electronique en partant de 0 - leÃ§on 16

8/17/2019 Electronique en Partant de 0 - LeÃ§on 16

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E

C1

C2

R1

R2R4

R3

BC

12 V

R5

R6

BC

R7

C3

R8

TR1TR218 000ohms

2 200

ohms

2 200ohms

220ohms

10 000ohms

100 000ohms

10 000ohms

1 000ohms

47 000ohms

GAIN 10 GAIN 10

LE COURS

ELECTRONIQUE magazine - n° 1683

t ens ion d ’a lim ent at ion = 1 2 v olt sva le ur m oye nne de la Hfe = 1 10g a in né ce s s a ire = 1 0 fo is

nécessairement connaître ces troisparamètres:

- la valeur Vcc de la tension d’alimen-tation

- la valeur Hfe du transistor- le Gain, c’est-à-dire le nombre de fois

que nous voulons amplifier le signal.

Admettons, par exemple, que nousayons ces données comme référence:

si vous cherchez dans n’importe queltexte apprenant à calculer les valeursdes résistances nécessaires à polari-ser correctement ce transistor, oud’autres, vous vous retrouverez immé-

diatement en difficulté car vous n’au-rez à disposition que des formulesmathématiques complexes et peud’exemples pratiques.

La méthode que nous vous enseignons,même si elle est élémentaire, vous per-mettra de trouver toutes les valeursnécessaires pour les résistances R1,R2, R3 et R4.

Ne faites jamais l’erreur, trop souventcommise, de calculer la valeur desrésistances de façon à obtenir un gainmaximal du transistor.

Dans la pratique, pour avoir la certi-tude que le signal amplifié que l’on pré-lève sur le Collecteur ne soit jamais“coupé” (voir figure 432), il est toujourspréférable de travailler avec des gainstrès bas, par exemple, 5, 10 ou 20 fois.Si l’amplification est insuffisante, il estconseillé d’utiliser un second étage pré-amplificateur.

Si l’on veut, par exemple, amplifier un

signal de 100 fois, il est toujours préfé-rable d’utiliser deux étages (voir figure

Figure 440 : Pour ne pas “ couper” un signal sur les deux ext rémités, il est toujourpréférable d’utiliser deux étages calculés pour un faible gain. Pour calculer lesvaleurs des résistances, on part toujours du transistor TR2, puis on passe au TR1.

440), et de calculer leurs résistances depolarisation de façon à obtenir un gaind’environ 10 fois pour chaque étage.

De cette façon, on obtient un gain totalde:

1 0 x 1 0 = 1 0 0 f o is

On pourrait également calculer le pre-mier étage, TR1, pour un gain de 20fois, et le deuxième étage, TR2, pourun gain de 5 fois, en obtenant ainsi ungain total de:

2 0 x 5 = 1 0 0 f o is

Donc, pour obtenir des amplificationsimportantes, il est toujours préférabled’utiliser plusieurs étages amplifica-teurs pour éviter tous les risques que

l’on pourrait prendre en amplifiant aumaximum un seul transistor.

En limitant le gain d’un transistor, onobtient tous ces avantages :

- On évite la distorsion. Si on amplifieun signal de façon exagérée avec unseul transistor, les crêtes des demi-ondes positives ou négatives serontpresque toujours “coupées”, et donc,notre signal sinusoïdal se transformeraen une onde carrée, provoquant ainsiune distorsion considérable.

- On réduit le bruit de fond (parasite).Plus un transistor amplifie, plus le bruitde fond produit par les électrons enmouvement augmente, et écouter dela musique avec ce bruit n’est vraimentpas agréable!

- On évite les auto-oscillations. En fai-sant amplifier au maximum un tran-sistor, celui-ci peut facilement auto-osciller en générant ainsi desfréquences ultrasoniques, c’est-à-dire

non audibles, qui feraient surchaufferle transistor au point de le détruire.

Pour les calculs, on utilise la valeurmoyenne, c’est-à-dire 0,65 volt.

Vb = valeur de la tension présenteentre la Base et la masse. Cette valeurcorrespond à la tension présente auxbornes de la résistance R4.

VR 4 =valeur de la tension (en volt) pré-sente sur les extrémités de la résistanceR4, placée entre l’Emetteur et la masse.

R1 = valeur de la résistance (en ohm)qu’il faut appliquer entre la Base et lepositif d’alimentation.

R2 =valeur de la résistance (en ohm) qu’ilfaut appliquer entre la Base et la masse.

R3 = valeur de la résistance (en ohm)qu’il faut appliquer entre le Collecteur

et la tension positive de l’alimentation.

R4 = valeur de la résistance (en ohm)qu’il faut appliquer entre l’Emetteur etla masse.

Ib = valeur du courant (en mA) de laBase.

I e = valeur du courant (en mA) del’Emetteur.

Ic = valeur du courant (en mA) du Col-lecteur.

Hf e = c’est le rapport existant entre lecourant du Collecteur et le courant dela Base.

En appliquant un courant déterminé surla Base, on obtiendra sur le Collecteurun courant supérieur, égal à celui dela Base multiplié par la valeur Hfe.

En pratique, cette augmentation cor-respond au gain statique de courantdu transistor.

Si vous ne réussissez pas à repérer lavaleur Hfe dans un manuel, vous pour-rez la trouver en réalisant le testeur detransistor que nous vous proposeronsdans la prochaine leçon.

Gain = indique le nombre de fois dontle signal appliqué sur la Base estamplifié.

Ca lcul de sr é s is t a n c e s d ’u n é t a g e

préam plif ica t eu r B FPour calculer la valeur des quatre résis-tances R1, R2, R3 et R4 d’un étagepréamplificateur en configuration “émet-teur commun” (voir figure 441), on doit


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LE COURS


Calculer Ic(coura nt du C ollec te ur )

Comme troisième opération, on devracalculer la valeur du courant parcourantle Collecteur, en utilisant la formule:

Ic (mA) = [(Vcc : 2) : (R3 + R4)] x 1 00 0

Note: le nombre 1 00 0, que l’on trouve à la fin de cette formule n’ est pas la valeur de R4 mais un mult iplicateur qui nous permet d’obt enir une valeur de courant exprimée en m illiampères.

En insérant nos données dans la for-mule, on obtient:

[(1 2 : 2 ) : ( 1 0 0 0 0 + 1 0 0 0 )] x 1 0 0 0= 0 ,5 4 5 m A

Donc, le courant Ic parcourant le Col-lecteur est de 0,545 milliampère.

Calculerla va leur de VR4

Nous devons à présent poursuivre nos

calculs en calculant la valeur de la ten-sion (en volt) présente aux bornes dela résistance R4, reliée entre l’Emet-teur et la masse, en utilisant la formule:

Tension sur R4 (volt) = (Ic x R4 ) : 1 00 0

En effectuant notre opération, onobtient:

(0 , 5 4 5 x 1 0 0 0 ) : 1 0 0 0 = 0 , 5 4 5 vo lt

Calculer

la va leu r de R2La valeur de la résistance R2 est liéeà la valeur de la résistance R4 et à lavaleur Hfe moyenne du transistor quel’on veut polariser.

Dans l’exemple représenté sur la figure441, la charge est constituée par lavaleur de la résistance R5 reliée, après

le condensateur électrolytique C2, entrele Collecteur et la masse. En pratique,la valeur ohmique de la résistance R3doit toujours être inférieure à la valeurde la résistance R5. A ce propos, cer-tains documents conseillent de choisirune valeur plus petite de 6, 7, ou 8fois, mais dans la pratique, on peut uti-liser une valeur inférieure de 5 fois oumême moins.

En admettant que la valeur de la résis-tance R5 soit de 47 000 ohms, pourtrouver la valeur de la résistance R3,on devra effectuer cette simple division:

R3 (ohm) = R5 : 5

4 7 0 0 0 : 5 = 9 4 0 0 ohm s

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on utilise la valeur commer-ciale la plus proche, qui est, dans le casprésent, de 10000 ohms (10 kilohms).

Calculer

la va leu r de R4Une fois la valeur 10000 ohms choi-sie pour la résistance R3, on peut effec-tuer la seconde opération, qui nous per-met de trouver la valeur ohmique de larésistance R4, en utilisant la formule:

R 4 = R 3 : G a in

Puisque, comme nous l’avons déjàexpliqué, il n’est jamais conseillé dechoisir des gains supérieurs à 10 ou20 fois, on choisira donc le minimum,

c’est-à-dire 10 fois. Ayant choisi pourR3 une valeur de 10 000 ohms, larésistance R4 doit avoir une valeurohmique de:

1 0 0 0 0 : 1 0 = 1 0 0 0 oh ms

- On évite que le corps du transistor nesurchauffe. En pratique, plus la tem-pérature de son corps augmente, plus

le courant du Collecteur augmente et,lorsque ce courant augmente, la tem-pérature augmente proportionnellementégalement. Se produit alors une réac-tion incontrôlée, appelée “l’effet ava-lanche”, qui détruit le transistor. Pourréduire ce risque, on place un radiateurde refroidissement sur le corps destransistors de puissance des étagesde puissance, afin de dissiper le plusrapidement possible la chaleur de leurcorps.

- On ne réduit pas la bande passante.En fait, plus le gain est important, pluson réduit la bande passante. Cela signi-fie que, si dans un préamplificateur BFHi-Fi, on fait amplifier le transistor pasplus de 20 ou 30 fois, on réussit àamplifier toute la gamme des fré-quences acoustiques, en partant d’unminimum de 25 hertz environ jusqu’àun maximum de 50000 hertz.

Au contraire, si on le fait gagner 100 foisou plus, il ne réussira plus à amplifier aumaximum toutes les fréquences des

notes aiguës supérieures à 10000 hertz.Après cette introduction, nous pouvonspoursuivre en vous expliquant quellessont les opérations à effectuer pourtrouver la valeur des résistances R1,R2, R3 et R4, pour un étage préampli-ficateur BF, utilisant un seul transistor(voir figure 441).

Calculerla va leu r de R3

Pour trouver la valeur à donner à larésistance R3 devant être reliée au Col-lecteur, on doit tout d’abord connaîtrela valeur ohmique de la résistance decharge sur laquelle sera appliqué lesignal amplifié.

0,545 V

5,5 V

E

C1

C2R1

R2R4

R3

R5

BC

12 V

47 000ohms

100 000ohms

12 000ohms

10 000ohms

1 000ohms

GAIN10 fois

Figure 441 : Étage préamplificateur calculé pour un gain de10 fois, alimenté avec 12 volts. On ne trouve sur le Collect eurque 5,5 volts au lieu de 6 volts, c ar 0,545 volt présent auxbornes de la résistance R4 de l’Emett eur est prélevé surles 12 volts Vcc.

GAIN15 fois

E

C1

C2R1

R2R4

R3

R5

BC

18 V

47 000ohms

120 000ohms

8 200ohms

10 000ohms

680ohms

0,57 V

8,4 V

Figure 44 2 : Étage préamplificateur calculé pour un gain de15 fois et alimenté avec 12 volts. On ne trouve sur leCollecteur que 8,4 volts au lieu de 9 volts, car 0,57 voltprésent aux bornes de la résistance R4 de l’Emetteur estsoustrait aux 1 8 volts Vcc.


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LE COURS


La formule à utiliser pour trouver la valeurde la résistance R2 est la suivante:

R 2 = (m o y e nn e H fe x R 4 ) : 1 0

En insérant les données que l’on connaîtdéjà, on obtient:

(1 1 0 x 1 0 0 0 ) : 1 0 = 1 1 0 0 0 o hm s

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on doit rechercher la valeurla plus proche qui pourrait être dansnotre cas, 10000 ou 12 000 ohms.Pour cet exemple, on choisit la valeurla plus élevée pour la R2, c’est-à-dire12000 ohms (12 kilohms).


Une fois trouvée la valeur de R2, onpeut trouver la valeur de R1, en utili-sant cette formule:

R1 = [(Vcc x R2 ) : (Vbe + VR4)] – R2

On connaît déjà les données à insérerdans cette formule:

Note: puisque la Vbe d’un transistor pourrait être de 0,7 volt, ou bien de 0,6 volt, il est toujours préférable de choisir la valeur moyenne égale à 0, 65 volt.

En insérant les données dans la for-mule, on obtient:

[(1 2 x 1 2 0 0 0 ) : (0 , 6 5 + 0 , 5 4 5 )]– 1 2 0 0 0

Pour commencer, on effectue la multi-

plication:1 2 x 12 0 0 0 = 1 4 4 0 0 0

puis, on additionne la Vbe et la VR4:

0 , 6 5 + 0 , 5 4 5 = 1 , 1 9 5

On continue en divisant le premier résul-tat par le second:

1 4 4 0 0 0 : 1 , 1 95 = 1 2 0 5 0 0

On soustrait ensuite la valeur de R2 à

ce nombre:

1 2 0 0 0 0 – 1 2 0 0 0 = 1 0 8 0 0 0 ohm s

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on peut utiliser pour R1 la valeur

commerciale la plus proche, qui est évi-demment 100000 ohms (100 kilohms).

Souvenez-vous que, lorsqu’on a calculéla valeur de R2, on pouvait choisir entredeux valeurs standard, c’est-à-dire entre10000 et 12000 ohms, et que nousavons alors choisi la seconde.

On peut à présent contrôler, toujoursà l’aide de la formule ci-dessus, lavaleur que nous aurions dû choisir pourR1 si l’on avait choisi une valeur de10000 ohms pour R2.

R 1 = [(1 2 x 1 0 0 0 0 ) : (0 , 6 5 + 0 , 5 4 5 )]– 1 0 0 0 0

[(12 0 00 0) : (1 ,1 95 )] – 10 00 0= 9 0 4 1 8 o hm s

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on doit nécessairement choi-sir la valeur commerciale la plusproche, qui pourrait être 82000 ohms(82 kilohms) ou bien 100 000 ohms(100 kilohms).

Ca lculer le ga in

Etant donné que pour tous ces calculs,nous avons arrondi différentes valeursde résistances, nous voudrions connaîtrele nombre de fois que le transistor aamplifié le signal appliqué sur la Base.

Pour connaître le gain, on peut utilisercette simple formule:

G a in = R 3 : R 4

Etant donné que nous avons choisiune valeur de 10 000 ohms pour larésistance R3 du Collecteur, et unevaleur de 1 000 ohms pour la résis-tance R4 de l’Emetteur, le transistoramplifiera de:

1 0 0 0 0 : 1 0 0 0 = 1 0 fo is

Si au lieu d’utiliser une valeur de 1000pour la résistance R4, on avait utiliséune valeur de 820 ohms, le transistoraurait amplifié le signal de:

1 0 0 0 0 : 8 2 0 = 1 2 , 1 9 f ois

Si au contraire on avait utilisé unevaleur de 1 200 ohms, le transistoraurait amplifié de:

1 0 0 0 0 : 1 2 0 0 = 8 , 3 3 fo is

Avec cet exemple, nous vous avons mon-tré que pour augmenter ou réduire legain d’un étage amplificateur, il suffitde varier la valeur de la résistance R4.

Note: la formule R3 : R4 est valable seulement s i aucun condensateur électroly- tique n’est relié en parallèle à la R4,comme sur la figure 447 .

S i g n a lm a x im u m s u r la B a s e

Connaissant le gain et la valeur de latension de l’alimentation Vcc, on peutcalculer le signal maximum à appliquersur la Base pour pouvoir prélever unsignal non distordu au Collecteur, enutilisant la formule:

B ase (volt ) = (Vcc x 0 , 8) : ga in

Avec un gain de 10 fois, on pourraappliquer sur la Base un signal dont

l’amplitude ne devra jamais dépasserla valeur de:

(1 2 x 0 , 8 ) : 1 0= 0 ,96 vo l t c r ê t e à c r ê t e

Avec un gain de 12,19 fois, on pourraappliquer sur la Base un signal dontl’amplitude ne devra jamais dépasserla valeur de:

(1 2 x 0 , 8 ) : 1 2 , 1 9= 0 ,78 vo l t c r ê t e à c r ê t e

Note: le facteur de multiplication 0,8 s’utilise pour éviter de “couper” le signal sur les deux extrémités dans le cas où la tension présente sur le Collecteur serait légèrement supérieure ou infé- rieure par rapport à la tension désirée (voir les figures 434 et 435 ), à cause de la tolérance des résistances.

Calcul pouru n g a in d e 1 5 f o is ,en a l imentant let r a n s is t o r a v e c 1 8 v o lt s

Dans l’exemple précédent, nous noussommes basés sur une valeur de ten-sion de l’alimentation Vcc de 12 volts.A présent, nous voudrions savoir quellesvaleurs utiliser pour les résistances R1,R2, R3 et R4, si le même transistor étaitalimenté à l’aide d’une tension de 18volts (voir figure442), et si l’on voulaitamplifier 15 fois un signal.


En admettant que la résistance decharge R5 soit toujours égale à 47 000ohms, on pourra alors choisir pour la

Vcc = 1 2 vo lt sR2 = 1 2 0 0 0 ohm sVbe = 0 ,6 5 voltVR 4 = 0 ,5 4 5 volt


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bornes de la résistance R4 reliée entrel’Emetteur et la masse, c’est-à-dire lavaleur VR4, en utilisant la formule:

V R4 = (I c x R 4 ) : 1 0 0 0

En effectuant notre opération, onobtient:

(0 , 8 4 2 6 x 6 8 0 ) : 1 0 0 0= 0 , 5 7 2 9 v o lt


La valeur de la résistance R2 est liéeà la valeur de la résistance R4 et à lavaleur Hfe moyenne du transistor quel’on veut polariser correctement.

R 2 = (m o y e n ne H f e x R 4 ) : 1 0

En insérant les données que l’onconnaît déjà, on obtient:

(1 1 0 x 6 8 0 ) : 1 0 = 7 4 8 0 o hm s

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on doit rechercher la valeurla plus proche pour R2, qui pourraitêtre dans notre cas, 6 800 ou 8200ohms (6,8 ou 8,2 kilohms).


En admettant que l’on choisisse unevaleur de 8200 ohms pour R2, on peuttrouver la valeur de R1, en utilisant la for-mule que l’on connaît déjà, c’est-à-dire:

R1 = [(Vcc x R2 ) : (Vbe + VR4)] – R2

On connaît déjà les données à insérerdans cette formule:

LE COURS


résistance R3, une de ces trois valeurs:8200, 10000 ou 12000 ohms.


Une fois la valeur de 10000 ohms choi-sie pour la résistance R3, on peut effec-tuer la seconde opération pour trouverla valeur ohmique de la résistance R4,en utilisant la formule que l’on connaîtdéjà, c’est-à-dire:

R 4 = R 3 : g a in

Pour obtenir un gain de 15 fois la résis-tance, R4 doit avoir une valeur de:

1 0 0 0 0 : 1 5 = 6 6 6 o hm s

Sachant que cette valeur n’est passtandard, on utilise la valeur la plusproche, c’est-à-dire 680 ohms.

Ca lculer Ic(coura nt du C olle c te ur )

La troisième opération consiste à cal-culer la valeur du courant qui parcourtle Collecteur, en utilisant la formule:

Ic (en mA) =[(Vcc : 2 ) : (R3 + R4)] x 1 00 0

On peut ensuite effectuer notre opé-ration pour trouver la valeur Ic :

[(1 8 : 2 ) : (1 0 0 0 0 + 6 8 0 )] x 1 0 0 0= 0 , 84 2 6 m A

Donc, le Collecteur de ce transistor seraparcouru par un courant de 0,8426 mil-liampère.

Calculer

la va leu r de VR4On peut maintenant calculer la valeurde la tension que l’on retrouvera aux

on obtient donc:

[(1 8 x 8 2 0 0 ) : (0 , 6 5 + 0 , 5 7 2 9 )]– 8 2 0 0

Pour commencer, on effectue la multi-plication:

1 8 x 8 2 0 0 = 1 47 6 0 0


0 , 6 5 + 0 , 5 7 2 9 = 1 , 2 2 2 9

On continue en divisant le premier résul-tat par le second:

1 4 7 6 0 0 : 1 , 22 2 9 = 1 2 0 6 9 6

On soustrait ensuite la valeur de R2 àce nombre:

1 2 0 6 9 6 - 8 2 0 0 = 1 1 2 4 9 6 o hm s

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on peut utiliser pour R1 la valeurcommerciale la plus proche, qui est évi-demment 120000 ohms (120 kilohms).

Ca lculer le ga in

Comme nous avons arrondi les valeursde différentes résistances, nous vou-drions savoir si cet étage amplifiera 15fois le signal appliqué sur la Base, etpour cela, on peut utiliser cette simpleformule:

G a in = R 3 : R 4

Etant donné que la valeur de la résis-tance R3 appliquée sur le Collecteurest de 10000 ohms et la valeur de larésistance R4 appliquée sur l’Emetteurest de 680 ohms, cet étage amplifieraun signal de:

1 0 0 0 0 : 6 8 0 = 1 4 , 7 fo is

c’est-à-dire une valeur très proche de15 fois.

Vcc = 1 8 volt sR 2 = 8 2 0 0 ohm sVbe = 0 ,6 5 vo ltVR 4 = 0 ,5 7 2 9 volt

E

C1

C2R1

R2 R4

R3

R5

BC

18 V

47 000ohms

120 000ohms

8 200ohms

10 000ohms

680ohms

hfe 110

Figure 443 : Les valeurs reportées sur ce schéma se réfèrentà un étage préamplificateur calculé pour un gain de 15 fois,alimenté sous 18 volt s, en utilisant un transistor ayant uneHfe moyenne de 110 .

E

C1

C2R1

R2 R4

R3

R5

BC

18 V

47 000ohms

82 000ohms

5 600ohms

10 000ohms

680ohms

hfe 80

Figure 444 : Si on insérait un transistor d’une valeur Hfe de 80dans l’étage de la figure 443, on devrait, théoriquement, modifierles valeurs de R1 et R2. Comme nous l’avons expliqué à traversla leçon, pour R1 et R2, on choisit toujours une valeur moyenne.


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Ce gain de 14,7 fois est toutefois seu-lement théorique, car il ne tient pascompte de la tolérance des résistances.

En admettant que la Résistance R3 aitune valeur réelle de 10450 ohms et larésistance R4, une valeur réelle de 675ohms, on obtiendra un gain de:

1 0 4 5 0 : 6 7 5 = 1 5 , 4 8 fo is

Si au contraire, la résistance R3 avaitune valeur de 9600 ohms et la R4, unevaleur de réelle de 689 ohms, onobtiendrait une valeur de:

9 6 0 0 : 6 8 9 = 1 3 , 9 3 fo is

En raison des tolérances des résis-tances, on doit toujours considérer quele gain calculé peut varier de ±5 %.

U n s ig n a lm a x im a l s u r la B a s e

Connaissant le gain et la valeur de latension de l’alimentation Vcc, on peutcalculer le signal maximum à appliquersur la Base pour pouvoir prélever unsignal dépourvu de distorsion du Col-lecteur, en utilisant la formule:

B ase (volt ) = (Vcc x 0 , 8) : ga in

Avec un gain de 15 fois et une tensiond’alimentation de 18 volts, on pourraappliquer sur la Base des signaux dontl’amplitude ne devra jamais dépasserla valeur de:

(1 8 x 0 , 8 ) : 1 5= 0 ,96 vo l t c r ê t e à c r ê t e

Et s i le t r ans is to r a va itu ne H f e d if f é r e n t e ?

Dans l’exemple de la figure 442, on acalculé les valeurs des résistances R1,R2, R3 et R4, en prenant commeexemple une Hfe moyenne de 110, maisen admettant que l’on remplace ce tran-sistor par un autre de même référence,mais ayant une Hfe de 80, seules lesvaleurs des résistances R1 et R2 pour-raient changer dans le circuit.

R 2 = ( m o y e nn e H fe x R 4 ) : 1 0

R1 = [(Vcc x R2 ) : (Vbe + VR4)] – R2

Si l’on introduit dans ces formules lesvaleurs que l’on connaît déjà, on obtientces données :

(8 0 x 6 8 0 ) : 1 0= 5 4 4 0 o h m s po ur la R 2

comme cette valeur n’est pas stan-dard, on utilise la valeur commercialela plus proche, c’est-à-dire 5600 ohms(5,6 kilohms).

R 1 = [(1 8 x 5 6 0 0 ) : (0 , 6 5 + 0 , 5 7 2 9 )]– 5 6 0 0

En effectuant tout d’abord toutes lesopérations qui se trouvent entre paren-thèses, on obtient:

(1 0 0 8 0 0 ) : (1 , 2 2 2 9 ) – 5 6 0 0= 7 6 8 2 7 o hm s

Pour la résistance R1, on devraitdonc utiliser une valeur de 76 827ohms, mais étant donné que ce n’estpas une valeur standard, on devrachoisir la valeur commerciale la plusproche, c’est-à-dire 82000 ohms (82

kilohms).

A présent, si l’on fait une comparaisonentre un transistor ayant une Hfe de110 et un autre, ayant une Hfe de 80(voir les figures 443 et 444), on remar-quera ces différences :

Comme vous pouvez le constater, sile transistor a une Hfe inférieure, ilfaut seulement baisser la valeur desdeux résistances R1 et R2.

Comme il est pratiquement impossiblede changer les valeurs des résistancesR1 et R2 d’un circuit chaque fois qu’onremplace un transistor, puisqu’onignore si celui que l’on remplace a uneHfe de 60, 80, 100, 110 ou 120, pasplus qu’il n’est possible de contrôlerune infinité de transistors pour pouvoiren trouver un de la Hfe voulue, on faitdonc une moyenne entre la valeur qu’il

LE COURS

faudrait pour une Hfe faible et pourune Hfe élevée.

Dans notre exemple, pour la résistanceR1, on pourrait choisir une valeurmoyenne de:

(1 2 0 0 0 0 + 8 2 0 0 0 ) : 2= 1 0 1 0 0 0 ohm s

et puisque cette valeur n’est pas stan-dard, on utilisera une valeur de100 000 ohms (100 kilohms).

Pour la résistance R2, on pourra choi-sir une valeur moyenne égale à :

(8 2 0 0 + 5 6 0 0 ) : 2 = 6 9 0 0 o hm s

et puisque cette valeur n’est pas stan-dard, on utilisera une valeur de 6800

ohms (6,8 kilohms).

Grâce à cet exemple, vous aurez déjàcompris la raison pour laquelle, surbeaucoup de schémas identiques uti-lisant le même transistor, on peuttrouver des valeurs de résistances

considérablementdifférentes.

L’habileté d’unconcepteur de

montages ne réside pas dans le fait deprendre un seul transistor et de le pola-riser de la meilleure façon, mais dansle calcul des valeurs des résistancesde façon à ce que, sans apporteraucune modification au circuit, onpuisse insérer un transistor avec uneHfe quelconque.

Calcul pouram plif ie r des s ignauxd’am plitude t r è s é l evée(f ig ure 4 4 5 )

Dans les exemples pré-cédents, nous avonsconsidéré des gains de10 ou 15 fois pour pré-amplifier des signauxtrès faibles, mais, enadmettant que le signalà appliquer sur la Baseait une amplitude de 2volts crête à crête, ondevra amplifier beaucoupmoins pour éviter de“couper” les deux demi-

ondes. Si on utilise unetension d’alimentation de12 volts, on peut calcu-ler le gain maximal pou-vant être atteint en utili-sant la formule:

Hfe de 1 1 0 Hfe de 8 0 Va le ur m oye nneR 1 1 2 0 0 0 0 ohm s 8 2 0 0 0 ohm s 1 0 0 0 0 0 0 o hm sR 2 8 20 0 ohm s 5 60 0 ohm s 6 80 0 ohm s

E

C1

C2R1

R2 R4

R3

R5

BC

12 V

47 000ohms

100 000ohms

18 000ohms

8 200ohms

1 800ohms

GAIN4,8 fois

Figure 44 5 : Si vous devez amplifier des signauxd’amplitudes très élevées, pour éviter de “couper”les extrémités des deux demi-ondes comme sur lafigure 433 , vous devrez recalculer toutes les valeursdes résistances R1, R2, R3 et R4, de façon à réduirele gain. Avec la valeur reportée sur ce schéma etavec une tension Vcc de 12 volts, on obtient un gaind’environ 4,8 fois.


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LE COURS


On continue en divisant:

2 1 6 0 0 0 : 1 , 73 = 1 2 4 8 5 5

On soustrait ensuite la valeur de R2 àce nombre:

1 2 4 8 5 5 - 1 8 0 0 0 = 1 0 6 8 5 5 o hm s

Comme cette valeur n’est pas stan-dard, on peut utiliser pour R1 lavaleur commerciale la plus proche,qui est évidemment 100 000 ohms(100 kilohms).

Ca lculer le ga in

Etant donné que l’on a une R3 de8200 ohms sur le Collecteur, et uneR4 de 1800 ohms sur l’Emetteur, cet

étage amplifiera un signal de:

8 2 0 0 : 1 8 0 0 = 4 , 5 5 fo is

c’est-à-dire une valeur très proche de4,8 fois.

Ce gain de 4,55 est toutefois théoriquecar il ne tient pas compte de la tolé-rance des résistances.

Donc, sachant que cette valeur peutvarier de ±5 %, on ne peut pas exclurele fait que cet étage amplifie un signalde 4,32 fois ou bien de 4,78 fois.

L e c o n d e n s a t e u rsu r l’Eme t t e u r

Dans beaucoup de schémas d’étagespréamplificateurs, on trouve normale-ment un condensateur électrolytiquerelié en parallèle à la résistance R4 del’Emetteur (voir figure447), et vous vousdemandez, logiquement, à quoi il sert.

Ce condensateur appliqué en parallèleà la R4 sert à augmenter le gain d’en-viron 10 fois par rapport au gain cal-culé. Donc, si l’on a un transistor quiamplifie, en temps normal, 4,55 foisun signal, en reliant ce condensateurà l’Emetteur, il sera amplifié d’environ:

4 , 5 5 x 1 0 = 4 5 , 5 f o is

On utilise ce condensateur seulementlorsqu’il faut amplifier considérablementun signal à l’aide d’un seul transistor.

En appliquant une résistance en sérieà ce condensateur électrolytique (voirfigure 448), on peut réduire le gainmaximum de 10 fois sur des valeursinférieures, par exemple sur des valeurstelles que 7, 6, 5, 4 ou 2 fois.

on obtient donc:

[(1 2 x 1 8 0 0 0 ) : (0 , 6 5 + 1 , 0 8 )]– 1 8 0 0 0

Pour commencer, on effectue la multi-plication:

1 2 x 18 0 0 0 = 2 1 6 0 0 0


0 , 6 5 + 1 , 0 8 = 1 , 7 3

on devra refaire tous nos calculs pourconnaître les valeurs à utiliser pour R1,R2, R3 et R4.


En admettant que l’on choisisse unevaleur de 8 200 ohms pour R3, oncontinue alors avec les calculs suivants.


En connaissant la valeur ohmique deR3, on peut effectuer la seconde opé-ration pour trouver la valeur ohmique dela résistance R4, en utilisant la formule:

R 4 = R 3 : g a in

Etant donné qu’il nous faut un gain de4,8 fois, la résistance R4 devra avoirune valeur de:

8 2 0 0 : 4 ,8= 1 7 0 8 o hm s

Cette valeur n’étant pas standard, onutilise la valeur la plus proche, c’est-à-dire 1800 ohms (1,8 kilohm).

Ca lculer Ic(coura nt du C olle c te ur )

La troisième opération consiste àcalculer la valeur du courant qui par-court le Collecteur, en utilisant la for-mule:

Ic en mA =[(Vcc : 2 ) : (R3 + R4)] x 1 00 0

On peut ensuite effectuer notre opé-ration pour trouver la valeur Ic :

[(1 2 : 2 ) : (8 2 0 0 + 1 8 0 0 )] x 1 0 0 0= 0 ,6 m A

Donc, le Collecteur de ce transistor seraparcouru par un courant de 0,6 mil-liampère.

Calculerla va leu r de VR4

On peut maintenant calculer la valeur dela tension que l’on retrouvera aux extré-mités de la résistance R4 reliée entrel’Emetteur et la masse, c’est-à-dire lavaleur VR4, en utilisant la formule:

V R4 = (I c x R 4 ) : 1 0 0 0

En effectuant notre opération, on obtient:

(0 , 6 x 1 8 0 0 ) : 1 0 0 0 = 1 , 0 8 vo lt


Pour calculer la valeur de la résistanceR2, on utilise toujours la même formule:

R 2 = (m o y e n ne H f e x R 4 ) : 1 0

En insérant dans la formule les don-nées que l’on connaît déjà, on obtient:

(1 1 0 x 1 8 0 0 ) : 1 0= 1 9 8 0 0 o h m s po ur la R 2

Etant donné que cette valeur n’est passtandard, on doit rechercher la valeurla plus proche, qui pourrait être 18000ohms (18 kilohms).


En admettant que l’on choisisse unevaleur de 18 000 ohms pour R2, onpeut trouver la valeur de R1, en utili-sant la formule que l’on connaît déjà,c’est-à-dire :

R1 = [(Vcc x R2 ) : (Vbe + VR4)] – R2

On connaît déjà les données à insérer

dans cette formule:

te ns ion d ’a lim enta tio n = 1 2 v olt sva le ur m oye nne de la Hfe = 1 10g a in à obt e nir = 4 ,8

Vcc = 1 2 volt sR 2 = 1 8 0 0 0 ohm sVbe = 0 ,6 5 vo ltVR 4 = 1 ,0 8 vo lt

Gain maximum= (Vcc x 0 ,8 ) : s ignal (en volt )

on ne pourra donc pas amplifier plus de:

(1 2 x 0 , 8 ) : 2 = 4 , 8 g a i n m a xim u m

En partant des données suivantes:


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être appliqué sur la Base,de façon à prélever surson Collecteur un signaldépourvu de distorsion,en utilisant la formule:

Base (en vol t )= (Vcc x 0 ,8 ) : ga in

Avec un gain de 4,8 foiset une tension d’alimen-tation de 12 volts (voirfigure 445), on pourraitappliquer sur la Basedes signaux dont l’am-plitude ne devra jamaisdépasser une valeur de:

(1 2 x 0 , 8 ) : 4 , 8= 2 vo lt s c r ê t e à c r ê t e

Si le signal à appliquer sur la Base avaitune amplitude supérieure de 2 volts,on pourrait résoudre le problème enaugmentant la valeur de la résistanceR4, en la faisant passer des 1 800ohms actuels à une valeur supérieure,c’est-à-dire 2200 ohms.

De cette façon, le gain du transistordescendra sur la valeur de:

8 2 0 0 : 2 2 0 0 = 3 , 7 2 f ois

donc, on pourrait appliquer sur la Baseun signal qui pourra atteindre aussi unevaleur de:

(1 2 x 0 , 8 ) : 3 , 7 2= 2 ,58 vo l t s c r ê t e à c r ê t e

Les 3configurations classiques

On pense généralement que le signalà amplifier doit nécessairement êtreappliqué sur la Base et prélevé sur le

cette patte car, comme vous le savezcertainement, les condensateurs nelaissent pas passer la tension continuemais uniquement la tension alternative.

Sans ce condensateur, si on appliquaitsur la Base un microphone d’une résis-tance de 600 ohms (voir figure 449),cette valeur, placée en parallèle sur larésistance R2, modifierait la valeur dela tension présente sur la Base.

Si l’on appliquait directement uncasque ayant une résistance de 32ohms entre le Collecteur et la masse(voir figure 450), toute la tension posi-tive présente sur le Collecteur seraitcourt-circuitée vers la masse par lafaible résistance de ce casque.

S i g n a lm a x im u m s u r la B a s e

Connaissant le gain et la valeur de latension d’alimentation Vcc, on pourraitconnaître le signal maximum pouvant

E

C1

C2R1

R2R4

R3

BC

Vcc

10 µ F

Figure 447 : En reliant en parallèle un condensateurélect rolytique de 1 à 22 m icrofarads à la résistance R4 del’Emetteur, on pourra augmenter le gain de l’étagepréamplificat eur d’environ 10 fois par rapport à ce que nousavions calculé.

E

C1

C2R1

R2R4

R3

BC

Vcc

2 200 ohms

10 µ F

Figure 448 : Pour éviter qu’avec un excès de gain, le signalne sort e écrêté sur le Collecteur (voir figure 433) , il suffitde relier en série, au condensateur électrolytique, un trimmerou une résistance calc ulée de façon à réduire le gain del’étage.

Plus la valeur ohmique de larésistance placée en sériesur ce condensateur est éle-vée, plus on réduira le gainmaximum.

En admettant que l’on aitbesoin d’un gain d’exactement35 fois, la solution la plussimple pour connaître la valeurohmique à utiliser, c’est derelier en série un trimmer aucondensateur électrolytique.

En envoyant un signal sur laBase, on tournera le curseur dece trimmer jusqu’à ce que l’onobtienne l’exact gain voulu.

On mesurera ensuite la valeurohmique du trimmer, puis on

le remplacera par une résistance devaleur identique.

En ce qui concerne les étages préam-plificateurs dont le condensateur estinséré en parallèle à la résistance R4,toutes les résistances de polarisation,c’est-à-dire R1, R2, R3 et R4, sont cal-culées pour un gain maximum de 2 ou3 fois afin d’éviter que le signal ampli-fié ne sorte distordu.

L e c o n d e n s a t e u rd ’e n t r é e e t d e s o r t ieDans tous les étages amplificateurs, ily a toujours sur l’entrée Base et sur lasortie Collecteur, un condensateur élec-trolytique.

Ces deux condensateurs sont destinésà ne laisser passer que le signal alter-natif vers la Base ou pour le préleversur le Collecteur de façon à l’appliquerà l’étage suivant sans modifier la valeurde la tension continue qui se trouve sur

Courant du Collecteur IC (mA) =Vcc : 2

Tension aux bornes de R4 VR4 = ( Ic x R4 ) : 1.000

Résistance de la Base R2 (ohms) = ( hfe x R4 ) : 10 Vcc x R2

Signal maximum en entrée = ( Vcc x 0,8 ) : Gain

Résistance du Collecteur R3 (ohms) = R5 : 5

R3 + R4

0,65 + VR4 Résistance de la Base R1 (ohms) = – R2

Gain maximum = ( Vcc x 0,8 ) : Signal en Volt

Résistance de l'Emetteur R4 (ohms) = R3 : Gain

x 1 000

Figure 446 : Sur ce tableau, vous trouverez toutes les formulesnécessaires pour calculer les valeurs des résistances R1, R2,R3 et R4. Pour le calcul du courant du Collecteur Ic, nousavons volontairement reporté Vcc : 2, au lieu de Vce : 2, carles petites différences que l’on obtiendra ne pourront jamaisinfluencer le résultat final.


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Collecteur. Comme vous allez le voir,le signal amplifié peut être appliquésur l’Emetteur et prélevé sur le Col-

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lecteur, ou bien il peut être appliquésur la Base et prélevé sur l’Emetteur.

On appelle ces trois différentes façonsd’utiliser un transistor comme étage

amplificateur:“ Common Emitter” ou “ Emetteur commun” Dans cette configuration, le signal àamplifier est appliqué sur la Base et lesignal amplifié est récupéré sur le Col-lecteur (voir figure 451). Une petitevariation de courant sur la Base déter-mine une importante variation du cou-rant du Collecteur.

Le signal amplifiéque l’on prélèvesur le Collecteurest “déphasé” de180 degrés parrapport au signalappliqué sur laBase, c’est-à-direque la demi-ondepositive se trans-forme en demi-onde négative etque la négative setransforme en positive.

“Common collector” ou “Collecteur commun” Dans cette configuration (voir figure452), le signal à amplifier est appliquésur la Base mais il est récupéré surl’Emetteur et non pas sur le Collecteur.

Comme cette configuration n’amplifiepas, elle est normalement utiliséecomme étage “séparateur”, pourconvertir un signal à haute impédanceen signal à faible impédance.

Le signal que l’on prélève sur l’Emet-

teur n’est pas “déphasé”, c’est-à-direque la demi-onde positive appliquéesur la Base reste positive sur la sortiede l’Emetteur et la demi-onde négativeappliquée sur la Base reste négativesur l’Emetteur.

“ Common Base” ou “ Base commune” (voir figure 453)

Dans cette configuration, le signal àamplifier est appliqué sur l’Emetteur et

le signal amplifié est récupéré sur le Col-lecteur. Une petite variation de courantsur l’Emetteur détermine une variationmoyenne du courant sur le Collecteur.

Le signal amplifié que l’on prélève surle Collecteur n’est pas “déphasé”, c’est-à-dire que la demi-onde positive et lademi-onde négative qui entrent dansl’Emetteur, sont à nouveau prélevéespositive et négative sur le Collecteur.

Conclus ion

Vous avez maintenant en main tous leséléments nécessaires au calcul d’unamplificateur à transistor.

C’est volontairement que nous sommesrentrés dans le détail par le menu. Eneffet, la plupart des manuels d’élec-tronique donnent des formules compli-quées et dont la mise en applications’avère difficile sinon impossible pourl’électronicien amateur (et quelquefoismême pour l’électronicien profession-nel!). Les formules que nous vous

avons proposées sont simples et sontle fruit de très nombreuses années d’ex-périence. Dans la prochaine leçon, nouspasserons à la pratique et vous pour-rez, sans mal, le constater.

G . M .

E

BCMICROPHONE

R1

R2R4

R3

Figure 449 : Si aucun condensateur électrolytique n’estinséré dans la Base du transistor, la tension présente surcette patte sera court-circuitée à masse par la faiblerésistance du microphone, empêchant ainsi lefonctionnement du transistor.

E

BC

Figure 451 : Emett eur commun.Le signal est prélevé sur le Collecteuret appliqué sur la Base.

E

BC

Figure 452 : Collecteur commun.Le signal est prélevé sur l’Emet teur etappliqué sur la Base.

C

B

E

Figure 453 : Base commune.Le signal est prélevé sur le Collecteuret appliqué sur l’Emett eur.

E

BC

CASQUE

R1

R2R4

R3

Figure 450 : Si aucun condensateur électrolytique n’estinséré dans le Collect eur du transist or, la t ension présentesur cett e patte sera court -circuitée à masse par la résistancedu casque, coupant ainsi la tension d’alimentation auCollecteur.

Ce tableau indique ce qui différencieles trois configurations possibles.

Common Common CommonEmit t er Collec tor Base

Gain en t ension moyen nul fortGain en courant moyen moyen nulGain en puissance for t faible moyen

Impédance d' ent rée moyenne élevée basseImpédance de sort ie élevée basse élevéeInversion de phase oui non non

electronique en partant de 0 - leÃ§on 16

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