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Le transistor en émetteur commun dégénéré



  1. #1
    black templar

    Le transistor en émetteur commun dégénéré


    ------

    Bonjour à tous,

    J'ai, il y a quelques années, vu en cours le fonctionnement du transistor en régime linéaire. Je suis en train de me faire une petite piqûre de rappelle et je me pose une question.
    Je suis en train de voir le mode émetteur commun.

    tr_em_com_deg.png

    Sur le montage ci-dessus, on peut en déduire plusieurs choses :

    Le condensateur CB sert ce que Vin et Vb ne rentrent en conflit.

    On a donc

    On en déduit que

    On connait la tension de Vbe qui est de 0.6V

    On peut donc dire que

    On en déduit

    Comme on a Ie, on peut calculer

    (le gain beta est grand)

    On a donc

    Après le condensateur de liaison (qui supprime la composante continue du signal), on a soit un gain de et un déphasage de


    Ma question : Pourquoi dans beaucoup de montage on rajoute un condensateur entre l'émetteur et la masse ?? Ce condensateur servirait à "fixer" le potentiel Ve en "gommant" signal. Ainsi, le signal ne disparait-il pas ? Je ne vois pas à quoi sert cette capa :/


    Pourriez-vous m'éclairer svp ?
    Merci,
    Black Templar

    -----
    Dernière modification par black templar ; 04/03/2012 à 19h00.

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  3. #2
    nornand

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré


  4. #3
    louloute/Qc

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    En creusant tes propres calculs tu obtiens la réponse à ta question.

    • Tu as pris 5k de résistance de collecteur et 2k de résistance d’émetteur et donc obtenu un gain en tension de – 5/2 = -2,5 V/V.

    • Si tu avais remplacé la résistance d’émetteur par deux 1k en série, la polarisation aurait été la même, mais en découplant la 1k au pied à la masse le gain aurait été -5 / 1 = -5 V/V.

    • Avec 500Ω et 1k5 découplée tu as un gain de -10V/V…

    Si tu découples directement la 2k, pour trouver le gain en tension il faut prendre en compte la résistance b-e du transistor, négligée jusqu’à présent, de l’ordre de 0,6 /Ib. À ne faire qu’en petit signaux.
    男人不坏,女人不爱

  5. #4
    black templar

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Citation Envoyé par louloute/Qc Voir le message
    Si tu découples directement la 2k, pour trouver le gain en tension il faut prendre en compte la résistance b-e du transistor, négligée jusqu’à présent, de l’ordre de 0,6 /Ib. À ne faire qu’en petit signaux.
    Oh, je viens de comprendre merci pour cette explication !
    Ce qui voudrait dire que le gain serait de . ça fait un truc d'énorme ! Super dans certain cas, mais comment faire si on veut juste faire un étage d'amplification ? On ne peut pas régler précisément le gain comme ça ? (A moins de mettre un étage d'entrée différentiel et de recréer un ampli op ! donc autant utiliser un aop dans ce cas, c'est ça ??)

  6. #5
    paulfjujo

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    bonsoir,

    de vieilles notes ...
    http://paulfjujo.free.fr/La_Sauvager...C_Re_fiche.jpg

    dans certain cas on polarise directement via RB pour profiter de l'augmentation d'impédance d'entree
    procurée par RE (non decouplée) , mais au detriment de la stabilite en temperature .
    Dans le cas de RE decouplée , c'est surtout pour obtenir une meilleur STABILITE (thermique) du point de fonctionnement
    avec l'usage d'un pont diviseur pour fixer la tension de base ( avec i Pont >= 10 i base).
    les resistances du pont de de polarisation de ton exemple sont trop faibles
    il faudrait multiplier ces valeurs ( R1, R2 ) par 5 ou 10, ce qui augmenterait le gain global en puissance .

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    louloute/Qc

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Il est bien rare qu’on amplifie avec un Émetteur commun, Ém découplé; sauf au niveau micro, mais un AOP fait mieux.

    Pare contre, on trouve souvent l’émetteur commun, émetteur à la masse comme ampli dans les présélecteurs (filtre d’entrée du récepteur) de radios. Pour fixer son gain, comme l’émméteur-commun inverse le signal, une contre réaction C-Base marche très bien.
    男人不坏,女人不爱

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  10. #7
    black templar

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Merci pour les précisions.

    Imaginons que je veuille faire un amplificateur x10 par exemple, je pourrais utiliser le montage émetteur commun SANS découplage, régler mon gain sur 10 avec Re et Rc puis rajouter ensuite un étage en collecteur commun (suiveur) pour une bonne adaptation d'impédance de sortie (impédance très faible du coup) ?

  11. #8
    paulfjujo

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    oui,
    le raisonnement reste valable tant que le gain desiré reste faible devant le gain beta
    L'impedance de sortie avec le collecteur commum sera de l'ordre de Re/beta

  12. #9
    Tropique

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Citation Envoyé par paulfjujo Voir le message
    oui,
    le raisonnement reste valable tant que le gain desiré reste faible devant le gain beta
    Contrairement à ce que pensent beaucoup de gens, l'amplification en tension n'est pas influencée par le β, mais dépend uniquement de la transconductance, dont l'expression est pratiquement universellement valable pour tous les transistors au silicium et vaut ~Ie/0.026.
    Ce qui a pour résultat que le gain exploitable d'un étage simple ne dépend en pratique que de la tension d'alimentation.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  13. #10
    black templar

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Bon... Maintenant que j'ai plutôt bien compris, de manière générale, comment fonctionne un transistor dans un montage, je pense que je suis prêt à creuser la chose et essayer de comprendre comment ça fonctionne a l'intérieur du transistor !
    C'est à mon avis le seul moyen pour moi de maitriser ce composant parfaitement !

    Je reviendrais vers vous pour d'éventuelles questions ^^
    Merci d'avoir déjà répondu à mes interrogations !

    Black Templar


    P.S. : j'ai toujours un question en attente, si vous voulez bien y jeter un œil quand vous aurez un peu de temps... (non je ne fais pas de la pub pour mes topics )
    http://forums.futura-sciences.com/el...questions.html
    Ty

  14. #11
    paulfjujo

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    bonjour,

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    Contrairement à ce que pensent beaucoup de gens, l'amplification en tension n'est pas influencée par le β, mais dépend uniquement de la transconductance, dont l'expression est pratiquement universellement valable pour tous les transistors au silicium et vaut ~Ie/0.026.
    Ce qui a pour résultat que le gain exploitable d'un étage simple ne dépend en pratique que de la tension d'alimentation.
    Si on se refere au montage decrit dans le post#1
    le gain de l'etage depend uniquement dur rapport RC/RE et non pas de la tension d'alimentation.
    C'est le but recherché du montage et du principe de la contre reaction.
    Je maintiens que le beta (h21e) du transistror interfere si le gain escompté , rapport RC/RE devient trop grand par rapport
    au Beta.
    Il faut toute fois verifier que le point de fonctionnement Tension VCE , soit correct.
    Il n'y a qu'à prendre son fer à souder et verifier !!

    La tension d'alimentation interfere surtout si on utilise le transistor dans sa region non lineaire ..
    Il n'y a pas d'expression universelle passe partout , au meme titre qu'affirmer que le gain de l'etage est de RC/RE,
    sans negliger d'autres paramtres, sinon on ne preciserait pas les caracteristisques d'un transistor
    (parametres h ) dont le beta H21e (montage emetteur commun).

  15. #12
    Tropique

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Citation Envoyé par paulfjujo Voir le message
    bonjour,



    Si on se refere au montage decrit dans le post#1
    le gain de l'etage depend uniquement dur rapport RC/RE et non pas de la tension d'alimentation.
    Il ne faut pas tout mélanger: on parle de ceci:
    le raisonnement reste valable tant que le gain desiré reste faible devant le gain beta
    C'est à dire le gain maximum possible si Re-->0
    C'est le but recherché du montage et du principe de la contre reaction.
    Je maintiens que le beta (h21e) du transistror interfere si le gain escompté , rapport RC/RE devient trop grand par rapport
    au Beta.
    Non, c'est faux, par contre on peut dire que le Gm du transistor interfère avec le gain escompté si RE devient trop petit par rapport à 1/Gm.
    Il faut toute fois verifier que le point de fonctionnement Tension VCE , soit correct.
    Il n'y a qu'à prendre son fer à souder et verifier !!

    La tension d'alimentation interfere surtout si on utilise le transistor dans sa region non lineaire ..
    Il n'y a pas d'expression universelle passe partout , au meme titre qu'affirmer que le gain de l'etage est de RC/RE,
    sans negliger d'autres paramtres, sinon on ne preciserait pas les caracteristisques d'un transistor
    (parametres h ) dont le beta H21e (montage emetteur commun).
    La grandeur 1/Gm est la résistance dynamique d'émetteur, elle découle directement de la loi de Shockley, et elle vaut n*Vt/Id, soit n*(kT/q)/Id, et c'est bel et bien une loi universelle, s'appliquant à toutes les jonctions semiconductrices.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Diode_modelling#Resistance
    La seule chose suceptible de variation est n, le facteur d'idéalité, mais dans le cas de transistors, il est toujours très proche de 1.
    La formule pratique, pour des températures proches de 300K est donc re=26/Ie, avec par exemple re en ohm et Ie en mA.
    On voit à ce stade qu'en l'absence de résistance d'émetteur extérieure, c'est re qui va imposer le gain en tension.
    Le seul moyen pour augmenter le gain maximal est donc, à résistance de collecteur égale, d'augmenter le courant d'émetteur. Seulement, à un certain point, le produit Ic*Rc~=Ie*Rc va égaler la tension d'alimentation, et le transistor ne va plus pouvoir amplifier. Il n'est pas possible de diminuer Rc, parce que cela diminuerait le gain dans les mêmes proportions, la seule solution est donc d'augmenter la tension d'alimentation.
    Ce qui signifie que le gain ultime que l'on peut obtenir d'un étage ne dépend que de la tension d'alimentation.

    Si ce n'est pas assez convaincant, on peut s'amuser à calculer le gain "à l'ancienne", avec des paramètres linéaires. Là, on fait intervenir le h21: G=-(h21*Rc)/h11.
    A première vue, il semblerait que h21 entre dans l'expression du gain. Mais seulement, si on remplace h11 par sa valeur, soit en calculant la résistance d'entrée, soit en appliquant directement la loi de Shockley à la base, on voit que h11=h21*re.

    Donc au final, on retrouve bien un gain qui n'est fixé que par les relations fondamentales de la physique des semiconducteurs, et non par les paramètres particuliers du transistor.

    Si h21 n'a pas d'impact sur le gain, quel est son effet sur l'étage?
    Il va, pour des conditions données, influer directement sur l'impédance d'entrée de l'étage, puisque h11 est directement proportionnel à h21. Il va donc influer sur le gain en puissance
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

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  17. #13
    paulfjujo

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Je suis d'accord avec toi sur le fondement de la theorie.
    Le gain ultime depend de la tension maxi applicable .. OK,
    cela ne repond pas à la question posée dans le post #1 puisqu'il recherche un gain de 10.

    Donc au final, on retrouve bien un gain qui n'est fixé que par les relations fondamentales de la physique des semiconducteurs, et non par les paramètres particuliers du transistor.
    mais , la pratique est que les fabricants de transistors donne des references de transistors,
    avec leurs parametres (dont le Beta , etc ..) .
    et c'est bien avec cela qu'on prevoit le resultat voulu.

    Je n'ai surement pas ton niveau d'etude, mais pour moi trop de theorie tue la pratique !

  18. #14
    Tropique

    Re : Le transisstor en émeteur commun dégénéré

    Citation Envoyé par paulfjujo Voir le message
    mais , la pratique est que les fabricants de transistors donne des references de transistors,
    avec leurs parametres (dont le Beta , etc ..) .
    et c'est bien avec cela qu'on prevoit le resultat voulu.
    Les fabricants publient énormément de paramètres, qui permettent de calculer la polarisation, le bruit et bien d'autres choses, mais pour calculer un aspect du montage, on ne doit employer que les paramètres qui s'y rapportent.

    Je n'ai surement pas ton niveau d'etude, mais pour moi trop de theorie tue la pratique !
    Je pense que tu fais un erreur de jugement: ça n'a rien à voir avec la théorie en elle-même ou le niveau d'études, j'essaye au contraire d'extraire les informations pertinentes de la théorie et de les appliquer intelligemment et utilement à la pratique.
    Comme disait Ludwig Boltzmann, "Il n'est rien de plus pratique qu'une bonne théorie"

    Ici, une bonne compréhension de la théorie permet de faire un "raccourci" intéressant: pouvoir prévoir le gain de n'importe quel étage sans à avoir à ouvrir un seul databook: il suffit d'inclure dans RE la valeur de re au courant d'émetteur considéré, et on a une excellente approximation dans tous les cas.


    Voici une illustration: c'est de la simulation, mais pour des choses aussi basiques et peu litigieuses, simulation et pratique se confondent avec une perfection quasi totale.

    Deux étages fonctionnent à un courant de collecteur de 1mA. La tension d'entrée est de 10mVpp. On devrait donc avoir avoir une tension de sortie de (0.01*10000)/26=3.84V (un gain de 384).
    Ici, pour un transistor du groupe A, la tension est de 3.45V, un peu plus faible: c'est du à l'effet Early, qui intervient à des gains assez élevés, comme ici.
    Mais ce qui peut sembler plus surprenant, c'est que le transistor du groupe C procure gain marginalement moins élevé.
    Pourtant, les deux modèles de transistors sont publiés par Philips, et sont donc cohérents entre eux.
    Ces modèles sont basés sur les moyennes statistiques de ces transistors, et incluent des effets de second ordre mineurs, comme la résistivité moyenne du matériau, qui sont corrélées au h21, et l'effet de ces paramètres du second ordre résulte paradoxalement en un gain moyen un peu plus faible.
    Attention, ce sont des moyennes, et dans la réalité, on pourra très bien tomber sur un exemplaire particulier C ayant un gain en tension plus élevé qu'un A.

    La simulation montre aussi les courants de base, et là, sans surprise, c'est le A qui a le plus élevé.
    AmpCompare.GIF
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  19. #15
    louloute/Qc

    Re : Le transistor en émetteur commun dégénéré

    Merci pour les infos, Tropique,
    J’en conclus que sans résistance d’émetteur, on a intérêt à faire travailler le transistor proche de la saturation ; avec 10V d’alim, comme dans le schéma du post#1, on obtient alors un gain en boucle ouverte de l’ordre de 380V/V ; bien supérieur au 16V/V que j’avais trouvé dans mon approximation de rbe = 0,6/ib.

    J’imagine qu’on peut appliquer cette valeur de transconductance à l’ampli différentiel.
    男人不坏,女人不爱

  20. #16
    Tropique

    Re : Le transistor en émetteur commun dégénéré

    Citation Envoyé par louloute/Qc Voir le message
    Merci pour les infos, Tropique,
    J’en conclus que sans résistance d’émetteur, on a intérêt à faire travailler le transistor proche de la saturation
    Proche, mais pas trop quand même: si on fait du rase mottes, on entre en zone de présaturation, ce qui a entre autres pour effet de réduire la résistance de sortie (l'inverse de h22), qui vient shunter la résistance de collecteur et réduire le gain. En pratique (en petits signaux), il faut toujours garder un Vcb légèrement positif.

    J’imagine qu’on peut appliquer cette valeur de transconductance à l’ampli différentiel.
    Oui, en effet, il suffit de diviser par deux la transconductance pour un même courant.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  21. #17
    louloute/Qc

    Re : Le transistor en émetteur commun dégénéré

    Merci Tropique.
    男人不坏,女人不爱

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