Liniger.doc - CINaM

Electronique Analogique
Markus Liniger
2000/01 Le 23 Décembre 1947, le premier amplificateur sans vide et sans cathode
chauffée était élaboré dans un laboratoire de Bell. Une pièce en
polystyrène (K) de forme triangulaire était pressée à l'aide d'un ressort
sur une base B de germanium.
Sur deux des surfaces de la pièce des feuillets en or étaient collés (E,C).
A l'aide d'un circuit approprié on a pu mesurer une amplification de
tension d'un facteur cent environ et, dès le lendemain on construisait un
oscillateur. Son bon fonctionnement éliminait tous les doutes : c'était
bien un amplificateur.
Comment pouvait-on appeler cette nouvelle invention ? Les développeurs John
Berdeen et Walter Brattain ont pensé lui donner le nom de « varistor » ou
de « thermistor ». Ce fut finalement John Piercel qui proposa « transistor»
car ce terme indique que le courant qui passe par une faible résistance
entre l'émetteur E et la base B, coule presque sans affaiblissement par une
plus grande résistance entre la base B et le collecteur C. Le courant est
cependant transféré d'une résistance (resistor) à l'autre. Le symbole utilisé aujourd'hui est le dessin du prototype réduit à
l'essentiel. La base des transistors n'est plus qu'une électrode, la base
mécanique pour la fabrication du transistor est le collecteur. | |[pic] |
| | |
| | |
|[pic] | | Photograph of the DELTT (Double Electron Layer Tunneling Transistor)
transistor, seen from above. The semiconductor epitaxial layers, which
contain the two layers of electrons, are sufficiently thin (0.25 microns)
that light can penetrate them, rendering gates on both sides of the device
visible. The top and back depletion gates allow independent contact to the
two electron layers, while the top control gate turns the transistor on and
off. (Source and drain contacts are outside the photo margins.)
Le Transistor 4
1.1 Les transistors bipolaires 5
1.1.1 Généralités 5
1.1.2 Caractéristique et valeurs limites des transistors 6
1.1.3 Le comportement en signaux faibles et les paramètres quadripôles
7
1.1.4 Point de repos ou point de fonctionnement 9
1.1.5 Le schéma équivalent 9
1.1.6 Montage émetteur commun 9
1.1.6.1 Schéma de base et schéma équivalent 9
1.1.6.2 Calcul de l'amplification dans le schéma de base 10
1.1.6.3 Le choix et le réglage du point de repos 13
1.1.6.4 La droite de charge statique 15
1.1.6.5 Montage émetteur commun avec contre-réaction de courant 17
1.1.6.6 Montage émetteur commun avec contre-réaction de tension 19
1.1.6.7 Dimensionner des capacités 20
1.1.7 Montage base commune 23
1.1.7.1 Montage base commune avec contre-réaction 26
1.1.8 Montage collecteur commun ou émetteur suiveur 29
1.1.9 Caractéristiques des trois montages fondamentaux 30
1.1.10 Définition et transformation des paramètres quadripôles 31
1.1.11 Transformation des paramètres h du transistor 32
1.1.12 Schéma équivalent avec éléments parasites (Giacoletto) 33
1.1.13 Amplificateur différenciateur 35
1.1.13.1 Exploitation symétrique 36
1.1.13.2 Mode commun 36
1.1.13.3 Dimensionnement et résultats de la simulation 38
1.1.14 Amplificateur de Darlington 41
1.1.15 Miroir de courant 43
1.1.16 Amplificateur Push-pull 44
1.1.17 Amplificateur à plusieurs étages 46
1.2 Transistors à effet de champs 49
1.2.1 Transistors à effet de champs à jonction (JFET) 49
1.2.1.1 Notions fondamentales 49
1.2.1.2 Les caractéristiques du N-JFET 50
1.2.1.3 Fichier de SPICE 52
1.2.1.4 Schéma équivalent du JFET 53
1.2.1.5 Montage source commune 54
1.2.1.6 Montage drain commun 56
1.2.1.7 Montage grille commune 57
1.2.1.8 Interrupteur analogique à JFET 57
1.2.1.9 Résistance variable 58
1.2.2 Transistors à effet de champs « métal-oxyde semi-conducteurs »
(MOSFET) 59
1.2.2.1 Notions fondamentales 59
1.2.2.2 Polarisation et application d'un MOSFET à appauvrissement
60
1.2.2.3 Polarisation et application d'un MOSFET à enrichissement
62
2 Amplificateur opérationnel 63
2.1 Propriétés et structure d'un amplificateur opérationnel 63
2.2 La structure et les caractéristiques techniques de l'amplificateur
opérationnel 64
2.3 Développement des propriétés des circuits de base 66
2.3.1 L'amplificateur inverseur 66
2.3.2 L'amplificateur non-inverseur 68
2.3.3 L'amplificateur opérationnel réel, tension et courant offset 70
2.3.3.1 Le schéma équivalent de l'amplificateur opérationnel réel.
70
2.3.3.2 Compensation de la tension différentielle résiduelle et des
courants offset. 71
2.3.3.3 La réponse fréquentielle 73
2.4 Exemples et applications 73
2.4.1 L'amplificateur inverseur 74
2.4.2 Le convertisseur courant-tension avec inversion 74
2.4.3 L'amplificateur non-inverseur 75
2.4.4 Le suiveur de tension 75
2.4.5 Le convertisseur courant-tension sans inversion 75
2.4.6 L'additionneur analogue 76
2.4.7 L'amplificateur différentiateur 76
2.4.8 L'intégrateur 77
2.4.9 Le différentiateur 78
2.4.10 Le limiteur 79
2.4.11 Le redresseur "ultra"-linéaire 80
2.4.12 Le comparateur (Schmitt-Trigger) 80
2.4.13 L'amplificateur logarithmique 81
3 Termes, outils 83
3.1 Le facteur de transfert et la fonction de transfert 83
3.2 Décibel, Neper et niveau 84
3.3 Réseaux linéaires et non-linéaires 85 Le Transistor
Les transistors sont des semi-conducteurs avec trois contacts. Ils servent
à l'amplification ou à la commutation de signaux. On distingue le
transistor bipolaire et le transistor à effet de champs, répartis eux-mêmes
dans plusieurs types. Les transistors européens sont classés d'après la
désignation Pro-Electron, qui est expliquée ci-dessous. La première lettre désignera le matériel de base : A Germanium ou similaire (largeur de bande 0.6 ... 1.0eV)
B Silicium ou similaire (largeur de bande 1.0 ... 1.3eV)
C Arséniure de gallium ou similaire (largeur de bande > 1.3eV)
D Antimoniure de indium ou similaire (largeur de bande < 0.6eV)
R Matériaux pour opto-éléments (par exemple sulfite de cadmium) La deuxième lettre désignera le type et la fonction : A diode M générateur à effet Hall (circuit
fermé)
B diode de capacité N opto-coupleur
C transistor AF P détecteur de radiation
D transistor de puissance AF *) 0 générateur de radiation
E diode en tunnel R thyristor
F transistor HF S transistor de commutation
G diodes micro-ondes et sim. T thyristor de puissance *)
H diode à champs magnétiques U trans., commut., puissance *)
K Générateur à effet Hall X diode multiplicatrice
(circuit ouvert) Y diode de puissance *)
L transistor de puissance HF *) Z diode Z ou similaire *) RthG