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    16-Sep-2018

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  • Eclipse Lundi 3/10/05

    TP-cours : Quadriple Amplificateur de tension inverseur metteur commun.Mesures des paramtres du MET du quadriple . Circuit linaire et circuit non linaire.

    But : Quadriple amplificateur de tension metteur commun. Comparaison avec les paramtres thoriques. Application lamplification dantenne pour rception . Limites de linarit.

    Montage : Montage metteur commun metteur dcoupl :RB = 1 M ; Rc= 1 K ; RE = 100 ; Ru = 1 K ; f = 20 KHz ;

    T : 2N2222A (NPN) ; U = 18 V; Cle = 100 F ; Cls= 10 F; Cd = 470F

    1:Emetteur 2: Base

    3:Collecteur soud au boitier

    Modle du transistor le plus simple adopt en premire approximation.

    re ~ 1K ; ~100 (constructeur)

    re

    E

    ibB

    E

    . ibC

    ib, l'intensit de courant de base est la grandeur de commande du transitor bipolaire. Elle commande la source de courant de sortie : ic = .ib

    Caractristique dentre du transistor NPN, Q2N2222 pour Vce = 0.1 V Gauche et 5.1V D.

    Caractristiques de sortie du transistor NPN (Q2N222)

    Circuit permettant la simulation(DC SWEEP) et le trac des caractristiques dentre .Le Seuil de conduction de la jonction

    base-metteur augmente si V2=Vce augmente .

    Circuit permettant le trac (V1 de 0 5V-DC Sweep)des caractristiques de sortie pour

    ib=100A,200A,..,500A.

    Le constructeur donne pour le transistor NPN Bipolaire 2N2222 :

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    M

    vs

    GBF

    ~ve max=

    f =

    E

    M

    ve

    CLe

    RE Cd

    E ie

    Rb

    Q

    CLs

    BC

    T

    Rc

    is S

    +18 V

    Ru

    Du+

    +

    +

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    1. PRPARATION ou Protocole Exprimental:Introduction :

    Les consignes propres tout TP concernant la scurit et les mthodes de Travail, seront copies/Colles en pages de garde du compte rendu , lues, appliques et signes. Ces consignes peuvent tre trouves, entre autres sur le serveur

    pdagogique dans le Rpertoire Ressources de la classe la rubrique Physique Applique . Il convient de se faire un document TP modle qui aura ces consignes en introduction .

    0/ Rappeler la dfinition d'un circuit linaire , d'un composant linaire, ainsi que la nature des signaux dans tout le circuit si l'excitation (signal d'entre) est sinusodale.

    Comment peut on vrifier si un circuit est linaire l'aide d'un oscilloscope et d'un GBF ?

    De mme avec un analyseur de spectre ?

    Tracer le spectre d'amplitude d'un signal sinusodal et d'un signal carr .

    MET dun quadriple linaire .

    Quadriple linaireie

    ve

    is

    vs

    ze

    (eth)e

    Zs

    ( eth)s

    Modle aux variations du transistor le plus simple adopt

    en premire approximation

    re

    E

    ibB

    E

    . ibC

    1/ TRACER LE MODLE aux variations du montage(autour des points de repos (Vbe , Ib ;Vce , Ic ) permettant un fonctionnement linaire sur les valeurs de ve utiles.Ceci en saidant du cours et du modle aux variations du transistor, le plus simple, adopt en premire approximation, ci-dessus .Les condensateurs de liaison Cle et Cls et de dcouplage Cd sont quivalents des court-circuits aux frquences utilises.2/ CALCULER Ze = Re ; Zs = Rs ; (eth)e ; (eth)s ,en fonction des donnes du problme : Rc, Rb, Ru, Rgbf, RE , . Faire lapplication numrique . 3/ RASSEMBLER LES VALEURS DANS UN TABLEAU (Tableur ...), afin de prparer la comparaison avec les valeurs Exprimentales .

    Paramtre du MET

    Thorique(calcul partir du modle) Exprimental (mesure)

    Ze = Re ~ re (avec re

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    2. PROCDURE EXPRIMENTALE OU MESURES :

    2.1.RGLAGE DU SYSTME EN RGIME LINAIRE ET VRIFICATION

    ON AJUSTERA RB tq Ib ~ 55 A (ajustement du point de fonctionnement ou de polarisation continue pour avoir UN FONCTIONNEMENT LINAIRE dans les conditions nominales ).

    On choisira toujours le signal de sortie (ve) du gnrateur pour avoir un FONCTIONNEMENT LINAIRE .

    SI LES SIGNAUX SONT TROP FAIBLES, EN PARTICULIER Ve, ON AJOUTERA ENTRE LE GBF ET LA BORNE E D'ENTRE Rcapt = 10 k . Rcapt pourra aussi servir mesurer Ie .

    f = 20KHz , RELEVER ve et vs et leur spectres, EN RGIME NON LINAIRE l oscilloscope mmoire .

    RGLER LE CIRCUIT EN RGIME LINAIRE EN AJUSTANT ve et Rb. f = 20KHz , RELEVER ve et vs et leur spectres, EN RGIME LINAIRE l oscilloscope

    mmoire. Vrifier que limpdance des condensateurs est ngligeable( en rgime linaire) . Prciser la

    mthode .

    2.2.EVALUATION DE (Eth)e :

    M

    ve

    E

    Q

    Vvs

    M

    S

    GBF ~

    emax =

    f

    DgRsl

    a/ On injecte un signal sinusoidal vsmax ~ 10 V et f ~ 1 KHz ( on limitera is par Rsl = 1 K)

    b/ Mesurer Ve au multimtre AC avec Ie = 0Vrifier ainsi que (Eth)e = Ve est ngligeable . PAS DE REACTION SORTIE SUR ENTRE POUR LES QUADRIPLES AMPLIFICATEURS CLASSIQUES .

    2.3.MESURE de Ze = Ve/ Ie :

    2.3.1.MTHODE VOLTO-AMPREMTRIQUE :

    ON MESURE Ve et Ie (par exemple, par relev la pince ampremtrique E1 1V/A).

    Si ie faible, cas ici, il faut ajouter Rcapt = 10kOhms en amont de Cle, augmenter eGBF , ce qui sortira ve des parasites .

    ATTENTION :MAINTENIR LE CIRCUIT LINAIRE .

    ON RELVE ALORS Rcapt . ie et ON EN DDUIT Ie .

    LA PINCE AMPREMTRIQUE N'EST PAS UTILISABLE EN DESSOUS DE 10mA .

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    2.3.2.MESURE DE ZE = VE/ IE ; Mthode DITE DE LA TENSION:

    MTHODE DE SUBSTITUTION VALABLE UNIQUEMENT POUR DIPLE PASSIF :MTHODE VALABLE SI RV ET Re >>RGBF , sinon vGBF et ve sont faibles et parasites.

    ON RGLE Rv JUSQU' Ve ~ Vgbf / 2 ALORS Rv = Re ; ON RELVE Rv ET ON A Re

    M M

    S

    Ru

    Rgbf

    egbf

    vs

    isie

    vgbf

    EgQ

    G

    M

    Rv

    ve

    E

    Re

    Montage 1 :

    eg ~

    GnrateurRg

    M

    v(1)

    Ze

    i(1)E

    Q

    Montage 2 :

    eg ~

    GnrateurRg

    M

    E

    Rsubstv(2)

    i(2)

    AUTRE MTHODE DE SUBSTITUTIONON CHOISIRA RG ~ Ze MESURER

    1/ relever V(1) lorsque le gnrateur est reli au diple passif.

    2/ lorsque V(2) = V(1) alors Rsubst = Ze.Il suffit de lire Rsubst (boite dcade) ou de la mesurer lohmmtre(potentiomtre) pour connatre Ze .Rq : La rsistance du GBF est contenue dans Rg .Le gnrateur est ralis par ajout dune rsistance Ra en srie avec le GBF .

    3/ Vrifier en visualisant limage de ie (R1.ie) et ve ve/ie = 0 => Ze = Re .

    2.4.MESURE DE (eth)s (R1,R2,ve) :

    f

    emax =

    GBF ~

    E

    M

    ve

    Dg

    Q

    M

    S

    vsV

    Du

    (Eth)s(Veff)

    Ve(Veff)

    TRACER (Eth)s = f(Ve) et en dduire (eth)s = f (ve)

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    2.5.MESURE DE ZS = RS : MTHODE DE LA TENSION

    a/ ON MESURE Vs VIDE : VsVIDE (Valeurs efficace)

    b/ ON RGLE Rsubst JUSQU Vs = Vsvide / 2 , ALORS Rsubst = Rs .RGLER vemax une VALEUR ASSEZ FAIBLE pour ne pas dpasser lintensit maximale autorise

    (Ex: pour lAop ~ 20 mA (limiteur de Courant)) .GARDER LE CIRCUIT LINAIRE !!!

    f

    emax =

    GBF ~

    E

    M

    ve

    Dg

    Q

    M

    S

    vsV

    Rsubst

    Autre Mthode de substitution , lorsque Rs est trs faible :

    Lorque Vs = Vg / 2 alors Rs = Rv que lon relve sur la boite dcade .Si Rs est trop faible,on ne peut atteindre la demi tension et on doit conclure que Rs < Rv.

    E XPLIQUER pourquoi vide vs = (eth)s est en opposition de phase avec ve .

    Vrifier quen charge ce dphasage nest pas modifi.

    En dduire que Zs = Rs .

    EXPLOITATION:1. Calculer le coefficient d'amplification en tension du montage AvEXP = Vs / Ve ;

    Comparer avec le rsultat thorique AvTHEO. Donner une ide de la prcision sous forme : ValeurMesure +/- Erreur .

    2. Faire un tableau des grandeurs exprimentales, Thoriques et des carts relatifs .

    3. Avec le relev du spectre du paragraphe RGLAGE DU SYSTME EN RGIME LINAIRE ET VRIFICATION ,

    et les spectres et signaux simuls dans 2-LMENTS DE CORRECTION, MONTRER QUE LE FONCTIONNEMENT EST LINAIRE.

    Au cas o vous ne parviendriez pas obtenir les signaux demands ( problme de montage....) , vous exploiterez les signaux simuls ou relevs ci-dessous .

    Veuillez lire le texte, signaler les ventuelles erreurs ou imprcisions:

    CONCLUSION EN FONCTION DU BUT : MET valable ? , limites de linarit ?

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    LMENTS DE CORRECTION :RELEVS DU GROUPE FABRICE/FERDINAND

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    LMENTS DE CORRECTION :RELEVS DU GROUPE FABRICE/FERDINAND (MME ve)

    LMENTS DE CORRECTION RELEVS PAR LE GROUPE D'LVES MILIE/ DAVID

    Calcule de Ze =Ve / Ie:Ie = 187,2e-3 / 1e4 = 18,72A (calcul fait avec la loi d'Ohm aux bornes de la resistance ajoute)Ve = 28,6 mVZe= 18,72 e-6 / 28,6 e-3 = 1,5 K

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    LMENTS DE CORRECTION: RELEVS DU GROUPE MILIE/ DAVID(SUITE)MESURE DE (Eth)s = f(Ve) :

    Pente = 173 (calcul l'aide d'open office)

    VE (mV) VS (V)4,400 0,7406,500 1,279

    11,200 1,99613,600 2,40415,000 2,645

    0 ,0 0 0 10 ,0 0 0 20 ,0 0 00 ,0 0 0

    0 ,50 0

    1,0 0 0

    1,50 0

    2,0 0 0

    2,50 0

    3,0 0 0

    (Eth)s = f (Ve)

    Co lo nne B

    Ve (mV)

    (Eth

    )s (

    V)

    DETERMINATION DE RS : MESURE DE RE

    Paramtre du MET Thorique (calcul partir du modle) Exprimental (mesure)ZE = Re ~Re (avec re

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    1. LMENTS DE CORRECTION

    Simulation :

    Point de fonctionnement du transistor pour RB = 200K et paramtres du modle utilis :MODEL Q2N2222A IB 6.20E-05 ; VBE 7.09E-01 IC 1.15E-02 ;VCE 5.34E+00 VBC -4.63E+00 ;BETADC 1.86E+02 GM 4.29E-01 ;RPI 4.48E+02 RX 1.00E+01 ;RO 6.83E+03 CBE 2.15E-10 ;CBC 3.73E-12 CBX 0.00E+00 ;CJS 0.00E+00 BETAAC 1.92E+02 ;FT 3.13E+08

    Avec CL1 = 1F ; CL2 = 1F ; Cd = 470F

    Avec CL1= 1F ;CL2=1F ; Cd = 470F Avec CL1 = 1F ; CL2 = 1F ;Cd = 470F

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    Paramtres du modle du transistor utilis par le logiciel PSPICE(Fichier Output ): BJT MODEL PARAMETERS Q2N2222A :NPN IS 14.340000E-15 : BF 255.9 NF 1 : VAF 74.03 : IKF .2847 ISE 14.340000E-15:NE 1.307:BR 6.092 NR 1 : RB 10 : RBM 10 : RC 1 CJE 22.010000E-12 :MJE .377 CJC 7.306000E-12 :MJC .3416 TF 411.100000E-12 :XTF 3 :VTF 1.7 ITF .6 :TR 46.910000E-09 :XTB 1.5 BF : maximal, RB : rsistance entre base et jonction

    Numrotation des nuds utilis par PSPICEQ1(c=$N_0001 b=$N_0004 e=$N_0002 )Point de fonctionnement du transistor(satur) pour RB = 100K et paramtres du modle utilis : MODEL Q2N2222A IB 1.33E-04 IC 1.62E-02 ;VBE 7.21E-01 VBC 5.93E-01 :VCE 1.28E-01 BETADC1.22E+02 :GM 5.96E-01 RPI 2.93E+02 :RX 1.00E+01 RO 1.14E+02 :CBE 2.89E-10 CBC4.38E-10 :CBX 0.00E+00 CJS 0.00E+00 :BETAAC 1.75E+02 FT 1.31E+08

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    2. LMENTS DE CORRECTION ; Simulation( suite) : Avec CL1= 100F ;CL2=10F ;Cd=470F-Saturation Avec CL1= 100F ;CL2=10F ; Cd=470F - Fonctionnement

    linaire

    Avec CL1= 100F ;CL2=10F ;Cd=470F-Saturation Avec CL1= 100F ;CL2=10F ;Cd=470F-Fonctionnement linaire

    Saturation

    Le Spectre damplitude de vs fait apparatre des harmoniques nouveaux. L Harmonique 2 est fort, il apparat en plus les harmoniques 3,4,5 60KHz,80KGz,100KHz et une composante continue .

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    Fonctionnement quasi linaire .

    Le Spectre damplitude de vs ne fait pas apparatre dharmoniques nouveaux. LHarmonique 2 40Khz est relativement faible.

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    3. LMENTS DE CORRECTION: Simulation OREGANO (logiciel libre: Licence GPL)http://arrakis.gforge.lug.fi.uba.ar/

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    http://arrakis.gforge.lug.fi.uba.ar/

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