Travaux dirigés d’électronique analogique 1

La charge collecteur de l’étage émetteur commun non découplé est un circuit résonant composé d’une self avec sa résistance série et d’une capacité. Pour analyser l’influence de la résistance de sortie de l’étage émetteur commun ainsi que de la résistance d’entrée de l’étage drain commun sur le circuit résonnant, on remplace la self par un modèle équivalent parallèle (Figure 2a-b). Pour cela on pose : I. 1. Dévelloper l’expression de L et de R en introduisant le coefficiant de qualité Q égal à Ls / rS et montrer que L  Ls et que R  rS Q² lorsque Q² >> 1. I. 2. Calculer Q0, valeur de Q à la résonnance (LC0² = 1). En déduire la valeur de R à 0. En posant Q0 = R / L0 (circuit parallèle), l’impédance du circuit résonnant peut être mise sous la forme : II. Emploi du circuit sélectif dans un montage émetteur commun non découplé. Le circuit précédent est utilisé comme charge de collecteur dans un étage émetteur commun avec résistance d’émetteur RE non découplée. La résistance série du générateur est de rg = 600 . Figure 3 Pour la modélisation du transistor bipolaire, on négligera l’effet Early. Les paramètres du transistor sont représentés sur son schéma équivalent : On donne r = 3,5 K,  = 330 II. 1. On choisit pour point de fonctionnement statique un courant Ic de 3,3 mA et une tension VCE de VCC / 2 avec VCC = 12 V (on prendra VBE = 0,7 V).

Calculer les différentes résistances de polarisation du transistor et déterminer IB, IE, VB, VE et VC. II. 2. Représenter le schéma équivalent du montage en régime dynamique. On admettra que pour les fréquences employées, les capacités de liaisons C1 et C2 sont équivalentes à des court-circuits. II. 3. Dans ce premier calcul, nous négligerons l’impédance de sortie du transistor dans ce montage. Calculer le gain de l’étage sous forme littérale en fonction de gmE, RE et Z qui est l’impédance équivalente du circuit sélectif. II. 4. Mettre le gain sous la forme : et calculer numériquement Ao. II. 5. Quelle est la bande passante a –3 dB. Mettez en évidence la relation entre f = f2 – f1, fo et Qo (f2 et f1 respectivement limites supérieure et inférieure de la bande passante). L’impédance de sortie du transistor dans ce montage est réelle et dépend de la résistance de Early que nous avons négligé jusque là. Nous la nommerons RS. Elle est déterminée par la relation : où ro = 55 K. II. 6 . Cette résistance se place en parallèle sur le circuit sélectif. Déterminer l’influence de Rs sur Q0, le gain du montage ainsi que sur la bande passante. III. Afin de pouvoir utiliser la tension amplifiée par l’étage émetteur commun sans trop amortir le circuit, on complète le montage par un étage drain commun. On définit le point de fonctionnement du JFET : VDS = 10 V, ID = 4 mA VGS = -1 V, gmD = 2,4 mA / V III. 1. Calculer les valeurs de R3 et R4 pour le point de fonctionnement choisi.

Le schéma équivalent du transistor JFET est le suivant : Représenter le schéma équivalent (aux petits signaux) de l’étage drain commun. On admet que l’impédance de C3 est très faible par rapport à R3 dans tout le domaine des fréquences considérées. III. 3. Etablir les expressions littérales : – du gain en tension – de la résistance d’entrée de l’étage drain commun III. 4. Application numérique de la question précédente. IV. Liaison de l’étage drain commun à l’étage émetteur commun. On relie le collecteur de l’étage émetteur commun à la grille du montage drain commun à travers un condensateur de forte valeur (impédance négligeable aux fréquences de travail). IV. 1.Dessinez le schéma équivalent de tout le montage. IV. 2. Quelle est l’expression du gain en tension de tout le montage ? IV. 3. Quelle est l’influence de l’impédance d’entrée du deuxième étage sur la charge de collecteur du premier étage ? IV. 4. Calculer le nouveau gain en tension ainsi que la bande passante de l’ensemble du montage.

Tracez sur papier logarithmique la courbe de réponse de l’ensemble en mettant en évidence la bande passante à –3 dB. Exercice 2 : Dans l’ensemble de cet exercice, les amplificateurs opérationnels sont considérés comme idéaux et se trouvant en régime linéaire. Figure 1. Figure 2. 1) Donnez l’expression analytique de l’impédance d’entrée du montage de la figure 1 en fonction de Z et des autres composants du montage. 2) Donnez l’expression analytique de l’impédance d’entrée du montage de la figure 2 en fonction de Z et des autres composants du montage. figure 3. 3) Calculez la fonction de transfert du circuit de la figure 3. 4) On considère maintenant toutes les résistances identiques, quelle est la nouvelle fonction de transfert du circuit ? 5) Toutes les résistances valent 1 K et tous les condensateurs 1 µF. Quel est le gain à fréquence nulle ? Pour quelle fréquence le gain est il maximal ? 6) Représenter l’évolution du module du gain en fonction de la fréquence. 7) Représenter l’évolution de la phase en fonction de la fréquence. 8) Que remarquez-vous sur ces courbes ?