Électronique analogique 1A

1. Électronique analogique 1A Fabien Lemarchand Disponible sur http://flemarchand.perso.ec-marseille.fr/ ECM 2007-2008

2. Circuits non linéaires • AOP • Diode • transistor ECM 2007-2008

3. Amplificateur Opérationnel • C’est un circuit intégré (transistors, résistances, condensateurs). • C’est un amplificateur différentiel à 2 entrées inverseuses et non inverseuses, nécessitant un apport d’énergie sous forme d’une alimentation symétrique +/- 15V. • Si –Vsat < Vs < +Vsat, l’AOP fonctionne en linéaire. • Sinon Vs= +/- Vsat  Valim, et l’AOP fonctionne en saturé ECM 2007-2008

4. µ0 > 105 = 100dB c /2 1 Hz Rs i+=0 v+ i-=0 vs µ(v+-v-) v- Ampli op: modèle en linéaire • Simplification • Gain • Conséquence:  faible (en linéaire) ECM 2007-2008

5. AOP: stable ou instable ? • j equivalent a d/dt • Équation differentielle entre entrée et sortie. • Sortie divergente ? • Exemple: AOP en inverseur. On suppose RsAOP = 0. Stable ? • Idem bouclage sur le + ECM 2007-2008

6. La diode a jonction PN • Analogie hydraulique • Nécessité de définir un point de fonctionnement ECM 2007-2008

7. U 47 5V Le régime statique: point de fonctionnement • Soit un dipôle de caractéristique U = f(I). Le point de fonctionnement (en statique) est donnée par l’intersection de la caractéristique du dipole et la droite de charge imposée par le reste du montage. Il possède les coordonnées U et I • Exemple: déterminer P ECM 2007-2008

8. u 47 5V e Le régime dynamique: étude en petit signaux • Hypothèse: on connaît le point de fonctionnement U0 et I0 et e << 5V • On ne s’intéresse maintenant plus qu’aux variations des tensions et intensités liées aux faibles variations de la source notées u = U(t) –U0 et i = I(t) –I0 (ATTENTION NOTATIONS) • Exemple: déterminer u et i en fonction de e ECM 2007-2008

9. Les équivalences en petits signaux • Résistance • Condensateur • Inductance • Tension continue • Tension alternative • diode ECM 2007-2008

10. Le transistor ECM 2007-2008

11. Transistor • composant électronique actif fondamental • utilisé comme interrupteur commandé et pour l'amplification, mais aussi pour stabiliser une tension, moduler un signal ainsi que de nombreuses autres utilisations • provient de l’anglais transconductance varistor (résistance variable de transconductance) Bell Labs 1948 • dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives qui permet le contrôle grâce à une électrode d'entrée (base pour les bipolaires et grille pour les FET) d'un courant ou d'une tension sur l'une des électrodes de sorties (collecteur pour les bipolaires et drain pour les FET). • Un lien http://perso.orange.fr/e-lektronik/LEKTRONIK/C4.htm ECM 2007-2008

12. Evolution chez Intel • microprocesseurs Intel : • 1971 : 4004 : 2 300 transistors • 1978 : 8086 : 29 000 transistors • 1982 : 80286 275 000 transistors • 1989 : 80486 : 1,16 millions de transistors • 1993 : Pentium : 3,1 millions de transistors • 1995 : Pentium Pro : 5,5 millions de transistors • 1997 : Pentium II : 27 Millions de transistors • 2001 : Pentium 4 : 42 millions de transistors • 2004 : Pentium Extreme Edition : 169 millions de transistors ECM 2007-2008

13. Transistor bipolaire • 2 types , 3 électrodes, 2 jonctions • Sens des courants imposé ECM 2007-2008

14. 3 états • Bloqué • IB=IC = 0 • VBE < 0.7V • Saturation • Ic =Icsat<  IB (critère de saturation) • VCE = 0 à 0.1V (conséquence de la saturation) • Linéaire • VCE > 1V • IC =  IB ( donnée constructeur entre 50 et 150) • VBE = 0.7V (jonction EB passante) ECM 2007-2008

15. Analogique hydraulique • un courant IB assez faible permet l'ouverture du "robinet" (B), ce qui provoque via l'émetteur (E) l'écoulement d'un fort courant Ic en provenance du réservoir collecteur (C). • lorsque le "robinet" est complètement ouvert, le courant Ic est maximal: il existe donc (on s'en doutait!) une limite physique au gain en courant. ECM 2007-2008

16. Étude du point de fonctionnement (T. NPN) • B, E, C • 3 courants, 3 tensions • IE= IB+IC et VBC = VBE-VCE • On conserve 4 coordonnées: P (VBE, IB, VCE, IC) • Exemple: déterminer P +Vcc +Vcc R1 Rc R2 ECM 2007-2008

17. Caractéristiques d’entrées / sorties 3 régimes de fonctionnement: Identifier bloqué, linéaire, saturé 0.7 ECM 2007-2008

18. Illustration des trois régimes Vcc =12V Rc = 1k Rb = 10k E Déterminer l’état du transistor en fonction de la valeur de E entre 0 et 5V On donne  = 100 ECM 2007-2008

19. Un exemple du transistor en commutation ECM 2007-2008

20. Le transistor en petits signaux ou régime dynamique • HYPOTHESE: REGIME LINEAIRE • Modélisation:on exprime vbe = f(ib, vce) et ic = f(ib, vce) en linéarisant les caractéristiques autour du point de fonctionnement • Soit vbe = h11 ib +h12vceet ic = h21ib+h22 vce • H matrice hybride • Donner les définitions des hij et leurs dimensions ECM 2007-2008

21. Le transistor en petits signaux ou régime dynamique • Expérimentalement: h12 est très faible (10-4) • h11 et 1/h22 de l’ordre du k • h21 noté dans les doc hFE de l’ordre de  (attention la valeur de  est une valeur statique) ECM 2007-2008

22. Préparation du TP • Le montage • Déterminer le point de fonctionnement • Régime statique ? • Eq dte d’attaque ? • Eq dte de charge ? • Montage en petits signaux: redessiner le montage en régime dynamique avec valeurs de C : supposées >> 10 µF f = 1kHz ECM 2007-2008

23. Préparation du TP • Déterminer A0 = vRL /e si RL =infini • Même question si RL est finie • En déduire l’impédance de sortie du montage • Déterminer l’impédance d’entrée du montage • Gain en courant et en puissance • Quel est le rôle de ce montage, quelles sont ses limitations ? ECM 2007-2008