortie de l'étage précédent directement ou à l'aide de résistances. De tels amplificateurs sont appelés amplificateurs à couplage direct ou à couplage résistif .

amplificateur condensateur stabilisation thermique à un étage

Dans les amplificateurs de tension alternative (UHF, ULF et TIPU), les condensateurs et les résistances sont le plus souvent utilisés pour connecter des cascades. De tels amplificateurs sont appelés amplificateurs à couplage résistif-capacitif.

Dans les amplificateurs sélectifs, dans les amplificateurs de puissance, des transformateurs sont parfois utilisés pour connecter les cascades entre elles et pour connecter la cascade amplificatrice à un dispositif de charge. De tels amplificateurs sont appelés amplificateurs couplés à un transformateur.

Les condensateurs et les transformateurs des amplificateurs de tension alternative servent à séparer la composante de tension variable (sortie) de la composante de tension continue sur l'élément contrôlé non linéaire, qui provient de la composante de courant continu créée par la source EMF constante.

Selon le mode de mise sous tension de l'élément amplificateur, il existe trois principaux types d'étages d'amplification, à la fois sur transistors bipolaires et à effet de champ.

L'un des étages d'amplification les plus courants sur les transistors bipolaires est cascade d'émetteurs communs(cascade d'origine).

Le schéma de l'étage d'amplification d'un transistor de type n-p-n avec OE est illustré à la Fig. 2.

Uin, qui doit être amplifié, est fourni par la source d'oscillation à la section Base-Emetteur. La base est également alimentée par une polarisation positive de la source E1, qui est la tension directe de la jonction d'émetteur.

Le courant circule dans le circuit de base, par conséquent, la résistance d'entrée du transistor est faible.

Pour éviter la perte d'une partie de la tension alternative d'entrée, la résistance interne de la source E1 est shuntée par un condensateur. À basse fréquence, il devrait avoir une résistance plusieurs fois inférieure à la résistance d'entrée du transistor.

Le circuit collecteur est alimenté par la source E2. La tension de source des étages d'amplification modernes sur les transistors bipolaires est généralement de 10 à 30 V.

Pour obtenir une tension de sortie amplifiée, une résistance de charge y est incluse.

Le fonctionnement de l'étage amplificateur est le suivant. Imaginons le circuit collecteur sous la forme d'un circuit équivalent (Fig. 3.).

La tension de source E2 est partagée entre Rn et la résistance interne du transistor rho, qu'il fournit au courant continu de collecteur.

La résistance interne du transistor est approximativement égale à la résistance de la jonction du collecteur pour le courant continu :

Si une source d'oscillation est incluse dans le circuit d'entrée, alors quand elle change

la tension modifie le courant de l'émetteur. Ceci provoque une modification de r ko, ce qui conduit à une redistribution de la tension de la source E2 entre R o et r ko. Dans ce cas, la tension alternative à la charge peut être obtenue dix fois plus que l'entrée.

Le changement de courant de collecteur est approximativement égal au changement de courant d'émetteur et est plusieurs fois supérieur au changement de courant de base, donc dans ce circuit, un gain de courant significatif et un gain de puissance très important sont obtenus.

1.2 Amplificateurs à transistors bipolaires

Dans les amplificateurs à base de transistors bipolaires, trois schémas de connexion des transistors sont utilisés: avec une base commune (Fig. 4;

7), avec un émetteur commun (Fig.5 ;

8), avec un collecteur commun (Fig.6 ;

Fig.4 Fig.5 Fig.6

Image 7 Image 8 Image 9

Les figures 4 à 6 montrent les circuits de commutation de transistors avec des circuits d'entrée et de sortie alimentés par des sources d'alimentation séparées, et les figures 7 à 8 - avec des circuits d'entrée et de sortie à transistor alimentés par une seule source de tension continue.

Les amplificateurs à transistors à base commune se caractérisent par un gain de tension, aucun gain de courant, une faible impédance d'entrée et une impédance de sortie élevée.