Académie d'État de l'automobile et des autoroutes de Sibérie
Département d'APP et E
PROJET DE COURS
« CALCUL D'UN AMPLIFICATEUR À TRANSISTOR
SELON UN SCHÉMA D’ÉMETTEUR COMMUN”
dans la discipline : « Génie Électrique »
Option-17
Complété : art. gr. 31AP
Tsigulev S.V.
Vérifié par : Denisov V.P.
1. Notions de base
2. But des éléments et principe de fonctionnement de l'étage amplificateur selon le circuit avec OE
3. Affectation du travail
4. La procédure de calcul d'un amplificateur à transistor selon un circuit avec OE
Bibliographie
1. Notions de base
Les amplificateurs sont l'un des appareils électroniques les plus couramment utilisés dans les systèmes d'automatisation et les circuits radio. Les amplificateurs sont divisés en préamplificateurs (amplificateurs de tension) et amplificateurs de puissance. Les préamplificateurs à transistors, comme les amplificateurs à tubes, sont constitués d'un ou plusieurs étages d'amplification. De plus, tous les étages amplificateurs ont des propriétés communes ; la différence entre eux ne peut être que quantitative : différents courants, tensions, différentes valeurs de résistances, condensateurs, etc.
Pour les étages de préamplificateur, les circuits résistifs (avec couplage rhéostatique-capacitif) sont les plus courants. Selon la méthode de fourniture du signal d'entrée et d'obtention du signal de sortie, les circuits amplificateurs ont reçu les noms suivants :
1) avec une base OB commune (Fig. 1, a) ;
2) avec un collecteur commun OK (émetteur suiveur) (Fig. 1, b) ;
3) avec un émetteur commun - OE (Fig. 1, c).
Le plus courant est le système OE. Le circuit avec OB dans les préamplificateurs est rare. L'émetteur suiveur a la résistance d'entrée la plus élevée et la résistance de sortie la plus faible des trois circuits, il est donc utilisé lorsque vous travaillez avec des convertisseurs à haute résistance comme premier étage d'amplificateur, ainsi que pour correspondre à une résistance de charge à faible résistance. Dans le tableau 1 montre une comparaison de divers circuits de commutation à transistors.
Tableau 1
2. But des éléments et principe de fonctionnement de l'étage amplificateur selon le circuit avec OE
Il existe de nombreuses options pour mettre en œuvre un circuit d'étage amplificateur utilisant un transistor OE. Ceci est principalement dû aux particularités du réglage du mode repos de la cascade. Nous examinerons les caractéristiques des étages d'amplification à l'aide de l'exemple du circuit de la figure 2, qui est le plus largement utilisé lors de la mise en œuvre d'une cascade utilisant des composants discrets.
Les principaux éléments du circuit sont l'alimentation
, l'élément contrôlé est un transistor et une résistance. Ces éléments forment le circuit principal de l'étage amplificateur, dans lequel, en raison du flux de courant de collecteur contrôlé à travers le circuit de base, une tension alternative amplifiée est créée à la sortie du circuit. Les éléments restants de la cascade jouent un rôle de soutien. Les condensateurs se séparent. Le condensateur élimine le shuntage du circuit d'entrée de la cascade par le circuit source du signal d'entrée CC, ce qui permet, d'une part, d'exclure le flux de courant continu à travers la source de signal d'entrée le long du circuit → → et, d'autre part, d'assurer l'indépendance de la résistance interne de cette source de tension à la base en mode repos. La fonction d'un condensateur est réduite à faire passer une composante de tension alternative dans le circuit de charge et à conserver une composante continue.
Résistances
et sont utilisés pour définir le mode repos de la cascade. Étant donné que le transistor bipolaire est contrôlé par le courant, le courant de repos de l'élément contrôlé (dans ce cas, le courant) est créé en définissant la valeur correspondante du courant de base de repos. Une résistance est conçue pour créer un circuit de circulation de courant. Avec la résistance, il fournit la tension initiale à la base par rapport à la borne « + » de la source d'alimentation.Résistance
est un élément de rétroaction négative conçu pour stabiliser le mode repos de la cascade lorsque la température change. La dépendance à la température des paramètres du mode repos est déterminée par la dépendance du courant de repos du collecteur à la température. Les principales raisons de cette dépendance sont les changements de température du courant, de la tension et du coefficient initiaux du collecteur. L'instabilité thermique de ces paramètres conduit à une dépendance directe du courant sur la température. En l'absence de mesures pour stabiliser le courant, ses changements de température provoquent une modification du mode repos de la cascade, ce qui peut conduire, comme cela sera montré ci-dessous, au mode de fonctionnement de la cascade dans la région non linéaire des caractéristiques du transistor. et distorsion de la forme de la courbe du signal de sortie. La probabilité de distorsion augmente à mesure que l'amplitude du signal de sortie augmente.Manifestation de rétroaction négative et son effet stabilisant sur le courant
Dans cet article, nous parlerons du transistor. Nous montrerons les schémas de sa connexion et le calcul d'une cascade de transistors avec un émetteur commun.
TRANSISTOR est un dispositif semi-conducteur pour amplifier, générer et convertir des oscillations électriques, réalisé à base d'un semi-conducteur monocristallin ( Si– du silicium, ou Ge- germanium), contenant au moins trois zones à électronique différente ( n) et le trou ( p) - conductivité. Inventé en 1948 par les Américains W. Shockley, W. Brattain et J. Bardeen. En fonction de leur structure physique et de leur mécanisme de contrôle du courant, les transistors sont divisés en bipolaires (plus souvent appelés simplement transistors) et unipolaires (plus souvent appelés transistors à effet de champ). Dans le premier, contenant au moins deux transitions électron-trou, les électrons et les trous servent de porteurs de charge ; dans le second, soit des électrons, soit des trous. Le terme « transistor » est souvent utilisé pour désigner les récepteurs de diffusion portables basés sur des dispositifs à semi-conducteurs.
Le courant dans le circuit de sortie est contrôlé en modifiant la tension ou le courant d'entrée. Un petit changement dans les quantités d'entrée peut conduire à un changement beaucoup plus important dans la tension et le courant de sortie. Cette propriété amplificatrice des transistors est utilisée dans la technologie analogique (TV analogique, radio, communications, etc.).
Transistor bipolaire
Un transistor bipolaire peut être n-p-n Et p-n-p conductivité. Sans regarder à l'intérieur du transistor, on ne peut noter la différence de conductivité que dans la polarité de la connexion dans les circuits pratiques d'alimentation, de condensateurs et de diodes qui font partie de ces circuits. La figure de droite montre graphiquement n-p-n Et p-n-p transistors.
Le transistor a trois bornes. Si nous considérons un transistor comme un réseau à quatre bornes, il doit alors avoir deux bornes d’entrée et deux bornes de sortie. Par conséquent, l’une des broches doit être commune aux circuits d’entrée et de sortie.
Circuits de connexion de transistors
Circuit de connexion pour un transistor à émetteur commun– conçu pour amplifier l’amplitude du signal d’entrée en tension et en courant. Dans ce cas, le signal d'entrée, amplifié par le transistor, est inversé. En d’autres termes, la phase du signal de sortie subit une rotation de 180 degrés. Ce circuit est le principal pour amplifier des signaux de différentes amplitudes et formes. La résistance d'entrée d'une cascade de transistors avec OE varie de centaines d'ohms à quelques kilo-ohms, et la résistance de sortie - de quelques à plusieurs dizaines de kilo-ohms.
Schéma de connexion d'un transistor avec un collecteur commun– conçu pour amplifier l’amplitude du signal de courant d’entrée. Il n'y a pas de gain de tension dans un tel circuit. Il serait plus correct de dire que le gain de tension est encore inférieur à l'unité. Le signal d'entrée n'est pas inversé par le transistor.
La résistance d'entrée d'une cascade de transistors avec OK varie de dizaines à centaines de kilo-ohms, et la résistance de sortie se situe dans les centaines d'ohms - unités de kilo-ohms. En raison du fait qu'il y a généralement une résistance de charge dans le circuit émetteur, le circuit a une résistance d'entrée élevée. De plus, grâce à l'amplification du courant d'entrée, il possède une capacité de charge élevée. Ces propriétés d'un circuit à collecteur commun sont utilisées pour faire correspondre les étages à transistors, en tant qu'« étage tampon ». Puisque le signal d'entrée, sans augmenter en amplitude, est « répété » en sortie, le circuit de mise sous tension d'un transistor à collecteur commun est également appelé Émetteur suiveur.
Il y a aussi Circuit de connexion pour un transistor à base commune. Ce dispositif d’inclusion existe en théorie, mais en pratique il est très difficile à mettre en œuvre. Ce circuit de commutation est utilisé dans la technologie haute fréquence. Sa particularité est qu'il a une faible impédance d'entrée, et il est difficile d'adapter une telle cascade à l'entrée. J'ai pas mal d'expérience en électronique, mais en parlant de ce circuit à transistors, je suis désolé, je n'y connais rien ! Je l'ai utilisé plusieurs fois comme circuit « de quelqu'un d'autre », mais je n'ai jamais compris. Je m'explique : selon toutes les lois physiques, un transistor est contrôlé par sa base, ou plutôt par le courant circulant le long du trajet base-émetteur. L'utilisation de la borne d'entrée du transistor - la base en sortie - n'est pas possible. En fait, la base du transistor est « connectée » au corps à haute fréquence via un condensateur, mais elle n'est pas utilisée en sortie. Et galvaniquement, via une résistance à haute résistance, la base est connectée à la sortie de la cascade (une polarisation est appliquée). Mais vous pouvez essentiellement appliquer le décalage depuis n’importe où, même à partir d’une source supplémentaire. Tout de même, un signal de n'importe quelle forme entrant dans la base est éteint par le même condensateur. Pour qu'une telle cascade fonctionne, la borne d'entrée - l'émetteur via une résistance à faible résistance - est "plantée" sur le boîtier, d'où la faible résistance d'entrée. En général, le circuit de connexion d'un transistor à base commune est un sujet pour les théoriciens et les expérimentateurs. En pratique, c'est extrêmement rare. Dans ma pratique de la conception de circuits, je n'ai jamais rencontré le besoin d'utiliser un circuit à transistors avec une base commune. Cela s'explique par les propriétés de ce circuit de connexion : la résistance d'entrée va de l'unité à des dizaines d'ohms, et la résistance de sortie va de centaines de kilo-ohms à plusieurs méga-ohms. De tels paramètres spécifiques constituent un besoin rare.
Un transistor bipolaire peut fonctionner en modes de commutation et linéaire (amplification). Le mode de commutation est utilisé dans divers circuits de commande, circuits logiques, etc. En mode clé, le transistor peut être dans deux états de fonctionnement : ouvert (saturé) et fermé (verrouillé). Le mode linéaire (amplification) est utilisé dans les circuits d'amplification des signaux harmoniques et nécessite de maintenir le transistor dans un état « à moitié » ouvert, mais non saturé.
Pour étudier le fonctionnement d'un transistor, nous considérerons le circuit de connexion d'un transistor à émetteur commun comme le circuit de connexion le plus important.
Le diagramme est présenté sur la figure. Sur le schéma Vermont- le transistor lui-même. Résistances Rb1 Et Rb2– un circuit de polarisation à transistor, qui est un diviseur de tension ordinaire. C'est ce circuit qui garantit que le transistor est polarisé jusqu'au « point de fonctionnement » en mode d'amplification du signal harmonique sans distorsion. Résistance R à– résistance de charge de la cascade de transistors, conçue pour fournir le courant électrique de la source d'alimentation au collecteur du transistor et le limiter en mode transistor « ouvert ». Résistance Concernant– une résistance de rétroaction augmente intrinsèquement la résistance d'entrée de la cascade, tout en réduisant le gain du signal d'entrée. Les condensateurs C remplissent la fonction d'isolation galvanique de l'influence des circuits externes.
Pour vous expliquer plus clairement le fonctionnement d'un transistor bipolaire, nous ferons une analogie avec un diviseur de tension classique (voir figure ci-dessous). Pour commencer, une résistance R2 Rendons le diviseur de tension contrôlable (variable). En changeant la résistance de cette résistance, de zéro à une valeur « infiniment » grande, on peut obtenir une tension à la sortie d'un tel diviseur de zéro à la valeur fournie à son entrée. Imaginons maintenant que la résistance R1 Le diviseur de tension est la résistance de collecteur de l'étage à transistor et la résistance R2 Le diviseur de tension est la jonction collecteur-émetteur du transistor. Dans le même temps, en appliquant une action de contrôle sous la forme d'un courant électrique à la base du transistor, nous modifions la résistance de la jonction collecteur-émetteur, modifiant ainsi les paramètres du diviseur de tension. La différence avec une résistance variable est que le transistor est contrôlé par un faible courant. C'est exactement ainsi que fonctionne un transistor bipolaire. Ce qui précède est représenté dans la figure ci-dessous :
Pour que le transistor fonctionne en mode amplification du signal, sans déformer ce dernier, il faut assurer ce même mode de fonctionnement. Ils parlent de déplacer la base du transistor. Les spécialistes compétents s'amusent avec la règle : le transistor est contrôlé par le courant - c'est un axiome. Mais le mode de polarisation du transistor est défini par la tension base-émetteur, et non par le courant - c'est la réalité. Et pour quelqu'un qui ne prend pas en compte la tension de polarisation, aucun amplificateur ne fonctionnera. Sa valeur doit donc être prise en compte dans les calculs.
Ainsi, le fonctionnement d'une cascade de transistors bipolaires en mode amplification se produit à une certaine tension de polarisation au niveau de la jonction base-émetteur. Pour un transistor au silicium, la tension de polarisation est comprise entre 0,6 et 0,7 volt, pour un transistor au germanium - entre 0,2 et 0,3 volt. Connaissant ce concept, vous pouvez non seulement calculer les étages à transistors, mais également vérifier le bon fonctionnement de tout étage amplificateur à transistor. Il suffit d'utiliser un multimètre à haute résistance interne pour mesurer la tension de polarisation base-émetteur du transistor. Si cela ne correspond pas à 0,6...0,7 volts pour le silicium, ou à 0,2...0,3 volts pour le germanium, recherchez le défaut ici : soit le transistor est défectueux, soit les circuits de polarisation ou de découplage de cette cascade de transistors sont défectueux. .
Ce qui précède est représenté sur le graphique - caractéristique courant-tension (caractéristique voltampère).
La plupart des « spécialistes », en regardant la caractéristique courant-tension présentée, diront : quel genre d'absurdités est dessiné sur le graphique central ? Ce n’est pas à cela que ressemble la caractéristique de sortie d’un transistor ! C’est indiqué sur le graphique de droite ! Je vais répondre, tout est correct là-bas, et cela a commencé avec les tubes à vide électroniques. Auparavant, la caractéristique courant-tension d'une lampe était considérée comme la chute de tension aux bornes de la résistance anodique. Maintenant, ils continuent à mesurer sur la résistance du collecteur et sur le graphique, ils ajoutent des lettres indiquant la chute de tension aux bornes du transistor, ce qui est profondément erroné. Sur le graphique de gauche Je b – U b la caractéristique d'entrée du transistor est présentée. Sur la carte centrale Je k – Royaume-Uni k La caractéristique courant-tension de sortie du transistor est présentée. Et sur le graphique de droite I R – U R montre le graphique courant-tension de la résistance de charge R à, qui est généralement présentée comme la caractéristique courant-tension du transistor lui-même.
Le graphique comporte une section linéaire utilisée pour amplifier linéairement le signal d'entrée, limitée par des points UN Et AVEC. Point médian – DANS, c'est exactement le point où il est nécessaire de contenir un transistor fonctionnant en mode amplification. Ce point correspond à une certaine tension de polarisation, habituellement prise en compte dans les calculs : 0,66 volt pour un transistor au silicium, ou 0,26 volt pour un transistor au germanium.
Selon la caractéristique courant-tension du transistor, on constate ce qui suit : en l'absence ou en cas de faible tension de polarisation à la jonction base-émetteur du transistor, il n'y a pas de courant de base ni de courant de collecteur. À ce moment, toute la tension de la source d’alimentation chute au niveau de la jonction collecteur-émetteur. Avec une nouvelle augmentation de la tension de polarisation base-émetteur du transistor, le transistor commence à s'ouvrir, le courant de base apparaît et, avec lui, le courant du collecteur augmente. En arrivant à la « zone de travail » au point AVEC, le transistor entre en mode linéaire, qui continue jusqu'au point UN. Dans le même temps, la chute de tension à la jonction collecteur-émetteur diminue et à la résistance de charge R à, au contraire, il augmente. Point DANS– le point de polarisation de fonctionnement du transistor est le point auquel, en règle générale, une chute de tension égale exactement à la moitié de la tension de la source d'alimentation s'établit à la jonction collecteur-émetteur du transistor. Segment de réponse en fréquence à partir du point AVEC, jusqu'au point UN appelée zone de travail de déplacement. Après le point UN, le courant de base et donc le courant du collecteur augmentent fortement, le transistor s'ouvre complètement et entre en saturation. A ce moment, à la jonction collecteur-émetteur, la tension provoquée par la structure chute n-p-n transitions, ce qui est approximativement égal à 0,2...1 volt, selon le type de transistor. Le reste de la tension d'alimentation chute aux bornes de la résistance de charge du transistor - la résistance R à., ce qui limite également la croissance ultérieure du courant du collecteur.
À partir des chiffres « supplémentaires » inférieurs, nous voyons comment la tension à la sortie du transistor change en fonction du signal fourni à l'entrée. La tension de sortie (chute de tension du collecteur) du transistor est déphasée (180 degrés) par rapport au signal d'entrée.
Calcul d'une cascade de transistors à émetteur commun (CE)
Avant de passer directement au calcul de l'étage du transistor, prêtons attention aux exigences et conditions suivantes :
Le calcul d'une cascade de transistors s'effectue, en règle générale, depuis la fin (c'est-à-dire depuis la sortie) ;
Pour calculer une cascade de transistors, vous devez déterminer la chute de tension aux bornes de la jonction collecteur-émetteur du transistor en mode repos (quand il n'y a pas de signal d'entrée). Il est sélectionné de manière à obtenir le signal le moins déformé possible. Dans un circuit asymétrique d'un étage à transistor fonctionnant en mode « A », il s'agit en règle générale de la moitié de la valeur de la tension de la source d'alimentation ;
Deux courants circulent dans le circuit émetteur du transistor - le courant du collecteur (le long du trajet collecteur-émetteur) et le courant de base (le long du trajet base-émetteur), mais comme le courant de base est assez faible, il peut être négligé et il on peut supposer que le courant du collecteur est égal au courant de l'émetteur ;
Un transistor est un élément amplificateur, il est donc juste de noter que sa capacité à amplifier les signaux doit être exprimée par une certaine valeur. L'ampleur du gain est exprimée par un indicateur tiré de la théorie des réseaux à quatre bornes - le facteur d'amplification du courant de base dans un circuit de commutation avec un émetteur commun (CE) et est désignée - h 21. Sa valeur est donnée dans les ouvrages de référence pour des types spécifiques de transistors, et généralement une fiche est donnée dans les ouvrages de référence (par exemple : 50 - 200). Pour les calculs, la valeur minimale est généralement sélectionnée (dans l'exemple, nous sélectionnons la valeur - 50) ;
Collectionneur ( R à) et émetteur ( Concernant) les résistances affectent les résistances d'entrée et de sortie de l'étage du transistor. On peut supposer que l'impédance d'entrée de la cascade R dans =R e *h 21, et la sortie est R sortie = R vers. Si la résistance d'entrée de l'étage à transistor n'est pas importante pour vous, vous pouvez vous passer du tout de résistance. Concernant;
Valeurs des résistances R à Et Concernant limiter les courants circulant dans le transistor et la puissance dissipée par le transistor.
La procédure et l'exemple de calcul d'une cascade de transistors avec OE
Donnée initiale:
Tension d'alimentation U.i.p.=12 V.
Sélectionnez un transistor, par exemple : Transistor KT315G, pour celui-ci :
Pmax=150 mW ; Imax=150 mA ; h 21>50.
Nous acceptons R k = 10*R e
La tension b-e du point de fonctionnement du transistor est prise Tu es bébé= 0,66 V
Solution:
1. Déterminons la puissance statique maximale qui sera dissipée par le transistor aux instants de passage du signal alternatif par le point de fonctionnement B du mode statique du transistor. Il doit s'agir d'une valeur inférieure de 20 pour cent (coefficient 0,8) à la puissance maximale du transistor spécifiée dans le répertoire.
Nous acceptons P dis.max =0,8*P max=0,8*150 mW=120 mW
2. Déterminons le courant du collecteur en mode statique (sans signal) :
I k0 =P ras.max /U ke0 =P ras.max /(U i.p. /2)= 120mW/(12V/2) = 20mA.
3. Considérant que la moitié de la tension d'alimentation chute aux bornes du transistor en mode statique (sans signal), la seconde moitié de la tension d'alimentation chutera aux bornes des résistances :
(R à +R e)=(U i.p. /2)/I à0= (12V/2)/20mA=6V/20mA = 300 Ohms.
Compte tenu de la plage existante de valeurs de résistance, ainsi que du fait que nous avons choisi le rapport R k = 10*R e, on retrouve les valeurs des résistances :
R à= 270 ohms ; Concernant= 27 ohms.
4. Trouvons la tension au collecteur du transistor sans signal.
U k0 =(U kе0 + I k0 *R e)=(U i.p. - I k0 *R k)= (12 V - 0,02 A * 270 ohms) = 6,6 V.
5. Déterminons le courant de base de la commande du transistor :
Je b =Je k /h 21 =/h 21= / 50 = 0,8 mA.
6. Le courant de base total est déterminé par la tension de polarisation de base, qui est définie par le diviseur de tension. Rb1,Rb2. Le courant du diviseur de base résistif doit être beaucoup plus élevé (5 à 10 fois) le courant de commande de base je b, afin que cette dernière n'affecte pas la tension de polarisation. On choisit un courant diviseur 10 fois supérieur au courant de commande de base :
Rb1,Rb2: Je cas. =10*Je b= 10 * 0,8 mA = 8,0 mA.
Alors la résistance totale des résistances
R b1 + R b2 = U i.p. /Je del.= 12 V / 0,008 A = 1 500 ohms.
7. Trouvons la tension à l'émetteur en mode repos (pas de signal). Lors du calcul d'un étage de transistor, il faut prendre en compte : la tension base-émetteur du transistor en fonctionnement ne peut pas dépasser 0,7 volt ! La tension à l'émetteur en mode sans signal d'entrée est approximativement égale à :
U e =I k0 *R e= 0,02 A * 27 ohms = 0,54 V,
Où Je k0— courant de repos du transistor.
8. Détermination de la tension à la base
U b = U e + U être=0,54 V+0,66 V=1,2 V
De là, grâce à la formule du diviseur de tension, nous trouvons :
R b2 = (R b1 +R b2 )*U b /U i.p.= 1 500 ohms * 1,2 V / 12 V = 150 ohms R b1 = (R b1 +R b2 )-R b2= 1500 Ohms - 150 Ohms = 1350 Ohms = 1,35 kOhms.
Selon la série de résistances, du fait qu'à travers la résistance Rb1 Le courant de base circule également, on sélectionne la résistance dans le sens décroissant : Rb1=1,3 kOhm.
9. Les condensateurs de séparation sont sélectionnés en fonction des caractéristiques amplitude-fréquence (bande passante) requises de la cascade. Pour un fonctionnement normal des étages à transistors à des fréquences allant jusqu'à 1000 Hz, il est nécessaire de sélectionner des condensateurs d'une valeur nominale d'au moins 5 µF.
Aux basses fréquences, la réponse amplitude-fréquence (AFC) de la cascade dépend du temps de recharge des condensateurs de séparation à travers d'autres éléments de la cascade, y compris des éléments des cascades voisines. La capacité doit être telle que les condensateurs n'aient pas le temps de se recharger. La résistance d'entrée de l'étage à transistor est bien supérieure à la résistance de sortie. La réponse en fréquence de la cascade dans la région des basses fréquences est déterminée par la constante de temps t n =R dans *C dans, Où R dans =R e *h 21, C dans— capacité d'entrée de séparation de la cascade. Sortieétage à transistor, ce C dans la cascade suivante et elle est calculée de la même manière. Fréquence de coupure inférieure de la cascade (fréquence de coupure fréquence de coupure) f n = 1/t n. Pour une amplification de haute qualité, lors de la conception d'un étage à transistor, il est nécessaire de choisir le rapport 1/t n = 1/(entrée R * entrée C)<
Le calcul du mode clé de l'étage transistor s'effectue exactement de la même manière que le calcul effectué précédemment de l'étage amplificateur. La seule différence est que le mode clé suppose deux états du transistor en mode repos (sans signal). Il est soit fermé (mais pas en court-circuit), soit ouvert (mais pas sursaturé). Dans le même temps, les points de fonctionnement de « repos » sont situés en dehors des points A et C indiqués sur la caractéristique courant-tension. Lorsque le transistor doit être fermé dans le circuit dans un état sans signal, il est nécessaire de retirer la résistance du circuit en cascade décrit précédemment. Rb1. Si vous voulez que le transistor soit ouvert au repos, vous devez augmenter la résistance dans le circuit en cascade Rb2 10 fois la valeur calculée, et dans certains cas, elle peut être supprimée du diagramme.
Le transistor est inclus dans le circuit de telle sorte que l'une de ses bornes est l'entrée, la seconde est la sortie et la troisième est commune aux circuits d'entrée et de sortie. Selon l'électrode commune, il existe trois circuits de commutation de transistors : OB, OE et OK. Pour un transistor n-p-n dans les circuits de commutation, seules la polarité des tensions et le sens des courants changent. Pour tout circuit de commutation à transistors, la polarité des alimentations doit être choisie de telle sorte que la jonction émetteur soit activée dans le sens direct et la jonction collecteur dans le sens inverse.
Caractéristiques statiques des transistors bipolaires
Le mode de fonctionnement statique du transistor est le mode dans lequel il n'y a aucune charge dans le circuit de sortie.
Les caractéristiques statiques des transistors sont les dépendances exprimées graphiquement de la tension et du courant du circuit d'entrée (caractéristiques courant-tension d'entrée) et du circuit de sortie (caractéristiques courant-tension de sortie). Le type de caractéristiques dépend de la méthode de mise sous tension du transistor.
Caractéristiques d'un transistor connecté selon le circuit
IE = f(UEB) avec UKB = const (a).
IK = f(UKB) avec IE = const (b).
Caractéristiques statiques d'un transistor bipolaire connecté selon le circuit OB. Les caractéristiques courant-tension de sortie ont trois domaines caractéristiques : 1 – forte dépendance de Ik à l'égard de l'UCB ; 2 – faible dépendance d'Ik à l'égard de UKB ; 3 – panne de la jonction collecteur. Une caractéristique des caractéristiques de la région 2 est leur légère augmentation avec l'augmentation de la tension UKB.
Caractéristiques d'un transistor connecté selon le circuit OE :
La caractéristique d'entrée est la dépendance :
IB = f(UBE) avec UKE = const (b).
La caractéristique de sortie est la dépendance :
IK = f(UKE) avec IB = const (a).
Mode de fonctionnement du transistor bipolaire
Le transistor peut fonctionner selon trois modes en fonction de la tension à ses jonctions. Lors du fonctionnement en mode actif, la tension à la jonction de l'émetteur est continue et à la jonction du collecteur, elle est inverse.
Le mode de coupure, ou blocage, est obtenu en appliquant une tension inverse aux deux jonctions (les deux jonctions p-n sont fermées).
Si la tension aux deux jonctions est continue (les deux jonctions pn sont ouvertes), alors le transistor fonctionne en mode saturation. En mode coupure et en mode saturation, il n'y a quasiment aucun contrôle du transistor. En mode actif, ce contrôle est effectué le plus efficacement et le transistor peut remplir les fonctions d'un élément actif d'un circuit électrique - amplification, génération.
Étage amplificateur à transistor bipolaire
Le circuit le plus largement utilisé est le circuit de commutation à transistor avec un émetteur commun. Les principaux éléments du circuit sont l'alimentation Ek, l'élément contrôlé - le transistor VT et la résistance Rk. Ces éléments forment le circuit de sortie de l'étage amplificateur, dans lequel, en raison du flux de courant contrôlé, une tension alternative amplifiée est créée à la sortie du circuit. D'autres éléments du circuit jouent un rôle de soutien. Le condensateur Cp est un condensateur de séparation. En l'absence de ce condensateur dans le circuit source du signal d'entrée, un courant continu serait créé à partir de la source d'alimentation Ek.
La résistance RB, incluse dans le circuit de base, assure le fonctionnement du transistor en l'absence de signal d'entrée. Le mode repos est assuré par le courant de base de repos IB = Ek/RB. En utilisant la résistance Rk, une tension de sortie est créée. Rк remplit la fonction de créer une tension variable dans le circuit de sortie en raison du flux de courant dans celui-ci, contrôlé via le circuit de base.
Pour le circuit collecteur de l’étage amplificateur, on peut écrire l’équation d’état électrique suivante :
Ek = Uke + IkRk,
la somme de la chute de tension aux bornes de la résistance Rk et de la tension collecteur-émetteur Uke du transistor est toujours égale à une valeur constante - la force électromotrice de la source d'alimentation Ek.
Le processus d'amplification est basé sur la conversion de l'énergie d'une source de tension constante Ek en énergie d'une tension alternative dans le circuit de sortie en modifiant la résistance de l'élément contrôlé (transistor) selon la loi spécifiée par le signal d'entrée.
5) Qu'est-ce qu'un transistor à effet de champ ? Quels types existe-t-il ?
Le transistor à effet de champ (FET) est un dispositif semi-conducteur dans lequel
la régulation du courant s'effectue en modifiant la conductivité du conducteur
canal utilisant un champ électrique transversal. Contrairement aux bipolaires
Le courant du transistor à effet de champ est déterminé par le flux des porteurs principaux.
Les électrodes du transistor à effet de champ sont appelées source (I), drain (C) et
volet (3). La tension de commande est appliquée entre la grille et le
choc électrique La conductivité du canal dépend de la tension entre la grille et la source.
la, donc, l'ampleur du courant. Ainsi, un transistor à effet de champ peut être
considérez-le comme une source de courant contrôlée par la tension grille-source. UE-
si l'amplitude de changement du signal de commande est suffisamment grande, la résistance
La position du canal peut varier dans des limites très larges. Dans ce cas, le champ
Le transistor peut être utilisé comme clé électronique.
De par leur conception, les transistors à effet de champ peuvent être divisés en deux groupes :
Avec jonction p-n de contrôle ;
Avec grille métallique isolée du canal par un diélectrique.
Les transistors du deuxième type sont appelés transistors MOS (métal -
diélectrique - semi-conducteur). Dans la plupart des cas, le diélectrique est
dioxyde de silicium SiO2, c'est pourquoi le nom MOS est généralement utilisé
transistors (métal - oxyde - semi-conducteur). Dans le MOS moderne-
Dans les transistors, le polycristallin est souvent utilisé pour réaliser la grille.
silicium. Cependant, le nom de transistor MOS est également utilisé pour de tels dispositifs.
La conductivité du canal du transistor à effet de champ peut être électronique
ou un trou. Si le canal a une conductivité électronique, alors le transistor
appelé canal N. Transistors avec canaux comportant des trous
conductivité sont appelés canal P. Dans les transistors MOS, le canal peut être
épuisés en porteurs ou enrichis en eux. Ainsi, la notion de « champ
transistor" combine six types différents de dispositifs semi-conducteurs -
Les MOSFET sont largement utilisés dans l'électricité moderne
pseudo. Dans un certain nombre de domaines, notamment celui de l'électronique numérique, ils sont presque entièrement
Ceux-ci ont été supplantés par les transistors bipolaires. Ceci s'explique par ce qui suit à-229
rangs. Premièrement, les transistors à effet de champ ont une résistance d'entrée élevée
tion et garantir une faible consommation d’énergie. Deuxièmement, les MOSFET
occupent une zone nettement plus petite sur la puce du circuit intégré,
que bipolaire. Par conséquent, la densité de la disposition des éléments dans le MOS
les circuits intégrés sont beaucoup plus élevés. Troisièmement, la technologie de production
les circuits intégrés à base de transistors MOS nécessitent moins d'opérations,
que les technologies de fabrication de circuits intégrés basées sur des transistors bipolaires.
6) Qu'est-ce qu'une diode Zener ? Expliquez comment cela fonctionne. Dessinez ses caractéristiques courant-tension.
Les diodes Zener sont des diodes semi-conductrices qui utilisent la caractéristique de branche inverse de la caractéristique courant-tension dans la région de claquage pour varier sur une large plage de variations de courant avec un écart de tension relativement faible. Cette propriété est largement utilisée dans la création de dispositifs spéciaux - des stabilisateurs de tension.
La tension de claquage d'une diode Zener dépend de la largeur р-n-transition, qui est déterminée par la résistivité du matériau semi-conducteur. Par conséquent, il existe une certaine dépendance de la tension de claquage (c'est-à-dire la tension de stabilisation) sur la concentration d'impuretés.
Les diodes Zener basse tension sont fabriquées à base de silicium fortement dopé. Largeur р-n-la transition dans ce cas s'avère très faible et l'intensité du champ électrique de la barrière de potentiel est très élevée, ce qui crée des conditions propices à l'apparition d'une panne de tunnel. Avec une grande largeur р-n-la rupture de transition est de nature avalancheuse.
La caractéristique courant-tension de la diode Zener est représentée sur la figure. 6.1 Le courant de fonctionnement de la diode Zener (son courant inverse) ne doit pas dépasser la valeur maximale admissible afin d'éviter une surchauffe de la structure semi-conductrice et une défaillance.
Riz. 6.1. Conception du boîtier (a), caractéristique courant-tension et désignation graphique symbolique de la diode Zener
Une caractéristique essentielle d'une diode Zener est la dépendance de sa tension de stabilisation à la température. Dans les semi-conducteurs fortement dopés, la probabilité de claquage tunnel augmente avec l’augmentation de la température. Par conséquent, la tension de stabilisation de ces diodes Zener diminue lorsqu'elles sont chauffées, c'est-à-dire qu'elles ont un coefficient de température de tension de stabilisation (TCV) négatif.
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.Dans les semi-conducteurs légèrement dopés, à mesure que la température augmente, le libre parcours moyen des porteurs diminue, ce qui entraîne une augmentation de la tension seuil à laquelle commence le claquage par avalanche. De telles diodes Zener ont un TKN positif. (Fig. 6.2).
Riz. 6.2. Dépendance en température de la caractéristique courant-tension de la diode Zener
Pour éliminer cet inconvénient et créer des diodes Zener compensées en température, les diodes conventionnelles sont connectées dans le sens direct en série avec le circuit de diode Zener. Comme on le sait, pour les diodes conventionnelles dans le sens direct, la chute de tension est р-n-la transition diminue lorsqu'elle est chauffée. Et si en série avec la diode Zener (Fig. 6.3) vous allumez les diodes dans le sens direct, où , (est la modification de la chute de tension directe aux bornes de la diode lors du chauffage de la diode), alors vous pouvez presque complètement compenser l'erreur de température de la diode Zener.
Riz. 6.3. Compensation thermique de la diode Zener
Principaux paramètres des diodes Zener :
Paramètres limites des diodes Zener :
Le circuit OE a le gain de puissance le plus élevé, il reste donc la solution la plus courante pour les amplificateurs haute fréquence, les systèmes GPS, GSM et WiFi. Actuellement, il est généralement utilisé sous forme de circuits intégrés prêts à l'emploi (MAXIM, VISHAY, RF Micro Devices), mais sans connaître les bases de son fonctionnement, il est quasiment impossible d'obtenir les paramètres donnés dans la description du microcircuit. C'est pourquoi lors de l'embauche et de la recherche d'employés, la principale exigence est la connaissance des principes de fonctionnement des amplificateurs avec OE.
Un amplificateur, quel qu'il soit (amplificateur audio, amplificateur à tube ou amplificateur radiofréquence) est un réseau à quatre bornes dans lequel deux broches sont en entrée et deux broches en sortie. Le schéma fonctionnel de l'amplificateur est présenté à la figure 1.
Figure 1 Schéma fonctionnel de l'amplificateur
L'élément amplificateur principal, le transistor, n'a que trois bornes, donc l'une des bornes du transistor doit être utilisée simultanément pour connecter une source de signal (en tant que borne d'entrée) et pour connecter une charge (en tant que borne de sortie). Un circuit émetteur commun est un amplificateur dans lequel l'émetteur du transistor est utilisé pour connecter à la fois le signal d'entrée et la charge. Le schéma fonctionnel d'un amplificateur avec un transistor connecté selon un circuit à émetteur commun est illustré à la figure 2.
Figure 2 Schéma fonctionnel de connexion d'un transistor avec un émetteur commun
Dans ce diagramme, la ligne pointillée montre les limites de l'amplificateur illustré à la figure 1. Elle ne montre pas les circuits de puissance des transistors. Actuellement, le circuit émetteur commun n'est pratiquement pas utilisé dans les amplificateurs audio, mais il est largement utilisé dans les circuits amplificateurs de signal TV, les amplificateurs GSM ou autres amplificateurs haute fréquence. Vous pouvez utiliser deux alimentations pour alimenter un transistor dans un circuit à émetteur commun, mais cela nécessitera deux régulateurs de tension. Dans les équipements alimentés par batterie, cela peut poser problème, c'est pourquoi une seule source d'alimentation est généralement utilisée. Pour alimenter un amplificateur avec un émetteur commun, n'importe lequel des circuits que nous avons envisagés peut convenir :
- circuit stabilisé par émetteur.
Regardons un exemple de circuit amplificateur avec un émetteur commun et une stabilisation d'émetteur du mode de fonctionnement du transistor. La figure 3 montre une cascade basée sur un transistor NPN bipolaire, conçue pour amplifier les fréquences audio.
Figure 3 Schéma de principe d'un étage amplificateur avec un émetteur commun
Le calcul des éléments de ce circuit pour le courant continu se trouve dans l'article. Nous allons maintenant nous intéresser aux paramètres assemblés selon un circuit avec un émetteur commun. Ses caractéristiques les plus importantes sont l'impédance d'entrée et de sortie et le gain de puissance. Fondamentalement, ces caractéristiques sont déterminées par les paramètres du transistor.
Impédance d'entrée de l'émetteur commun
Dans un circuit à émetteur commun, la résistance d'entrée du transistor est R. Le HOE d'entrée peut être déterminé par sa caractéristique d'entrée. Cette caractéristique coïncide avec la caractéristique courant-tension de la jonction pn. Un exemple de la caractéristique d'entrée d'un transistor au silicium (dépendance à la tension U b du courant de base je b) est illustré à la figure 4.
Figure 4 Caractéristique d'entrée d'un transistor au silicium
Comme le montre cette figure, la résistance d'entrée du transistor R. IOE dépend du courant de base je b0 et est déterminé par la formule suivante :
(1)
Comment déterminer Δ U b0 et Δ je b0 au voisinage du point de fonctionnement du transistor dans un circuit avec un émetteur commun est représenté sur la figure 5.
Figure 5 Détermination de la résistance d'entrée d'un circuit à émetteur commun à partir de la caractéristique d'entrée d'un transistor au silicium
La détermination de la résistance à l'aide de la formule (1) est le moyen le plus précis de déterminer la résistance d'entrée. Cependant, lors du calcul d'un amplificateur, nous n'avons pas toujours à portée de main les transistors que nous allons utiliser, il serait donc bien de pouvoir calculer la résistance d'entrée de manière analytique. La caractéristique courant-tension d'une jonction pn est bien approchée par une fonction exponentielle.
(2)
Où je b - courant de base au point de fonctionnement ;
U be est la tension de base au point de fonctionnement ;
je s est le courant inverse de la transition émetteur-base ;
— le potentiel de température ;
k— constante de Boltzmann ;
q— la charge électronique ;
T— température exprimée en degrés Kelvin.
Dans cette expression, le coefficient normalisant l'exposant est le courant je Par conséquent, plus il est déterminé avec précision, meilleure sera la correspondance entre les caractéristiques d'entrée réelles et approximatives du transistor. Si l'on néglige l'unité dans l'expression (2), alors la tension à la base du transistor peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
(3)
D'après l'expression (1), il ressort clairement que la résistance d'entrée est la dérivée de la tension à la base du transistor par rapport au courant. Différencions l'expression (3), alors la résistance d'entrée d'un circuit avec un émetteur commun peut être déterminée par la formule suivante :
(4)Cependant, le graphique de la caractéristique d'entrée réelle d'un transistor connecté dans un circuit à émetteur commun diffère de la fonction exponentielle. Cela est dû au fait que la résistance ohmique du semi-conducteur dans la base du transistor n'est pas nulle. Par conséquent, à des courants de base élevés du transistor dans un circuit avec un émetteur commun, sa résistance d'entrée tendra vers la résistance ohmique de la base rbb".
Le courant d'entrée d'un circuit à émetteur commun circule non seulement à travers la résistance d'entrée du transistor, mais également à travers toutes les résistances des circuits générateurs de tension à la base du transistor. Par conséquent, la résistance d’entrée d’un circuit émetteur commun est définie comme une connexion parallèle de toutes ces résistances. Les chemins de courant d'entrée pour un circuit à émetteur commun sont illustrés à la figure 6.
Figure 6 Flux de courant à travers les circuits d'entrée d'un circuit avec un émetteur commun
Il est beaucoup plus facile d'analyser ce circuit en utilisant le circuit équivalent du circuit d'entrée, où seuls les circuits à travers lesquels le courant d'entrée circule depuis la source de signal sont affichés. Le circuit d'entrée équivalent d'un circuit émetteur commun est illustré à la figure 7.
Figure 7 Circuit équivalent du circuit d'entrée d'un circuit à émetteur commun
Ce circuit est construit pour les moyennes fréquences en utilisant un circuit équivalent à transistor. Aux fréquences moyennes, la capacité d'entrée du transistor n'a aucun effet, nous ne l'affichons donc pas sur le circuit équivalent. La résistance du condensateur C3 aux fréquences moyennes est proche de zéro, il n'y a donc aucun élément R4C3 dans le circuit. Éléments R. dehors et h 21× je les entrées n'affectent pas le circuit d'entrée et sont représentées dans le diagramme pour afficher les propriétés d'amplification du transistor.
Enfin, nous pouvons écrire la formule de l’impédance d’entrée d’un circuit émetteur commun :
(5)Après avoir fabriqué un amplificateur calculé selon les méthodes ci-dessus, il est nécessaire de mesurer la résistance d'entrée du circuit avec un émetteur commun. Pour mesurer la résistance d'entrée, utilisez le circuit de mesure de la résistance d'entrée de l'amplificateur, illustré à la figure 8. Dans ce circuit, un générateur de mesure de tension alternative et deux voltmètres CA haute fréquence sont utilisés pour mesurer la résistance d'entrée (vous pouvez utiliser une et faire deux mesures).
Figure 8 Circuit de mesure de l'impédance d'entrée de l'étage amplificateur
Au cas où la résistance R. et sera égale à la résistance d'entrée de l'amplificateur, la tension que le voltmètre AC V2 affichera sera la moitié de la tension V1. S'il n'est pas possible de changer la résistance R. et lors de la mesure de l'impédance d'entrée, l'impédance d'entrée de l'amplificateur peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
(6)Impédance de sortie d'un circuit émetteur commun
La résistance de sortie du transistor dépend des caractéristiques de conception du transistor, de l'épaisseur de sa base et de la résistance volumique du collecteur. La résistance de sortie d'un transistor connecté dans un circuit à émetteur commun peut être déterminée à partir des caractéristiques de sortie du transistor. Un exemple des caractéristiques de sortie d'un transistor est présenté à la figure 9.
Figure 9 Caractéristiques de sortie d'un transistor au silicium
Malheureusement, les caractéristiques de sortie ne sont généralement pas indiquées dans les caractéristiques des transistors modernes. Cela est dû au fait que leur résistance de sortie est assez élevée et que la résistance de sortie d'un étage à transistor avec un émetteur commun est déterminée par la résistance de charge. Dans le circuit représenté à la figure 6, il s'agit de la résistance R3.
Date de dernière mise à jour du fichier : 31/05/2018
Littérature:
Avec l'article « Circuit à émetteur commun (cascade à émetteur commun) », lire :
http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/
http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/
Les amplificateurs contiennent des transistors, ainsi que des éléments tels que des résistances, des condensateurs et des inductances. Les paramètres des éléments utilisés (leurs valeurs nominales et tensions) dépendent des exigences de l'amplificateur, ainsi que du type de transistors utilisés. Avec l’avènement de différents types de transistors, de nouvelles configurations de circuits amplificateurs sont devenues possibles. En biopolaire R-n-R- ou n -R-n-le transistor crée des régions alternées avec différents types de conductivité dans un certain ordre, formant une base, un émetteur et un collecteur. Le transistor s'appelle bipolaire, puisque le transfert de charge y est effectué à la fois par des électrons et des trous. DANS champ ou (unipolaire) Dans les transistors, les charges sont portées par des porteurs d'un seul type : soit des électrons, soit des trous. Les transistors à effet de champ (FET) comportent trois régions appelées grille, source et drain. Selon le type de support utilisé, il existe deux types de transistors à effet de champ : R- et I-canal. Différents types de transistors ont des caractéristiques différentes, qui sont décrites plus en détail dans cette section.
Le circuit le plus courant pour construire un amplificateur basé sur un transistor bipolaire est un circuit avec un émetteur commun (mis à la terre) (CE) ; Des variantes de tels schémas sont présentées sur la Fig. 11.1. Le terme « émetteur commun » indique que dans un circuit approprié, la résistance entre la borne de l'émetteur et la masse est faible pour un signal, mais cela ne signifie pas qu'elle soit faible dans tous les cas pour le courant continu. Ainsi, par exemple, dans les diagrammes présentés à la Fig. 1.1, UN Et b, les émetteurs sont directement mis à la terre, et dans le circuit de la Fig. 1.1, une résistance est connectée entre l'émetteur et la masse, shuntée par un condensateur. Par conséquent, si la réactance de ce condensateur pour le signal est faible, nous pouvons supposer que l'émetteur est pratiquement mis à la terre pour le signal.
Pour fonctionner en classe A (section 1.4), la tension de polarisation entre la base et l'émetteur doit être directe (déverrouillage) et entre le collecteur et l'émetteur - inverse (blocage). Pour réaliser cette polarisation, la polarité des alimentations est choisie en fonction du type de transistor utilisé. Pour transistors R-n - type p (Fig. 11 L, a) le plus de la source de polarisation doit être connecté à l'émetteur de type p et le moins à la base de type i. Ainsi, la polarisation directe est obtenue à un potentiel de base négatif par rapport à l'émetteur. Pour inverser la polarisation d'un collecteur de type p, son potentiel doit être négatif. Pour ce faire, la source d'alimentation est connectée par le pôle positif à l'émetteur et le pôle négatif au collecteur.
Le signal d'entrée crée une résistance R. 1 chute de tension, qui est ajoutée algébriquement à la tension de polarisation constante. En conséquence, le potentiel de base total change en fonction du signal. À mesure que le potentiel de base change, le courant du collecteur change, et donc la tension aux bornes de la résistance. R.2. Avec une demi-onde positive de la tension d'entrée, la polarisation directe diminue et le courant traversant R. 2 diminue en conséquence. Chute de tension par R. 2 diminue également, entraînant un déphasage de 180° entre les signaux d'entrée et de sortie.
Si le transistor n est utilisé - R.- de type n (Fig. 1.1.6), alors la polarité des deux sources d'alimentation est inversée. Dans ce cas, la jonction de base s'avère également polarisée dans le sens direct, et la jonction collecteur dans le sens opposé. Comme dans le cas précédent, un déphasage de 180° se forme entre les signaux d'entrée et de sortie.
En figue. 1.1, a et b montrent les principaux éléments de l'amplificateur, et le circuit amplificateur utilisé dans la pratique est illustré à la Fig. 1.1.6. Ici, le condensateur C 1 ne laisse pas passer la composante constante du signal d'entrée, mais présente une faible réactance pour sa composante variable, qui est ainsi fournie à la résistance R. 2 . (C'est ce qu'on appelle R.C.-connexion; il est décrit plus en détail dans la section. 1.5). La tension de polarisation directe de la base provient du diviseur de tension Ri- R2, qui est connecté à la source d'alimentation. La valeur de polarisation directe requise de la base du transistor est obtenue en choisissant correctement le rapport des valeurs de résistance R. 1 Et R. 2 . De plus, dans le transistor n - R.- Le potentiel de base de type n est réglé plus positif que celui de l'émetteur. La résistance du collecteur sur laquelle le signal de sortie est généré est généralement appelée résistance de charge et est désignée R n. Grâce au condensateur d'isolement C 3, le signal est envoyé à l'étage suivant. Les circuits d'entrée et de sortie doivent avoir un point de terre commun (Fig. 1.1, UN).
Le facteur d'amplification du courant de base pour un circuit avec OE est donné par la relation suivante :
où p est le facteur d'amplification du courant de base ;
DI b - incrément de courant de base ; DI k - l'incrément correspondant du courant du collecteur à -
Riz. 1.1. Circuits émetteurs communs.
Ainsi, p est égal au rapport de l'incrément du courant du collecteur à l'incrément correspondant du courant de base à une tension de collecteur constante. Le gain de courant du signal est également appelé coefficient de transfert en courant continu [ Avec une valeur de résistance suffisamment grande R. 2 la composante alternative du courant de signal est pratiquement égale à la composante alternative du courant de base. - Note éd.]
La résistance R 3 (Fig. 1.1.5) a un effet stabilisant sur le courant du transistor lorsque la température change. La chute de tension aux bornes de R3 crée une polarisation inverse (coupure) au niveau de la jonction émetteur du transistor, car elle augmente le potentiel de l'émetteur. Par conséquent, il réduit la polarisation de base directe positive de la quantité de cette chute de tension. La présence d'une composante de tension alternative sur Rz entraînerait une diminution du signal de sortie et, par conséquent, du gain de l'amplificateur (voir Section 1.8). Pour éliminer cet effet, la résistance Rз est shuntée avec le condensateur C2.
Lorsque le transistor chauffe, la composante continue du courant du collecteur augmente. En conséquence, la tension chute aux bornes Rz, ce qui entraîne une réduction de la polarisation de base directe ainsi que du courant de collecteur. De ce fait, une compensation partielle de la dérive en température du courant est réalisée.
Riz. 1.2. Circuits sources communs
En figue. La figure 1.2 montre un circuit amplificateur à transistor à effet de champ équivalent à un circuit OE, appelé circuit à source commune. Dans ce circuit, la grille correspond à la base du transistor bipolaire, la source à l'émetteur et le drain au collecteur. Dans le diagramme 1.2, UN FET avec canal de type n est affiché. Pour un transistor avec un canal de type P, la flèche sur la grille sera dirigée dans le sens opposé. En figue. 1.2, b montre également un transistor avec un canal de type D, et sur la Fig. 1.2, V- avec un canal de type p.
Les circuits de polarisation FET diffèrent des circuits de polarisation à transistors bipolaires en raison de différences significatives dans les caractéristiques de ces dispositifs. Les transistors bipolaires sont des amplificateurs courant de signal et reproduire en sortie le courant du signal d'entrée amplifié, tandis que dans les transistors à effet de champ, le courant du signal de sortie est contrôlé par celui appliqué à l'entrée tension du signal.
Il existe deux types de PT : avec contrôle R.- Jonction N et métal-oxyde-semi-conducteur (MOS). (Les transistors MOS sont également appelés transistors à effet de champ à grille isolée.) Les deux types de transistors à effet de champ sont fabriqués avec n – et les canaux P.
Dans le diagramme de la Fig. 1.2, et un PT avec un contrôle est utilisé R.- Transition en I, et dans le diagramme de la Fig. 1.2, b - Transistor MOS fonctionnant en mode enrichissement. En figue. 1.2, V montre un MOSFET fonctionnant en mode d'épuisement. Dans les transistors MOS, la grille est représentée comme une plaque de condensateur, qui symbolise la capacité résultant de la formation d'une très fine couche d'oxyde qui isole le contact métallique de la borne de grille du canal. (Le terme « transistor MOS » est dérivé de cette méthode de production.)
Étant donné que les FET sont pilotés par la tension d'entrée plutôt que par le courant comme les transistors bipolaires, le paramètre de gain de courant du signal est remplacé par la conductance. g m. La conductance de transfert est une mesure de la qualité d'un transistor à effet de champ et caractérise la capacité de la tension de grille à piloter le courant de drain. L'expression de la conductivité de transfert est la suivante :
Unité g m, appelé Siemens, est l'inverse de l'unité de résistance (1 cm = 1/ohm). Comme il ressort de l'expression (1.2), le paramètre g m pour un FET, c'est le rapport entre l'incrément du courant de drain et l'incrément de tension de grille à une tension constante entre la source et le drain.
Dans un transistor à effet de champ avec une commande R.- Canal à jonction n et type n (Fig. 1.2, a) lorsqu'une tension négative est appliquée à la grille, le canal est dépourvu de porteurs de charge et la conductivité du canal diminue. (Pour un FET à canal P, la conductivité diminue lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille.) Étant donné qu'un FET à unijonction n'a que deux zones avec des types de conduction différents (les bornes de source et de drain sont connectées à une zone et la borne de grille à l'autre), la conductivité entre source et drain du même type que la conductivité du canal. Ainsi, contrairement à un transistor bipolaire, qui possède UQ 3 = Le courant du collecteur 0 est égal à 0, le courant du canal peut circuler même à une tension grille-source nulle. Puisque le courant du canal est fonction de la tension Uzi, le canal du transistor à effet de champ avec la commande R.- une jonction n peut conduire le courant dans les deux sens : de la source vers le drain et dans le sens opposé (dans un transistor bipolaire, le courant du collecteur en mode de fonctionnement a toujours un sens). Dans ce cas, le point de fonctionnement (par exemple, pour les circuits de classe A) de ces transistors est défini en appliquant une tension biais inverse grille, contrairement à la polarisation directe de la jonction de base dans les transistors bipolaires [Dans un transistor avec une commande R.- une jonction n applique généralement une tension de blocage U 8i à la jonction (négative pour le canal n) et le courant maximum dans le canal est obtenu à U 3 i = 0. Le sens du courant dans le canal dépend du polarité de la source d'alimentation connectée au canal ; Lorsque la polarité de l'alimentation est inversée, la borne qui était le drain devient la source et vice versa. - Note éd.].
Comme indiqué ci-dessus, la grille des transistors MOS est isolée du canal par un diélectrique, tel que le dioxyde de silicium (SiO 2). Dans ce cas, la porte a une résistance d'entrée très élevée et peut être alimentée à la fois avec une polarisation directe pour enrichir le canal en porteurs (ce qui augmentera le courant qui passe) et une polarisation inverse pour appauvrir le canal en porteurs (ce qui réduira le canal actuel). un). Il est donc possible de fabriquer deux types différents de transistors MOS : pour fonctionner en modes enrichi et appauvri (on entend ici les transistors MOS avec canal intégré).
Un MOSFET à déplétion a un courant de drain avec une polarisation d'entrée nulle. La tension de polarisation inverse réduit le courant de drain à une certaine valeur en fonction de la plage dynamique requise du signal d'entrée. Comme le montre la fig. 1.2.6, pour les transistors de type à déplétion, la ligne représentant le canal est continue, ce qui signifie la présence d'un circuit fermé et la circulation du courant dans le canal (courant de drain) à polarisation de grille nulle.
Dans les MOSFET de type enrichi, le courant de drain à polarisation nulle est faible. La tension de polarisation augmente le courant de drain jusqu'à une certaine valeur en fonction de la plage dynamique du signal d'entrée. Pour les transistors MOS de type enrichi, la ligne représentant le canal est intermittente, ce qui symbolise une coupure de circuit à polarisation nulle. Afin d'augmenter le courant jusqu'à la quantité nécessaire au fonctionnement normal d'un circuit tel qu'un amplificateur, une polarisation appropriée doit être utilisée.
Caractéristiques de performance des circuits illustrés à la Fig. 1.D sont similaires aux caractéristiques des circuits présentés à la Fig. 1.11. Schéma de la Fig. 1.2, dans la version la plus adaptée à une utilisation pratique. Comme dans le cas évoqué précédemment, il existe une inversion de phase entre les signaux d’entrée et de sortie. La tension d’alimentation est généralement notée Ec. Afin de réduire la chute de tension du signal aux bornes de la résistance interne des sources de puissance et de polarisation, celles-ci sont shuntées avec des condensateurs de taille appropriée (Fig. 11.2, a). Les courants de signal des circuits de grille et de drain sont fermés via ces condensateurs.