Questions de base sur l'utilisation d'un transistor

[invite1d577638]

Bonjour à tous,

Dans mes (vaines) tentatives de compréhension du fonctionnement des transistors, je me suis intéressé au schéma suivant, tiré de la littérature (Formation pratique à l'électronique moderne, M. Archambault):





Il s'agit d'un petit ampli BF, que j'ai simulé et qui fonctionne très bien. Maintenant, en vue de comprendre le rôle de tout les composants, j'aurais souhaité avoir votre avis suivant les points ci-après : (me dire si j'ai juste ou faux ou si vous avez une explication à certains points que je ne comprends pas)


1-Au repos (sans signal d'entrée), un courant Ic = Ie circule entre Vcc et la masse par l'intermédiaire des résistances R2, R4 et R5. Ce courant élève la tension émetteur à 0.13 V. Je sais aussi que Ic=Ie=Ib*beta. Un de ces courants est-il "normalisé ?" Est-ce une caractéristique du transistor ?

2-Je sais également que ma tension de base est supérieure de 0.6v à ma tension émetteur, donc à peu près 0.8v. C'est à partir de cette tension que je calcule ma polarisation (R1 et R2) ? La polarisation consiste simplement à imposer une tension de base égale à 0.6 v + tension émetteur à vide ? C'est aussi bête que ça ?


3-Quand j'injecte ensuite ma petite tension alternative, mes petites variations de courant de base se transforment donc en variations plus importantes entre le collecteur et l'émetteur. Ce courant, quand il augmente, diminue ma tension collecteur à cause de la tension aux bornes de R2 qui augmente. J'ai donc amplification de mon signal mais inversée. Comment alors dimensionner R2 ? Je sais que mon transistor accepte un courant max collecteur-émetteur, il faut partir la dessus ?


4-L'auteur explique le rôle de C3 qui "laisse passer" la composante alternative de ma tension amplifiée, ce qui, pour le citer "limite la contre réaction d'émetteur". Je ne vois pas l'intérêt... Pourquoi ne pas mettre uniquement R4 ? Quel est l'intérêt de mettre une résistance émetteur plus importante à vide ? (Limiter la consommation globale du système quand il n'amplifie pas ?)


Voilà c'est mon interprétation de ce montage, j'espère être bientôt capable de dimensionner ce genre de circuits de A à Z.

Merci d'avance pour vos précisions !

Yoruk
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[curieuxdenature]

Bonjour

bon, je m'y colle.

Pour commencer, il faut respecter quelques règles de base.
Dans le montage émetteur commun comme dans ce schéma, il y a deux points fondamentaux.
Le 1er : la tension sur l'émetteur doit être d'environ 1/10 eme de la tension d'alimentation (ex: 1 à 2 V si Vcc=12 V)
la 2eme : la tension sur le collecteur doit être la moitié de Vcc

en connaissant les caractéristiques de Q1 tu décides d'imposer un courant de collecteur plausible, par ex 10 mA.
Si Vcc = 12V alors 6/10=0.6K, ce sera la valeur de R2, soit 600 ohms (560 sera la valeur normalisée la plus proche)

A partir de ça tu es en mesure de calculer les valeurs de R1 et R3 montées en pont diviseur :
si Ve = 2V alors Vb=2.8V (au pif)
c'est aussi la valeur de la tension aux bornes de R3.

Comment choisir R1 et R3 ?
Il faut que le courant qui passe dans ces résistances soit environ 10 fois le courant consommé par le transistor, soit IR1~10 fois Ibe
Et Ibe tu le trouves en connaissant Ic et Hfe (le gain du Transistor) soit
Ibe = Ic/Hfe

Ibe = 10 mA/200 = 50 µA si le gain Hfe est de 200 par exemple


le courant dans la branche R1-R3 sera alors de 50*10 = 500µA
Tu connais U aux bornes de R3 donc R3~= 2.8v / 500µA soit environ 5600 ohms

comment trouver R1?
la tension à ses bornes sera de 12V - 2.8V soit 9.2V
le courant qui la traverse est connu : 500µA + Ibe = 550µA

la valeur de R1 coule de source : 9.2V/550µA = 16727 ohms
on prendra une valeur normalisée immédiatement associée et on fixera R1 entre 15 et 18 K

Voilà, le problème des polarisations est résolu. Reste à fixer les conditions de départ pour ton montage.



Pour la 4) l'astuce permet de pouvoir attaquer la base de Q1 avec des tensions un peu plus grandes que 30mV sans distorsion contraignante,
en clair on limite le gain dynamique pour les petits signaux, et on élargit la bande passante par la même occasion.
Quand on recherche un gain maximum tu verras que R4 n'est pas présent. (Dans un préampli pour FI entre autres.)

[invite1d577638]

Merci à toi pour cette réponse complète ! J'aime les points fondamentaux comme tu les cites, au moins c'est clair et facile à retenir.

Je suis en train de reprendre tes différents points.

Ok pour le calcul de R2, mais dans mon schéma elle est de 10k. 560 ohm, c'est juste la valeur mini qu'elle doit prendre ?

Ok pour le choix de R1 et R3 (10x le courant Ibe.) Et je prends le courant de repos pour Ic (10 mA, utilisé pour dimensionner R2) ?


Dans le cas où R4 n'est pas utilisée, j'ai donc forcément mon potentiel base à 0.6v, Et c'est à partir de cette valeur que je calcule mon pont diviseur ?

Et dernière question (pour le moment...) est-ce que le pont diviseur agit sur le gain ?

[harmoniciste]

Bonjour yoruk
La dispersion des gains d'un transistor est très grande de l'un à l'autre et avec la température. Le point de repos dépendant de béta serait alors beaucoup trop variable. R5 stabilise largement ce point de repos malgré les écarts inévitables de béta. Mais il faut alors la découpler par C3 pour qu'elle ne nuise pas à l'amplification du signal d'entrée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

Ok pour le calcul de R2, mais dans mon schéma elle est de 10k. 560 ohm, c'est juste la valeur mini qu'elle doit prendre ?

Ok pour le choix de R1 et R3 (10x le courant Ibe.) Et je prends le courant de repos pour Ic (10 mA, utilisé pour dimensionner R2) ?


Dans le cas où R4 n'est pas utilisée, j'ai donc forcément mon potentiel base à 0.6v, Et c'est à partir de cette valeur que je calcule mon pont diviseur ?

Et dernière question (pour le moment...) est-ce que le pont diviseur agit sur le gain ?

Bonjour Yoruk

ton schéma impose R2 = 10k comme point de départ.
Tu dois donc calculer les autres composants en rapport avec ce choix.

On va vérifier que les valeurs sont adéquates...
Si on veut un gain maximum, il faut que la tension aux bornes de R2 soit de Vcc/2 soit 5 Volts
5 V donnent un Ic de 500 µA.
Vu que le béta (Hfe) du 2N2222 est d'environ 200 alors Ib sera de 2.5 µA.
Tout tourne autour de ces données.

Dans l'émetteur de Q1 on a une R de 470+56 soit 526 ohms traversée par 500µA+2.5µA
La tension Ve sera donc de 502.5µA * 526 = 0.264 Volt
la tension Vb sera de 0.6V supérieure soit ~0.86 V
Ma critique : 0.264 au lieu de 1 ou 2 Volts conventionnels ce n'est pas suffisant, mais soit, on va faire avec...

Ton pont R1-R3 (100k et 8.2K) :
0.86 V / 8200 ohms = 105 µA
c'est plus de 40 fois le courant Ib : cette résistance va sérieusement dériver le signal à amplifier, inutilement.
D'autre part, (10 V - 0.86) / 100 k donne 91.4 µA
Conclusion : le montage est mal calculé. L'utilité d'un pont dans le montage émetteur commun est de le stabiliser en température, ici c'est loin d'être optimisé.


Si tu appliques la méthode habituelle alors on trouve 330K pour R1 et 33K pour R3 pour 2.5 * 10 = 25µA dans ce pont.
Le gain en petit signaux sera supérieur parce que 330k en // sur 33K c'est toujours moins pénalisant que 100K en // sur 8.2K
CQFD

[invite1d577638]

Ok, compris !

Un grand merci à vous.