EX1

ECOLE SUPERIEURE
DE 4-Avril-2003 TECHNOLOGIE
1A° MI EXAMEN D'ELECTRONIQUE
(Document non autorisé)
(Durée 2h)
EX1 On souhaite faire l'étude du montage suivant :
| | |
|[pic] |1°- Quel est le rôle de l'Ampli OP . |
| |2°- Déterminer l'expression de V+ en fonction|
| |de Vs et Ve. |
| |3°- En déduire l'expression de Vs |
| |4°- Si on suppose que Vref =0 et que Vsat+ = |
| |(Vsat-(, donner l'expression de Ve lors des |
| |commutations. |
| |5°- Expliquer en deux lignes le |
| |fonctionnement du montage. |
| |6°- Sur la même figure, representer les |
| |signaux d'entrée, de sortie, et de l'entrée +|
| |de l'amplificateur, pour R1=10k( et R2=33k( .|
| | |
| |7°- Quel est le rôle du montage. |
EX2 : On considère le montage de la figure suivante :
| |On suppose que la diode est idéal et que le |
|[pic] |signal d'entrée est sinosoïdal. |
| |1°- Expliquer en deux lignes le fonctionnement |
| |du montage. |
| |2°- Donner l'expression de U |
| |3°- Sur la même figure, representer les signaux |
| |d'entrée e, de sortie U. |
| |4°- Quel est le rôle du montage. | EX3 On considère le montage amplificateur suivant, où E=9V,Rb2 =10K(,
Ip0=10IB0 et (=100 .
| |1°- Quel est le type de cet |
|[pic] |amplificateur. |
| |2°- Calculer Rb1, Rc, Re pour avoir |
| |le point de repos M0 au milieu de la |
| |droite de charge. Sachant que Ic0 |
| |=2mA et VBE0 = 0.6V. |
| |3°- Donner l'expression du gain à vide|
| |du circuit. |
| |4°- Quel est le rôle de Re, et CDE |
| |5°- Quel effet sur le montage peut-on |
| |avoir si on débranche CDE . Dans ces |
| |conditions donner l'expression du |
| |gain. | CORRECTION DE L'EXAMEN EX1 Ce montage est très utilisé dans tout système de mesure où l'on doit
détecter un seuil : il est donc fondamental.
Il est une évolution du comparateur, destinée à améliorer les performances
avec des signaux bruités.
Il existe plusieurs schémas possibles. Le montage suivant a été choisi
comme cas d'école :
[pic]
Fig. Trigger. A première vue, ce montage ressemble à un ampli inverseur, mais, il ne faut
pas se tromper : le réseau de résistances R1, R2 est relié à l'entrée +, ce
qui fait que cette fois, le signal de sortie revient en phase sur
l'entrée ; on a non plus une contre réaction, mais une réaction positive
(effet boule de neige), ce qui entraîne la divergence de la tension de
sortie vers une des valeurs Vsat+ ou Vsat- .
Dans ce montage (et les autres montages non linéaires), l'amplificateur
fonctionne en comparateur : comme le gain est infini (ou très grand), on a
les relations :
[pic]
[pic]
Ici, la valeur de V- est triviale :
[pic]
Et la valeur de V+ se calcule aisément à l'aide du théorème de
superposition :
[pic]
Le basculement de la sortie de l'ampli se fait pour V+ = V- :
[pic]
Dans cette formule, il faut garder à l'esprit que Vs ne peut prendre que
les deux valeurs Vsat+ et Vsat- .
Dans le cas particulier où Vref = 0 et Vsat+ = |Vsat-| = Vsat, on aura :
[pic]
La figure 22 donne les signaux d'entrée, de sortie, et de l'entrée + de
l'amplificateur, pour R1=10k( et R2=33k( :
[pic]
Fig. Signaux sur le trigger EX2 Détecteur de crête.
Ce dispositif permet de mémoriser la valeur crête d'un signal. Il est très
utilisé en instrumentation.
C'est en fait un redresseur simple alternance avec filtrage dont la charge
est quasi nulle (aux courants de fuite près) : la constante de temps de
décharge du condensateur est théoriquement infinie, (très grande en
pratique).
Il se charge donc à la valeur crête (moins la tension de seuil de la diode)
et reste chargé à cette valeur.
La résitance R sert à limiter le courant de charge du condensateur à une
valeur raisonnable pour le générateur d'attaque.
Lorsque la tension e est supérieure à la tension aux bornes du condensateur
U plus la tension de coude de la diode, celle ci conduit et charge le
condensateur à travers la résistance R.
A noter que tel quel, ce montage est inexploitable pour des petits
signaux : la tension mémorisée par la diode et le condensateur est
inférieure à la valeur crête du signal d'entrée de la tension de seuil de
la diode.
Il existe une version améliorée avec amplificateur opérationnel qui pallie
cet inconvénient. Il faut aussi adjoindre à ce montage un sytème permettant
de décharger le condensateur pour faire une nouvelle mesure.
|[pic] |[pic] | Fig. . Détecteur de crête.
Ex3
Polarisation. Point de fonctionnement.
[pic]
Fig. Montage base commune.
Le montage commence à nous être familier : en effet, mis à part
l'emplacement du générateur d'attaque et le condensateur de découplage qui
est ici situé sur la base, le montage est le même que celui de l'émetteur
commun.
La procédure de calculs des éléments de polarisation est donc identique,
car seuls les éléments liés au régime alternatif changent.
La raison en est simple : l'amplification est basée sur une augmentation de
IC due à une augmentation de VBE. Pour augmenter VBE, on a le choix entre
deux solutions :
soit on augmente la tension de base à potentiel d'émetteur constant : c'est
le montage émetteur commun.
soit on abaisse la tension d'émetteur à potentiel de base constant : c'est
le montage base commune.
1. Fonctionnement en petits signaux alternatifs.
On va donc étudier ici le montage base commune. On voit tout de suite le
défaut que va présenter ce montage : vu qu'on attaque côté émetteur, il
faudra faire varier un courant important, donc, l'impédance d'entrée sera
sûrement beaucoup plus faible que pour l'émetteur commun, qui n'était déjà
pas brillant sur ce point. En fait, ce montage sera peu utilisé, sauf dans
des applications hautes fréquences où il trouvera son seul avantage.
Le schéma équivalent est le suivant :
[pic]
Fig. Schéma équivalent base commune.
Le pont Rb1 / Rb2 disparait car il est shunté en alternatif par le
condensateur de découplage CDB. La base est bien le potentiel commun entrée
/ sortie, et le schéma du transistor est le même que pour l'émetteur
commun.
. Fonctionnement intuitif .
Le fonctionnement intuitif a déjà été ébauché dans le paragraphe relatif à
la polarisation : il est rigoureusement le même que pour l'émetteur commun
sauf qu'on attaque l'émetteur pour imposer les variation VBE, avec un
potentiel de base fixe.
On aura juste une différence de signe provenant du fait que quand on
augmente la tension de base à potentiel d'émetteur constant, la tension VBE
augmente, et quand on augmente la tension d'émetteur à potentiel de base
constant, elle diminue : une tension d'entrée positive dans les deux cas
aura donc des effets contraires.
. Gain en tension.
Du schéma Fig. 21., on tire les équations suivantes :
[pic]
D'où l'expression du gain en tension à vide :
[pic]
Ce gain (au signe près) est le même que pour l'émetteur commun, ce qui est
normal, vu que le fonctionnement est identique.
On peut bien entendu faire les mêmes remarques que pour l'émetteur commun
et mettre le gain sous la forme donnée dans l'équation [27], au signe près. Pour le gain en charge, rien de différent non plus, Rch vient se mettre ne
parallèle sur Rc dans la formule du gain à vide.
. Impédance d'entrée.
Du circuit d'entrée, on tire l'équation suivante :
[pic]
Si on tire ib de l'équation [47] et qu'on le remplace par sa valeur dans
[49], on obtient :
[pic]
On en tire l'impédance d'entrée :
[pic]
RE étant du même ordre de grandeur que h11e, le terme prépondérant est h11e
/ ((+1). Cette impédance d'entrée est très faible, environ ( fois plus
faible que celle de