Transistor bipolaire, montage en émetteur commun

[milsabor]

Bonjour,
Je me prépare pour un concours dont j'ai des sujets mais pas les corrigés, et il y a quelques points qui me posent problème, donc je me permets de les partager avec vous, afin d'obtenir un peu d'aide.



Le montage ci dessus est celui d'un transistor bipolaire monté en émetteur commun. C'est pas dit clairement dans l'énoncé mais je suppose qu'on veut le faire fonctionner dans la zone linéaire (puisqu'on parle d'un préamplificateur )

L'énoncé est le suivant : "On suppose que est une tension sinusoïdale de fréquence 1kHz et d'amplitude et que le module de l'amplification en tension du préamplificateur vaut . On suppose que dans la bande passante du préamplificateur , les condensateurs C1, C2 et CE se comportent comme des courts-circuits.

- Première question : je dois calculer la relation de phase entre et . Je dessine donc le schéma équivalent du circuit dans le cas de petits signaux, et j'ai vu sur des exemples sur internet que les sources de tension continue présentes dans le circuit étaient supprimées, est-ce normal ? (Dans le cas de mon schéma, Ucc est supprimée). En admettant cela, je trouve néanmoins :

ce qui, je pense, est correct. En fait ça me dérange un peu parce que je fais intervenir qui n'est mentionné nulle part dans l'énoncé, mais passons. Je peux donc répondre à la question : us et ue sont en opposition de phase.

- Question 2 : Donner la valeur du gain en tension en décibel du préamplificateur. Pour cette question, si je ne dis pas de bêtises, il suffit de faire et c'est gagné.

- Question 3 : Donner la valeur maximale de l'amplitude de la tension au delà de laquelle le préamplificateur sature. Pour cette question, je dois admettre que j'ai bien besoin d'aide. Je sais qu'il y a saturation lorsque devient trop petit, mais comment mettre cela en équation ?

Merci d'avance pour votre aide.

Etienne
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[DAUDET78]

Donner la valeur maximale de l'amplitude de la tension au delà de laquelle le préamplificateur sature. Pour cette question, je dois admettre que j'ai bien besoin d'aide. Je sais qu'il y a saturation lorsque devient trop petit, mais comment mettre cela en équation ?

Ou trop grand !

Pour répondre à cette question, tu as besoin des valeurs numériques des composants et de la tension d'alimentation

[milsabor]

Merci Daudet78 pour ta réponse.
J'ai effectivement à ma disposition les valeurs numériques des composants mais mon problème est la mise en équation du problème ...
De plus, tu me dis que j'ai besoin de la tension d'alimentation, tu parles donc de Ucc ? Ce qui me ramène à la question intermédiaire que je me posais dans mon premier message : est-il normal d’éteindre Ucc quand on cherche le schéma équivalent petits signaux du montage ?

[DAUDET78]

est-il normal d’éteindre Ucc quand on cherche le schéma équivalent petits signaux du montage ?

Ben oui !
En petits signaux, on n'est pas gêné par l'amplitude et on supprime toutes les composantes continues

En grand signaux, on est limité par les saturations et blocages du transistors . Il faut commencer par calculer le point de repos (de fonctionnement) du montage.

[A voir en vidéo sur Futura]

[milsabor]

Ok donc en petits signaux on ne tient pas compte des composantes continues, merci pour ce détail qui m'avait échappé.

Ensuite, en ce qui concerne le point de fonctionnement, je me rends compte qu'on me donne les valeurs U_CE0 (la tension collecteur émetteur en statique) et I_C0 (le courant de collecteur en statique), valant respectivement 7,23 V et 1,29 mA. J'ai donc mon point de fonctionnement si je ne dis pas de bêtises !

Ensuite je suppose que je dois savoir à partir de quelle amplitude autour de ce point de fonctionnement mon signal sera saturé, et c'est là que je coince. (Je précise que je ne dispose pas de la caractéristique donc je ne peux pas le faire graphiquement)

Je donne aussi toutes les autres valeurs numériques du montage, au cas où:
U_cc=15 V
R₁=56 kOhm
R₂=8,2 kOhm
R_C=5,1 kOhm
R_E=910 Ohm
R_S=47 kOhm
I_B0=8,7 uA
I_C0=1,29 mA
I_E0=1,3 mA
U_BE0=0,67 V
U_CE0=7,23 V
=148

Merci encore

[DAUDET78]

Et bien tu as tout ce qu'il faut (et même des informations redondantes) pour calculer le point de fonctionnement . Au boulot !

[milsabor]

Heu, je n'ai rien à calculer là, mon point de fonctionnement est tout simplement le point (7.23V, 1.29mA), non ?

[DAUDET78]

Et la tension collecteur peut évoluer de quelle tension max à quelle tension min ?

[milsabor]

Et la tension collecteur peut évoluer de quelle tension max à quelle tension min ?

Par "tension collecteur" tu entends U_CE n'est ce pas ? Elle peut varier de 0V a Ucc=15V je pense, c'est ça ?

[DAUDET78]

Par "tension collecteur" tu entends U_CE n'est ce pas ?Non ....

C'est la tension Collecteur/Ground

Elle peut varier de 0V a Ucc=15V je pense, c'est ça ?

Là .... il va me falloir de bonnes explications bien argumentées ! Ah mon humble avis .... c'est faux .

[milsabor]

J'avoue ne pas bien comprendre ce que tu me demandes, mais j'essaie tout de même :

La question à laquelle je souhaite répondre est la suivante (pour ne pas la perdre de vue):

"Donner la valeur maximale de l'amplitude U_eMax de la tension u_e au delà de laquelle le préamplificateur sature."

La tension collecteur dont tu parles, c'est en fait u_s sur le schéma (dans l'énoncé il est supposé que le condensateur C₂ se comporte comme un court circuit). Donc pour répondre à ta question, je dirais, en m'appuyant sur la valeur du gain donnée dans l'énoncé, que l'amplitude d'u_speut varier entre -200U_eMax et +200U_eMax. C'est ça ?

[DAUDET78]

d'u_speut varier entre -200U_eMax et +200U_eMax. C'est ça ?

Donc si U_e Fait 1V crête à crête, la sortie U_s peut faire 200V crête à crête ? Ca me semble difficile avec une alimentation de 15V !

[milsabor]

Bon effectivement ma réponse était idiote, dans ce cas là la réponse doit être que u_s peut varier de -15V à +15V puisqu'il s'agit de la tension utilisée pour alimenter tout le circuit.

[PIXEL]

hello ,

d'où le sors-tu ton "-15V" ?

avant de mettre en équations, il faut se servir du simple "bon sens" !

qui évite de raconter de très grosses bêtises

d'autre part , un béta de 148 , c'est une aberration compte tenu des dispersions dans les transistors...

on donne 100 , 150 , 200....

[DAUDET78]

Bon effectivement ma réponse était idiote, dans ce cas là la réponse doit être que u_s peut varier de -15V à +15V puisqu'il s'agit de la tension utilisée pour alimenter tout le circuit.

La tension qui alimente ton circuit , c'est du 0/15V . Point barre.

Donc, on va revenir au point de fonctionnement (que tu as négligé allégrement ! ) qui consiste à déterminer, sans signal, les tensions du collecteur, de l'émetteur et de la base , et ceci versus le 0V d'alimentation . Au boulot !

[milsabor]

Au temps pour moi Daudet, je n'essayais pas d'échapper au calcul du point de repos puisque à deux reprises j'ai dit que je pensais que je l'avais déjà trouvé ! Mais en fait je pensais que calculer le point de repos consistait à calculer I_C0 et U_CE0, d'où notre malentendu.

Bref, j'ai calculé les valeurs que tu m'as demandées. Pour ce faire, j'ai du appliquer le théorème de Thévenin entre la base et la masse pour avoir un générateur et un résistance de Thévenin équivalents et que le circuit soit plus simple en régime statique (je ne sais pas du tout si c'est nécessaire mais en fait il s'agissait d'une question au début de l'énoncé).

et je trouve (j'ai calculé les tensions entre chaque point B, E, C, et la masse, c'est ce que tu m'as demandé) :
U_B = 1,85V
U_C = 8,41V
U_E = 1,18 V

Voila !

Et du coup pour ta question concernant la valeur min et max de la tension collecteur, quelle était la bonne réponse ?

[DAUDET78]

et je trouve (j'ai calculé les tensions entre chaque point B, E, C, et la masse, c'est ce que tu m'as demandé) :
U_B = 1,85V
U_C = 8,41V
U_E = 1,18 V

Je n'ai pas vérifié tes calculs, mais les valeurs que tu donnent ne me semble pas idiotes!

Et du coup pour ta question concernant la valeur min et max de la tension collecteur, quelle était la bonne réponse ?

Donc maintenant, c'est toi qui va me le dire !
Ce point de fonctionnement va monter et descendre en fonction du signal sinusoïdal que tu injectes en entrée .

Il peut varier entre combien et combien ?

[milsabor]

Je pense que puisque U_c ne peux dépasser les 15V, l'amplitude max autour du point de repos doit être de 6,59V.

Et du coup je dois savoir a quelle tension u_e cela correspond, et là je bloque ...

[DAUDET78]

Je pense que puisque U_c ne peux dépasser les 15V, l'amplitude max autour du point de repos doit être de 6,59V.

Et l'amplitude Min ?

PS : 6,59V max, c'est sans tenir compte de Rs . Mais je ne pense pas que ce soit envisagé dans l'énoncé !

[milsabor]

Eh bien puisque l'amplitude est bloquée en haut à une valeur de 6,59V, au minimum elle sera de 1,82 V (soit la valeur au point de repos - 6,59).

Vraiment la, je crois avoir besoin d'une indication de ta part, je ne vois pas comment m'en sortir en considérant Rs, et pour relier cette tension Uc à Ue..

[DAUDET78]

Eh bien puisque l'amplitude est bloquée en haut à une valeur de 6,59V, au minimum elle sera de 1,82 V (soit la valeur au point de repos - 6,59).

Par quoi est bloqué la tension minimum ? par le Vcesat du transistor . Ca fait combien ?

[milsabor]

Vcesat vaut 0,7V en général je crois, c'est la tension en dessous de laquelle le transistor est en régime saturé, mais en quoi cela peut il m'aider ?

[DAUDET78]

mais en quoi cela peut il m'aider ?

A déterminer l'excursion basse de la tension collecteur !
PS : C'est plutôt 0,4 à 0,5V

[milsabor]

Ah oui effectivement, mais il me manque la tension au bornes de Re pour avoir la tension collecteur minimum. Et pour cela, j'ai besoin du courant Ie, que je ne connais pas ..

[DAUDET78]

et je trouve (j'ai calculé les tensions entre chaque point B, E, C, et la masse, c'est ce que tu m'as demandé) :
U_B = 1,85V
U_C = 8,41V
U_E = 1,18 V

Tu m'as donné la tension sur l'émetteur !

[milsabor]

Oui mais cette tension je l'ai calculée en régime statique, quand je connaissais la valeur I_E0. A présent, en régime sinusoïdal, Ie n'est plus le même, et je ne peux plus calculer la tension Ue !

[DAUDET78]

La tension Ve, en dynamique, ne change pas ! En effet, tu as un condensateur Ce qui élimine toute variation de la tension Ve

[milsabor]

Ok, bon alors du coup au minimum la tension collecteur est de 1,58V, c'était plus très difficile

[DAUDET78]

au minimum la tension collecteur est de 1,58V, c'était plus très difficile

Et on en fait quoi de ce 1,58V ? Il faut trouver l’excursion maximum (*) de la tension collecteur en dessous de son point de repos ....

(*) Pour les puristes, on devrait parler, c'est une tension négative par rapport au point de repos, de la valeur minimum ! sachant que -3V est plus petit que -2V !

[milsabor]

Bonjour, si la tension collecteur est au minimum de 1,58V, son excursion maximum en dessous du point de repos est donc de 6,83 V