TP Electronique

Réalisé par :

ASSEM CHELLI

BELTAS SOUFIANE

3SIQ3

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Introduction:

Electronique, domaine de la physique appliquée qui exploite les variations de grandeurs électriques (courants, tensions, charges, etc.) pour capter, transmettre ou analyser des informations (signaux audio d'un récepteur radio, images d'un écran de télévision, données informatiques d'un ordinateur, etc.). Le traitement de ces informations est généralement assuré par des circuits électroniques, qui utilisent les propriétés de l'électron.

Ces circuits offrent diverses fonctionnalités telles que l'amplification de signaux, le calcul d'opérations logiques, la génération d'ondes radio, la récupération d'un signal audio à partir d'une onde radio (démodulation) ou encore la superposition d'un signal audio sur des ondes radio (modulation).

HISTORIQUE : L'électronique naquit au XIXe siècle, par suite de la découverte des rayons cathodiques et des différentes propriétés de l'électron. En 1904, le Britannique Fleming mit au point le premier tube à vide, la diode, que l'Américain De Forest perfectionna pour concevoir la triode en 1906. Ces tubes à vide révolutionnèrent le domaine de l'électronique, permettant de manipuler des signaux, ce qui était jusqu'alors impossible avec les réseaux télégraphiques et téléphoniques de l'époque. Dès lors, il devient possible, par exemple, d'amplifier des signaux radio et audio, ou de superposer des signaux sonores sur des ondes radio. La technologie de la communication radio connut ainsi un grand développement avant la Seconde Guerre mondiale, grâce à la fabrication de tubes toujours plus complexes et spécialisés. L'informatique fit également un bond prodigieux pendant la guerre, avec l'apparition des premiers ordinateurs électroniques, équipés de plusieurs milliers de tubes à vide.

En 1948, les physiciens américains Bardeen, Brattain et Shockley inventèrent le premier transistor, qui supplanta progressivement le tube à vide dans la plupart de ses applications. Constitué de matériaux semi-conducteurs, le transistor assure en effet avec une fiabilité accrue les mêmes fonctions que le tube à vide, mais s'avère plus léger et beaucoup plus économique. En 1959 fut mis au point le premier circuit intégré, qui pouvait contenir une dizaine de transistors sur une petite plaquette de silicium (aujourd'hui, certains circuits intégrés en contiennent plus de 100 000). Puis apparurent les premiers microprocesseurs, processeurs constitués d'un seul circuit intégré sur lequel sont gravés des centaines de milliers de transistors interconnectés.

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Ces deux technologies, circuits intégrés et microprocesseurs, furent appliquées à la construction d'ordinateurs, dont les capacités bouleversèrent le monde de l'informatique dans les années 1970. Aujourd'hui, l'électronique est partout : de l'électroménager aux micro-ordinateurs, de l'audiovisuel aux satellites de communication.

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Transistor :

Définitions :

Le transistor bipolaire est l’un des dispositifs à semi-conducteurs les plus utilisés à l’heure actuelle dans les rôles d’amplificateur et d’interrupteur. C’est un élément composé de deux jonctions PN.Le transistor bipolaire est un dispositif présentant trois couches à dopages alternés NPN ou PNP :

La couche médiane est appelée base. Leur géométrie et leur nombre volumique en impuretés distinguent les deux couches externes : émetteur et collecteur. Par extension, on appelle également base, émetteur et collecteur les trois électrodes qui donnent accès aux trois couches correspondantes.Les deux jonctions qui apparaissent dans le transistor sont désignées par le nom des deux régions entre lesquelles elles assurent la transition : on trouve, par conséquent, la jonction base-émetteur (BE) également dénommée jonction de commande et la jonction base-collecteur.

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Le rôle

amplifier un signal (amplificateur de tension, de courant, de puissance,...)

être utilisé comme une source de courant agir comme un interrupteur commandé ( = mémoire binaire)

...L’existence :

soit comme composant discret soit sous forme de circuit intégré, i.e. faisant partie d’un circuit plus

complexe, allant de quelques unités (ex: AO) à quelques millions de transistors par circuit (microprocesseurs)

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Amplificateurs:

Les amplificateurs électroniques sont utilisés pour augmenter la tension, l'intensité ou la puissance d'un signal électrique. Un amplificateur linéaire ne produit presque pas de distorsion : l'amplitude du signal de sortie est alors proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée. En revanche, un amplificateur non linéaire peut modifier considérablement la forme du signal. L'amplificateur linéaire est utilisé pour amplifier les signaux vidéo et audio, alors que l'amplificateur non linéaire est employé dans les oscilloscopes, les modulateurs, les mélangeurs de signaux et les circuits logiques. Bien que les tubes à vide aient joué un rôle prépondérant dans la technique d'amplification, les amplificateurs actuels utilisent généralement des transistors ou des circuits intégrés. On trouve plusieurs type d’amplificateurs, on site seulement les trois types les plus intéressants et les plus connait :

Amplificateur audio:

Un amplificateur audio, que l'on trouve notamment sur les radios, télévisions et radiocassettes, est généralement exploité dans une bande de fréquences inférieures à 20 kHz (1 kHz = 1 000 cycles/s). Il amplifie un signal électrique, qui est ensuite transformé en onde sonore et diffusé dans un haut-parleur. La plupart des amplificateurs audio sont des amplificateurs opérationnels, amplificateurs linéaires composés de plusieurs étages et constitués de circuits intégrés.

Amplificateur vidéo:

Un amplificateur vidéo s'applique essentiellement aux signaux dont le spectre de fréquence s'étend jusqu'à 6 MHz (1 MHz = 1 million de cycles/s). Après amplification, le signal vidéo est projeté sur l'écran de télévision. La luminosité de l'image sur l'écran dépend de l'amplitude du signal. Pour remplir sa fonction, l'amplificateur vidéo doit opérer sur une large bande de fréquences, amplifier de la même manière toutes les fréquences et produire le moins de distorsion possible.

Amplificateur de fréquence radio :

Ce type d'amplificateur permet d'augmenter l'amplitude d'ondes radio diffusées par des systèmes de télécommunication. Il opère généralement dans des fréquences comprises entre 100 kHz et 1 GHz (1 GHz = 1 milliard de cycles/s), mais peut même s'étendre jusqu'aux fréquences correspondant aux micro-ondes.

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Le problème:

Faire la conception et la simulation d’un amplificateur qui a les caractéristiques suivantes :

10000 ≤ A v: (gain de tension) 400Ω≤ ZE ≤ 1800W : (Z e est l’impédance d’entrée) 600≤ ZS ≤ 2400W : (Z s est l’impédance de sortie)

Pour le montage EC : Vcc10 ≤ VE ≤

Vcc4 , Ic <20mA

On donne :

Rg = 500W . f =2kHz

VCC = 18V. RL=2kΩ.

On utilise le transistor BC108B :

Les paramètres hybrides

h11=1.8kΩ

h21=β=325

h12=h22=0

Le point de fonctionnement Q

ICQ=7mA

VCEQ=9V

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Analyse :

D’après les hypothèses de ce TP, on peut conclure :

Av est très élevé Av est positif

Donc on utilise l’amplificateur avec :

2 étages EC pour l’amplification positif de le tension

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La solution proposée :

Soit le montage suivant :

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L’étude théorique:

Etude statique:

Les deux étages de notre amplificateur ont les même calcules en régime statique.

La maille M3 :

V CC=R C I C+V CE+R E I C (1+ 1β )

R E=V CC−V CE−R C I C

I C (1+ 1β )

.. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . (1 )

La maille M1:

V CC=11 R 1 I B+V BE+R E I B ( 1+β )

R 1=V CC−VBE−¿R E I C (1+ 1

β )11β

I C

. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . (2 ) ¿

La maille M2:

10 R 2 I B=V BE+R E I B (1+ β )

10β

R 2 I C=V BE+R E I C(1+ 1β )

R 2=VBE+¿R E I C(1+ 1

β )10β

I C

. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. (3 ) ¿

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Etude dynamique: Les deux étages de notre amplificateur ont les même calcules en régime dynamique.

A v= v sve

=−β ( R L // R C )h11

. .. .. . .. .. (4 )

Z e= v e

i e=R 1 // R 2 // h 11 . .. .. . .. .. . .. (5 )

Z s= v 0

i0=R C .. .. . .. .. . .. . (6 )

Calcul des résistances inconnues :

D’après les études, statique et dynamique, qu’on a faites, et les suppositions qu’on a introduites, on distingue les équations suivantes :

On suppose Zs=1035W

(6) R C 2=Zs 2=Zs=1035W

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(1) R E 2=250W

(2) R 3=65610W

(3) R 4=11400 W

On suppose que : R E 1=250W

(1)

R C=V CC−V CE−R E I C(1+ 1

β )I C

R C=1035W

(2) R 1=65610W

(3) R 4=11400 W

R B 1=R B 2=R 3 // R 4=R 1 // R 2=9712W

(4) A v 2≈−123

(4)A v 1≈−111

On a: A v=A v 1×A v2 ⇒ A v≈13684

Déphasage :

ϕ 1=ϕ 2=180 ° ⇒ϕ=0°

(5)

Ze 1=Ze 2=1518W

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(400≤Ze 1≤1800 )

(6) Zs 1=1035W

Stabilité thermique :

V bb=Vcc×R2

R1+R2

Rb=R1×R 2

R1+R2

S=ΔI C

ΔI CBO

= 1+β

1−β×ΔI B

ΔIC

V bb=Rb×I B+RE×( I C+ I B)+V BE

ΔI B

ΔIC

=−RE

Rb+RE

S= 1+β

1+βR E

R E+R B

Cette étude est la même pour les deux étages (en statique):

S 1=S 2=35 . 6

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On a trouvé une stabilité thermique acceptable.

Calcul des condensateurs:

C 1=100

2 fπ (r g+Z E ) ⇒ C 1=4 μF

C 2=10002 fπR E 1

⇒ C 2=0 .32mF

C 3=1002 fπ ( Z E 2+Z S 1 )

⇒ C 3=3 .1 μF

C 4=10002 fπR E 2

⇒ C 4=0 .32mF

C 5=102 fπ ( R L+Z S )

⇒ C 5=2.6 μF

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Adaptations des impédances :

ZeZe+rg

=0 .75

Cela signifie que 75% de la tension à amplifier eg arrive à l’entrée, ce qui donne une acceptable adaptation.

RL

RL+Zs=0.66

Cela signifie que 66% du signal amplifié arrive au niveau de la charge, ce qui est une acceptable adaptation en sortie

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La simulation:

La figure si dessus montre les résultats obtenus par la simulation de ce amplificateur avec WorkBench v5.12 :

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Av pratique =10016

Conclusion :

C’est très logique la différance qu’il existe entre l’étude théorique et la simulation sur workbench, parce que en réalité il y a plusieurs chose qui fait cette différence comme la résistance des divers composantes qui nous ignorons à l’étude théorique , la température………..

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Bibliographié :

1) Cours de Génie Electrique

G. CHAGNONLicence Professionnelle de Génie IndustrielUniversité Paris VI-Jussieu ; CFA Mecavenir

2) Cours d’Electronique AnalogiqueENSPS - 1ière année. Année universitaire : 2003/2004Thomas HeiserLaboratoire PHASE-CNRS(Physique et Applications des Semi-conducteurs)Campus Cronenbourghttp://www-phase.c-strasbourg.fr/~heiser/EA2004/