Travail réalisé par :
-Abdeljalil Boughza
-Samuel Laurent
-3BE

Vidéomodels

Amplificateur à collecteur commun

Circuit

Ce type d'amplificateur est aussi appelé communément appelé amplificateur émetteur-suiveur. L'entrée est relié à la base à travers un condensateur de couplage et la sortie est recueillie à l'émetteur. Le gain en tension d'un amplificateur à collecteur commun est plus ou moins égal à 1. Le montage est alimenté par une tension continue Vc de 10 volt.

Le circuit ci-dessus est polarisé par un diviseur de tension. On constate que la sortie est aussi couplée par un condensateur à l'émetteur et que le collecteur est relié à la masse. On considère que les condensateurs peuvent être négligés vu la fréquence opératoire. Les condensateurs ne laissent passer que les hautes fréquences, ils "bloquent" les basses fréquences et les signaux continus.

Caractéristiques de l'amplificateur

-> Gain en tension :

Le gain en tension Av est égal à la tension de sortie sur la tension d'entrée.

Av = Vs / Vin

Si on considère la résistance interne re' de l'émetteur du transistor, la tension d'entrée Vin est égale au courant Ie dans la sortie de l'émetteur multiplié par la somme de re' et Re qui est la résistance équivalente de La résistance entre l'émetteur R3 et la masse en parallèle avec la résistance de charge Rch (elle vaut 1k pour notre exemple).
Ci-dessous, le modèle du circuit équivalent

Vin = Ie * ( re' + Re )

La tension de sortie Vs est égale au courant Ie (vu que aucun courant ne part dans le condensateur de sortie) multiplié par la résistance Re.

Vs = Ie * Re

En effectuant le rapport, on trouve que Av est égale à

Av = Re / ( Re + re' )

Si re' est très petite par rapport à Re, ce qui est souvent le cas, alors on considère que:

Av = 1

-> La résistance d'entrée :

Cet amplificateur est caractérisé par une résistance d'entrée Rin élevée. vues de l'entrée, les résistance de polarisations R1 et R2 sont en parallèles avec la résistance d'entrée à la base du transistor Rb

Rin = R1 || R2 || Rb

Rb peut se calculer suivant la tension à la base du collecteur Vb divisé par le courant de base Ib. Vb est égale à Vin = Ie * ( re' + Re ). De plus, Ie est presque égal à Ic qui est le courant de collecteur et Ic est quant à lui égale à Ib multiplié par le gain en courant Hfe

Rb = Vb / Ib = {Ie * (re' + Re)}/Ib

Rb = Vb / Ib = {Ib * Hfe * (re' + Re)}/Ib

La résistance d'entrée vu de la base Renb est égale à

Rb = Hfe * (re' + Re) = (Hfe * Re)

-> La résistance de sortie :

La résistance de sortie Rsor est très faible. C'est pourquoi, ce type d'ampli est utile pour actionner des charges de faibles résistances.

-> Gain total en courant :

Le gain total en courant Ai est égale au rapport du courant d'émetteur Ie divisé par le courant d'entré Ien.

Ai = Ie / Ien

Or Ien égal:

Ien = Vin / Rin

Si R1||R2 est beaucoup plus grand que Rb, une grande partie du courant circule vers la base. Le gain total en courant Ai est sensiblement égal au gain en courant du transistor Hfe.

Si R1 || R2 >> (Hfe * Re) = Rb
Alors Ai (+ou-) = Hfe
Sinon Ai = Ie / Ien

-> Gain en puissance :

Le gain en puissance Ap est le produit du gain en tension Av multiplié par le gain total en courant Ai.

Ap = Av * Ai

Or Av est quasi égal à 1, donc

Ap = (+ou-) Ai

-> En résumé :

Videomodel de l'amplificateur à collecteur commun

-> video :

(double clic pour afficher en plein écran)

La différence de niveau nous donne une idée et un sens sur la différence de potentielle entre 2 points. Ainsi le point le plus haut possède une tension plus élevée. Les cônes nous donnent le sens du courant mais aussi l'amplitude du courant qui est proportionnel à la taille du cône et à son élargissement. Les courbes des graphiques nous informent sur l'évolution des tensions et des courants continus, alternatifs et absolus pour les points du circuit désignés.

-> Explications :

Au départ, lorsque Vin est quasi à 0V, La tension Vb est à 4,66 grâce au diviseur de tension et à la tension continue Vc. On constate que le condensateurs sont chargés et qu'ils agissent comme des circuits ouverts au niveau des tensions continues. La tension à l'émetteur est de 3,85V, ce qui donne une tension Vbe=4,66-3,85=0,81V. Ce qui signifie que la jonction base émetteur est passante et que le transistor peut être assimilé à un circuit fermé. on peut voir aussi que le gain en tension Ai= 69,9µV / 41,6µV = 1,68. Le courant de base Ib=38,1µA et le courant de collecteur Ic=3.81mA, le rapport entre Ic et Ib nous donne le gain en courant Hfe qui est ici égale à 100. On remarque aussi que Ic=Ib+Ic mais aussi que I1-I2 est bien égal à Ib. Le courant I4=69,9nA qui provient du courant Ie est extrêmement faible car Ie est essentiellement continu et donc bloqué par le condensateur de sortie. Attention, le courant Ie n'est pas négatif même si la courbe Ie nous informe du contraire. Il s'agit simplement d'une erreur. La flèche jaune de Ie nous informe du bon sens du courant.

Lorsque la tension Vin commence à augmenter, on constate que les tensions continues et les courants continus ne changent pas. Seuls les signaux alternatifs varient. Quand la tension Vin atteint son maximum, c'est-à-dire au temps 5ms et à l'amplitude maximale de 1,4V , elle est égale à la composante alternative de Vb, ce qui est logique que la tension continue n'est pas bloqué par le condensateur à l'entrée. La tension de sortie atteint elle aussi son maximum avec Vs=1,38Volt et on peut remarquer qu'elle est composée essentiellement d'une tension alternative. Le gain en tension Av = Vs / Vin = 1,38Volt / 1,40volt = 0,99 , ce qui correspond bien aux caractéristiques de cet ampli énoncées plus haut. Bien sur, il n'est normalement pas possible que le gain descende en dessous de 1. On peut donc supposer que le logiciel ne calcule pas la résistance interne de l'émetteur. On retrouve la différence entre Vb et Ve qui est due à la polarisation directe de la jonction base-émetteur et qui est égal à Vbe = 6,05Volt - 5,23volt = 0,87V. Quant au gain en courant Hfe, il est égal à Ic/Ib = 6,55mA / 65,5µA = 100.

Quand Vin atteint le minimum, l'ampli se comporte de la même façon que pour un maximum de Vin mis à part le fait que les courants alternatifs changent de sens.

Amplificateur à base commune

dans ce type de circuit, la base est couplée à un condensateur qui est relié à la masse. Le signal d'entré n'est plus appliqué sur la base mais sur la sortie émetteur du transistor est il est aussi couplé avec un condensateur. Quant au signal de sortie, il est prit sur le collecteur. Cet ampli est caractérisé par un gain en tension élevé et un gain en courant maximal proche de 1.

Le circuit voit sa tension Vb (tension à la base du transistor) polarisé par un diviseur de tension. On considère ici aussi que les condensateurs peuvent être négligés vu la fréquence opératoire du signal.

-> Gain en tension :

Le gain en tension Av est égal à la tension de sortie sur la tension d'entrée. Ce qui est représenté plus physiquement par le rapport entre la tension au collecteur Vc divisée par la tension à l'émetteur Ve.

Av = Vs / Vin = Vc / Ve

Si on considère la résistance interne re' de l'émetteur du transistor, la tension Ve est égale au courant Ie dans la sortie de l'émetteur multiplié par re' en parallèle avec La résistance R3 qui se trouve entre l'émetteur et la masse.

Ve = Ie * ( re' || R3 )

La tension au collecteur Vc est égale au courant Ic multiplié par la tension Vc et la résistance Rc qui est la résistance équivalente de La résistance au dessus du collecteur RC en parallèle avec la résistance de charge Rch. Or Ic est quasi égale à Ie, on peut donc considérer que:

Vc = Ic * Rc = Ie * Rc

En effectuant le rapport, on trouve que Av est égale à

Av = (Ie * Rc) / {Ie *(re' + R3)}
= Rc / (re' + R3)

Si re' est très petite par rapport à RE, ce qui est souvent le cas, alors on considère que:

Av = Rc / re'

On retrouve la même expression que pour le gain en tension de l'ampli à émetteur commun sauf qu'il n'y d'inversion de phase entre l'émetteur et le collecteur.

-> La résistance d'entrée :

Cet amplificateur est caractérisé par une résistance d'entrée Rin faible et ce, vue à partir de l'émetteur. Elle est égale au rapport de Ve divisée par Ie.

Rin = Ve / Ie

Or Ve est égale à Ie*(re'||R3), ce qui nous amène à

Rin = {Ie * (re' + R3)}/Ie

Si RE est beaucoup plus grande que re', alors

Rin = (+ou-) re'

-> La résistance de sortie :

La résistance de sortie Rs est vue par le collecteur et est égale à RC en parallèle avec rc' qui est la résistance interne du transistor entre le collecteur et la base qui est reliée à la masse. Or en pratique rc' en beaucoup plus grande que RC. On considère donc que:

Rs = (+ou-) RC

-> Gain total en courant :

Le gain total en courant Ai est égale au rapport du courant à la sortie, c'est-à-dire le courant au collecteur Ic, divisé par le courant d'entré qui est le courant à l'émetteur Ie.

Ai = Ic / Ie

Or Ie est égale à Ic+Ib et Ib est négligeable par rapport à Ic. ce qui fait que le gain en courant maximal égale:

Ai = 1

-> Gain en puissance :

Le gain en puissance Ap est le produit du gain en tension Av multiplié par le gain total en courant Ai.

Ap = Av * Ai

Or Ai est quasi égal à 1, donc

Ap = (+ou-) Ap

-> En résumé :

Videomodel de l'amplificateur à collecteur commun

-> video :

Rem: Ceci n'est pas un videomodel car par manque de temps, je n'ai pas réussi à trouver d'ou venait le problème qui m'empêchait de fabriquer le videomodel sur le serveur.

Page circuit

Concernant la page circuit, nous partis de la page faites par Monsieur Gueuning et nous avons ajouté 2-3 fonctions. Nous nous sommes rendus compte un peu tard que nous avions besoin des fichiers sous forme de figures et non de film étant donné que la page circuit fonctionne sur un principe de succession d'images fixes. Quoiqu'il en soit, ce lien vous permettra d'arriver la page circuit exemple que nous avons fait en rapport avec notre videomodel.

Petite conclusion personnel sur ce projet

Après avoir réalisé cet page, nous nous sommes rendus compte qu'il nous manquait plusieurs choses que nous ne pouvions rattraper par manque de temps. Par exemple, nous avons oublié d'afficher les noms et les valeurs de résistances dans le videomodel ci-dessus. De plus, même si nous avons bien travaillé et appris un nombre important de choses concernant l'électronique, les vidéomodels ainsi que du language informatique, il est clair que nous avons manqué de coordination et de communication entre les différents groupes. Mais cependant, grâce à la motivation, nous avons pu finalisé notre travail.

Bibliographie