Montages de base en électronique - Festo · PDF fileTP 7 Réalisation de...

Livre d’exercices

Avec CD-ROM

Festo Didactic

567295 fr

Montages de base en électronique

C1

230 V/18 V

D1

230 V

50 HzUDC

R1

R2

UAC1

UAC2

D2

UDC

t

Référence : 567295

Édition : 09/2011

Auteur : Karl-Heinz Drüke

Rédaction : Frank Ebel

Graphisme : Anika Kuhn, Thomas Ocker, Doris Schwarzenberger

Mise en page : 01/2014, Frank Ebel, Beatrice Huber

© Festo Didactic SE, 73770 Denkendorf, Allemagne, 2014

Internet : www.festo-didactic.com

E-mail : [email protected]

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géographiquement au site /siège de l'acheteur comme suit.

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et à utiliser aussi des éléments du contenu pour la réalisation de son propre matériel de formation continue

du personnel de son site, à condition d'en mentionner la source, et à les dupliquer pour la formation

continue sur le site. Pour les écoles/universités et centres de formation, ce droit d'utilisation englobe

l'utilisation durant les cours par les élèves, stagiaires et étudiants du site.

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microfilmage ainsi que le transfert, le stockage et le traitement intégral ou partiel sur des systèmes

électroniques présupposent l'accord préalable de Festo Didactic SE.

Nota

Les termes enseignant, étudiant, etc. employés dans le présent document désignent aussi, bien

entendu, les enseignantes, étudiantes, etc. L'emploi d'un seul genre ne saurait constituer une

discrimination sexuelle, mais a simplement pour but de faciliter la lecture et la compréhension de

ce qui est dit.

© Festo Didactic 567295 III

Table des matières

Usage normal _____________________________________________________________________________ IV

Avant-propos ______________________________________________________________________________ V

Introduction ______________________________________________________________________________ VII

Instructions et consignes de sécurité ________________________________________________________ VIII

Ensemble de formation « Bases de l’électrotechnique/électronique » (TP 1011) ____________________ IX

Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques –

Montages de base de l’électronique ___________________________________________________________ X

Jeu d’équipement _________________________________________________________________________ XIII

Correspondance entre composants et travaux pratiques – Montages de base de l’électronique _______ XVIII

Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur ______________________________________________ XX

Structure des travaux pratiques _____________________________________________________________ XXI

Désignation des composants _______________________________________________________________ XXI

Contenu du CD-ROM _______________________________________________________________________ XXII

Travaux pratiques et corrigés

TP 1 Étude des caractéristiques de transistors ____________________________________________ 3

TP 2 Distinction des montages de base de transistors _____________________________________ 21

TP 3 Étude d’amplificateurs à plusieurs étages ___________________________________________ 39

TP 4 Réalisation d’un amplificateur de puissance _________________________________________ 57

TP 5 Amplification de signaux de tension continue ________________________________________ 73

TP 6 Génération de tensions impulsionnelles et en dents de scie ____________________________ 91

TP 7 Réalisation de générateurs de signaux à l’aide de circuits LC et RC _____________________ 111

TP 8 Étude de montages d’alimentation secteur _________________________________________ 129

TP 9 Initiation aux convertisseurs de tension continue ____________________________________ 147

TP 10 Utilisation de thyristors et triacs __________________________________________________ 163

Travaux pratiques et fiches de travail

TP 1 : Étude des caractéristiques de transistors ____________________________________________ 3

TP 2 : Distinction des montages de base de transistors _____________________________________ 21

TP 3 : Étude d’amplificateurs à plusieurs étages ___________________________________________ 39

TP 4 : Réalisation d’un amplificateur de puissance _________________________________________ 57

TP 5 : Amplification de signaux de tension continue ________________________________________ 73

TP 6 : Génération de tensions impulsionnelles et en dents de scie ____________________________ 91

TP 7 : Réalisation de générateurs de signaux à l’aide de circuits LC et RC _____________________ 111

TP 8 : Étude de montages d’alimentation secteur _________________________________________ 129

TP 9 : Initiation aux convertisseurs de tension continue ____________________________________ 147

TP 10 : Utilisation de thyristors et triacs __________________________________________________ 163

IV © Festo Didactic 567295

Usage normal

L'ensemble de formation « Bases de l'électrotechnique/électronique » ne doit s'utiliser que :

• pour un usage normal, c'est-à-dire dans le cadre de l'enseignement et de la formation, et

• en parfait état sur le plan de la sécurité.

Les composants de l'ensemble de formation sont construits conformément à l’état de l’art et aux règles

techniques reconnues en matière de sécurité. Une utilisation non conforme peut néanmoins mettre en

danger la vie et la santé de l’utilisateur ou de tiers ainsi qu'affecter l’intégrité des composants.

Le système de formation de Festo Didactic est exclusivement destiné à la formation initiale et continue dans

le domaine de l’automatisation et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux

formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans le présent manuel de

travaux pratiques.

Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité pour les dommages causés aux étudiants, à

l’établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de ce jeu d’équipement en dehors du

contexte d’une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle

ou à une négligence grossière de Festo Didactic.

© Festo Didactic 567295 V

Avant-propos

Le système de formation « Automatisation et Technique » de Festo Didactic part de différents niveaux

d’accès à la formation et objectifs professionnels. C’est dans cette optique qu'est structuré le système de

formation :

• ensembles de formation axés sur les technologies ;

• mécatronique et automatisation industrielle ;

• automatisation de process et régulation ;

• robotique mobile ;

• usines-écoles hybrides.

Le système de formation « Automatisation et Technique » fait régulièrement l’objet de mises à jour et

extensions au fil des évolutions enregistrées dans le domaine de la formation et des techniques.

Les ensembles de formation technologique se penchent sur les technologies suivantes : pneumatique,

électropneumatique, hydraulique, électrohydraulique, hydraulique proportionnelle, automates

programmables, capteurs, électricité et actionneurs électriques.

La structure modulaire du système de formation permet de réaliser des applications allant au-delà des

limites des différents ensembles. Par exemple, il est possible de commander par automate programmable

des actionneurs pneumatiques, hydrauliques et/ou électriques.

VI © Festo Didactic 567295

Tous les ensembles de formation se composent des éléments suivants :

• matériel ;

• supports ;

• séminaires.

Matériel

Le matériel des ensembles de formation est constitué de composants industriels et systèmes adaptés à une

approche didactique. Le choix et l'exécution des composants faisant partie des ensembles de formation

sont spécialement adaptés aux projets des supports d'accompagnement.

Supports

Les supports dédiés aux différents domaines de spécialité sont de deux types : didactiques et logiciels. Les

supports didactiques, axés sur la pratique, comprennent :

• manuels de fond et de cours (ouvrages standard de dispense de connaissances fondamentales) ;

• manuels de travaux pratiques (avec explications complémentaires et corrigés types) ;

• lexiques, manuels, ouvrages spécialisés (donnant des informations plus détaillées sur des thèmes à

approfondir) ;

• jeux de transparents et vidéos (permettant d'illustrer et de rendre plus vivant l'enseignement) ;

• posters (pour la visualisation de sujets plus complexes).

Dans le domaine du logiciel, des programmes sont disponibles pour les applications suivantes :

• didacticiels (présentation pédagogique et multimédia de contenus de formation) ;

• logiciels de simulation ;

• logiciels de visualisation ;

• logiciels de mesure ;

• logiciels de conception et de configuration ;

• logiciels de programmation d'automates programmables industriels.

Les supports destinés aux formateurs et aux étudiants sont disponibles en plusieurs langues. Ils sont

conçus pour l’enseignement, mais se prêtent aussi à l’autoformation.

Séminaires

Un large éventail de séminaires consacrés aux contenus des ensembles de formation complète l’offre de

formation initiale et continue.

Vous avez des suggestions ou des critiques à propos de ce manuel ?

N'hésitez pas à nous en faire part par courriel à : [email protected]

Les auteurs et Festo Didactic vous en remercient d'avance.

© Festo Didactic 567295 VII

Introduction

Le présent manuel de travaux pratiques fait partie du système de formation « Automatisation et Technique »

de la société Festo Didactic SE. Ce système constitue une solide base de formation initiale et continue axée

sur la pratique. L'ensemble de formation « Bases de l'électrotechnique/électronique » (TP 1011) traite des

thèmes suivants :

• bases du courant continu ;

• bases du courant alternatif ;

• bases des semi-conducteurs ;

• montages de base de l'électronique.

Le manuel de travaux pratiques « Montages de base de l’électronique » clôt la série des manuels de travaux

pratiques consacrés aux bases de l’électrotechnique/électronique. L’accent y est surtout mis sur l’examen

analytique des interactions entre les composants déjà abordés dans les trois premiers ouvrages de base.

La réalisation et l'étude des montages supposent de disposer d'un poste de travail de laboratoire équipé

d'une alimentation secteur protégée, de deux multimètres numériques, d'un oscilloscope à mémoire et de

cordons de laboratoire sécurisés.

Le jeu d’équipement TP 1011 permet de réaliser les montages complets des 10 travaux pratiques sur le

thème « Montages de base de l’électronique ».

Des fiches techniques des différents composants (diodes, transistors, appareils de mesure, etc.) sont en

outre disponibles.

VIII © Festo Didactic 567295

Instructions et consignes de sécurité

Généralités

• Les étudiants ne doivent travailler sur les montages que sous la surveillance d’une formatrice ou d’un

formateur.

• Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier

toutes les consignes de sécurité !

• La formation ne doit être à l'origine d'aucune panne susceptible d'affecter la sécurité ; les pannes

éventuelles doivent être immédiatement éliminées.

Électricité

• Danger de mort en cas de coupure du conducteur de protection !

– La continuité du conducteur de protection (jaune/vert) ne doit être interrompue ni à l'extérieur ni à

l'intérieur de l'appareillage.

– L'isolation du conducteur de protection ne doit être ni endommagée ni supprimée.

• Dans les établissements industriels ou artisanaux, il conviendra de respecter les directives des

organismes professionnels, et notamment celles des mutuelles d'assurance accident applicables aux

matériels électriques.

• Dans les établissements scolaires et de formation, l'utilisation d'alimentations secteur sera placée sous

la responsabilité et la surveillance de personnels qualifiés.

• Attention !

Des condensateurs intégrés à l'appareil peuvent encore être chargés même après coupure de toutes les

sources de tension.

• Lors du remplacement de fusibles : n'utilisez que les fusibles prescrits, à courant nominal et

caractéristiques de déclenchement voulus.

• Ne mettez jamais immédiatement sous tension votre bloc d'alimentation secteur s'il vient de passer

d'une pièce froide à une pièce chaude. La condensation susceptible de se former pourrait alors détruire

l'appareil. Laissez d'abord l'appareil prendre la température ambiante.

• N'utilisez pour l'alimentation des montages des différents travaux pratiques que des très basses

tensions d'au maximum 25 V DC.

• N'effectuez les branchements électriques qu'en l'absence de tension.

• N'effectuez les débranchements électriques qu'en l'absence de tension.

• N’utilisez pour les branchements électriques que des cordons de liaison dotés de connecteurs de

sécurité.

• Pour débrancher les cordons de liaison, tirez sur les connecteurs, pas sur les cordons.

© Festo Didactic 567295 IX

Ensemble de formation « Bases de l’électrotechnique/électronique » (TP 1011)

L'ensemble de formation TP 1011 se compose d’une multitude de moyens de formation. Cette partie de

l'ensemble de formation TP 1011 a pour objet les montages de base de l’électronique. Certains composants

de l’ensemble de formation TP 1011 peuvent également faire partie d’autres ensembles.

Composants importants du TP 1011

• Poste de travail bien stable équipé du panneau de montage universel EduTrainer®

• Jeu de composants « Électrotechnique/électronique » avec cavaliers et cordons de laboratoire sécurisés

• Bloc d'alimentation de base EduTrainer®

• Équipements complets de laboratoire

Supports

Les supports associés à l'ensemble de formation TP 1011 comprennent des des manuels de travaux

pratiques. Les manuels de travaux pratiques contiennent, pour chacun des TP, les fiches de TP et fiches de

travail, le corrigé de chaque chaque fiche de travail et un CD-ROM. Un jeu de fiches de TP et fiches de travail

est joint à chaque manuel de travaux pratiques.

Les fiches techniques des composants sont fournies sur le CD-ROM joint à l'ensemble de formation.

Supports

Mémento Électrotechnique/Électronique

Manuels de travaux pratiques Bases du courant continu

Bases du courant alternatif

Bases des semi-conducteurs

Montages de base de l'électronique

Didacticiels WBT Électricité 1 – Bases de l'électrotechnique

WBT Électricité 2 – Circuits à courant continu et alternatif

WBT Électronique 1 – Bases des semi-conducteurs

WBT Électronique 2 – Circuits intégrés

WBT Mesures de protection électriques

Aperçu des supports associés à l'ensemble de formation TP 1011

Le logiciel disponible pour l'ensemble de formation TP 1011 comprend les didacticiels Électricité 1,

Électricité 2, Électronique 1, Électronique 2 et Mesures de protection électriques. Ces didacticiels traitent en

détail des bases de l'électricité/électronique. Les contenus sont abordés à la fois du point de vue

systématique et en référence aux applications, sous la forme d'exemples pratiques.

Les supports sont proposés en plusieurs langues. Vous trouverez d’autres moyens de formation dans nos

catalogues et sur Internet.

X © Festo Didactic 567295

Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques – Montages de base de l’électronique

TP 1 : Caractéristiques de transistors

• Vérifier le bon fonctionnement de transistors.

• Déterminer le gain en courant B de transistors.

• Connaître les valeurs typiques du gain en courant de transistors.

• Transformer des montages à transistor NPN en montages à transistor PNP.

• Déterminer le gain en tension d'un montage.

• Connaître les effets d'un réglage du point de fonctionnement.

• Connaître l'effet d'une saturation d'un amplificateur.

TP 2 : Montages de base de transistors

• Connaître la différence entre un montage émetteur suiveur et un montage émetteur commun.

• Reconnaître les trois montages de base d’un transistor.

• Mesurer le gain en tension de montages à transistor.

• Connaître le gain en tension typique des montages de base d’un transistor.

• Savoir quel montage de base d’un transistor entraîne un déphasage de 180°.

• Savoir quels montages de base d’un transistor fonctionnent sans inversion.

• Indiquer les résistances d'entrée et de sortie typiques des montages de base.

• Mesurer les résistances d'entrée et de sortie de montages amplificateurs.

TP3 : Amplificateur à plusieurs étages

• Savoir ce qu’est un montage Darlington.

• Connaître un montage Darlington complémentaire.

• Mesurer des courants de l'ordre du nanoampère.

• Savoir ce qu’est une contre-réaction négative.

• Programmer le gain à l’aide de deux résistances.

• Générer des signaux de mesure de l'ordre du millivolt.

• Relever la réponse en fréquence d'un amplificateur.

• Déterminer les fréquences de coupure d'amplificateurs.

© Festo Didactic 567295 XI

TP 4 : Amplificateur de puissance

• Régler le point de fonctionnement dans des montages à tensions d'alimentation positive et négative.

• Reconnaître une contre-réaction négative.

• Reconnaître les composants qui déterminent le gain GU d’un montage.

• Reconnaître si un amplificateur est un amplificateur de puissance ou un amplificateur de tension.

• Reconnaître un étage de sortie à amplification symétrique ou « push-pull ».

• Savoir ce que sont les distorsions de croisement.

• Savoir comment une contre-réaction négative réagit à des distorsions du signal.

• Distinguer le fonctionnement en mode B et le fonctionnement en mode AB d'un étage de sortie.

• Mesurer sans ampèremètre le courant de repos d'un étage de sortie.

• Déterminer la puissance de sortie d'un amplificateur.

TP 5 : Amplificateur différentiel et amplificateur de tension continue

• Reconnaître la structure typique du montage de base d'un amplificateur différentiel.

• Déterminer indirectement les courants dans des montages.

• Connaître les propriétés typiques d'un amplificateur différentiel.

• Relever et tracer les deux caractéristiques Uout = f(Uin) de l’amplificateur différentiel.

• Connaître la différence entre amplification différentielle et amplification de mode commun.

• Savoir obtenir une grande réjection de mode commun et quand cette propriété est nécessaire.

• Reconnaître une source/un puits de courant constant et en calculer le courant.

• Savoir ce qu’est un comparateur.

• Réaliser un interrupteur crépusculaire et en expliquer le fonctionnement.

• Savoir ce qu’est une contre-réaction positive et quel est son effet.

• Connaître la structure et les propriétés typiques d'un amplificateur de tension continue.

• Savoir ce qu’est un décalage ou « offset » et comment le compenser.

TP 6 : Générateurs d’impulsions et de dents de scie

• Connaître le montage de base du multivibrateur astable classique (MVA).

• Connaître les propriétés typiques d'un multivibrateur astable.

• Connaître les propriétés d'un « trigger ».

• Mesurer et calculer les seuils de commutation et l'hystérésis d'un « trigger ».

• Réaliser un générateur de signaux carrés à partir d'un « trigger » et d'un circuit RC.

• Mesurer et calculer les impulsions de différents générateurs de signaux carrés.

• Savoir ce qu’est la modulation de largeur d’impulsions (MLI ou PWM) et où on l’utilise.

• Connaître les propriétés d’une bascule monostable.

• Mesurer la capacité de condensateurs.

• Dimensionner les circuits conditionnant les paramètres de temps de divers montages à impulsions.

• Savoir comment fonctionne un transistor unijonction (TUJ ou UJT) et comment le tester.

• Transformer des tensions en dents de scie courbes en tensions linéairement croissantes.

XII © Festo Didactic 567295

TP 7 : Générateurs de signaux sinusoïdaux

• Connaître les propriétés typiques d’un circuit oscillant LC.

• Déterminer par la mesure et le calcul la fréquence de résonance d'un circuit oscillant.

• Reconnaître un circuit oscillant en montage à trois points.

• Déterminer le facteur de couplage de la partie d'un montage qui conditionne la fréquence.

• Réaliser et mettre en service des oscillateurs LC.

• Déterminer à l’aide d’un oscillateur l'inductance de bobines inconnues.

• Connaître le principe des capteurs de proximité inductifs.

• Réaliser et mettre en service un détecteur de métaux.

• Connaître le montage de base et les propriétés d'un pont de Wien.

• Connaître la structure d’un générateur RC de signaux sinusoïdaux à pont de Wien.

• Vous familiariser avec le problème du réglage du gain sur les générateurs RC.

TP 8 : Montages d’alimentation secteur

• Savoir quel est le rôle du bloc d'alimentation secteur dans les appareils électroniques.

• Connaître les trois principaux montages redresseurs des alimentations secteur.

• Connaître le contexte des notions de redresseurs simple alternance et double alternance.

• Localiser le « condensateur de charge » dans un montage.

• Déterminer la résistance interne ou la résistance de sortie de sources de tension.

• Savoir à quoi correspond la notion de « tension de référence ».

• Savoir comment fonctionne un régulateur de tension électronique.

• Calculer la tension de sortie de montages régulateurs de tension.

• Connaître la fonction et le mode de fonctionnement d'un limiteur de courant dans les blocs

d'alimentation secteur.

TP 9 : Convertisseurs de tension continue

• Savoir comment se comporte le courant dans une bobine à l’application d’une tension continue.

• Savoir comment réagit la tension aux bornes d’une bobine à la coupure du courant.

• Mesurer indirectement l’allure du courant dans une bobine et la visualiser à l’oscilloscope.

• Utiliser comme interrupteur électronique un transistor PNP alimenté en tension positive.

• Convertir une tension continue positive en une tension négative.

• Transformer une faible tension continue en une tension de plus grande amplitude.

• Réaliser à partir d’un transistor et d’un transformateur un oscillateur bloqué.

• Savoir ce qu’est une pompe de charge.

• Savoir comment stabiliser la tension de sortie de convertisseurs de tension.

© Festo Didactic 567295 XIII

TP 10 : Thyristors et triacs

• Savoir en quoi se distingue le comportement d’un thyristor de celui d’un transistor.

• Savoir à quoi correspond la notion de SCR ou redresseur commandé.

• Savoir à quelle condition un thyristor « s’amorce ».

• Savoir quand un thyristor conducteur se rebloque.

• Vérifier le bon fonctionnement d’un thyristor avec des moyens simples.

• Connaître la différence entre un thyristor et un triac.

• Savoir comment commander des thyristors en mode flottant ou isolé.

• Savoir comment commuter un courant continu ou alternatif à l’aide de thyristors.

• Connaître le mode de fonctionnement d’un relais statique (semi-conducteur).

• Vous familiariser avec le mode de fonctionnement d’une commande à coupure de phase.

Jeu d'équipement

Le manuel de travaux pratiques « Montages de base de l’électronique » dispense des connaissances sur la

structure, le mode de fonctionnement et le comportement de montages amplificateurs, montages

d’alimentation, bascules et montages de l’électronique de puissance.

Le jeu d'équipement « Bases de l'électrotechnique/électronique » (TP 1011) comprend tous les composants

nécessaires à l'acquisition des compétences définies par les objectifs pédagogiques fixés. La réalisation et

l'analyse de montages opérationnels exigent en outre deux multimètres numériques, un oscilloscope à

mémoire et des cordons de laboratoire sécurisés.

Jeu d'équipement « Bases de l'électrotechnique/électronique », Réf. 571780

Composant Référence Quantité

Bloc d'alimentation de base EduTrainer® 567321 1

Panneau de montage universel EduTrainer® 567322 1

Jeu de composants « Électrotechnique/électronique » 567306 1

Jeu de cavaliers, 19 mm, gris-noir 571809 1

XIV © Festo Didactic 567295

Aperçu du jeu de composants « Électrotechnique/électronique », Réf. 567306

Composant Quantité

Résistance, 10 Ω/2 W 1








Résistance, 1 kΩ/2 W 3

Résistance, 2,2 kΩ/2 W 2

Résistance, 4,7 kΩ/2 W 2





Résistance, 1 MΩ/2 W 1

Potentiomètre, 1 kΩ/0,5 W 1

Potentiomètre, 10 kΩ/0,5 W 1

Thermistance (CTN), 4,7 kΩ/0,45 W 1

Photorésistance (LDR), 100 V/0,2 W 1

Varistance (VDR), 14 V/0,05 W 1

Condensateur, 100 pF/100 V 1

Condensateur, 10 nF/100 V 2

Condensateur, 47 nF/100 V 1

Condensateur, 0,1 μF/100 V 2




Condensateur, 10 μF/250 V, polarisé 2



© Festo Didactic 567295 XV

Composant Quantité

Bobine, 100 mH/50 mA 1

Diode, AA118 1

Diode, 1N4007 6

Diode Zener, ZPD 3,3 1

Diode Zener, ZPD 10 1

Diac, 33 V/1 mA 1

Transistor NPN, BC140, 40 V/1 A 2

Transistor NPN, BC547, 50 V/100 mA 1

Transistor PNP, BC160, 40 V/1 A 1

Transistor JFET canal P, 2N3820, 20 V/10 mA 1

Transistor JFET canal N, 2N3819, 25 V/50 mA 1

Transistor unijonction, 2N2647, 35 V/50 mA 1

Transistor MOSFET canal P, BS250, 60 V/180 mA 1

Thyristor, TIC 106, 400 V/5 A 1

Triac, TIC206, 400 V/4 A 1

Bobine de transformateur, N = 200 1

Bobine de transformateur, N = 600 2

Noyau de transformateur avec support 1

Voyant, 12 V/62 mA 1

Diode électroluminescente (LED), 20 mA, bleue 1

Diode électroluminescente (LED), 20 mA, rouge ou verte 1

Inverseur 1

XVI © Festo Didactic 567295

Symboles graphiques du jeu d'équipement

Composant Symbole graphique Composant Symbole graphique

Résistance

Diode Zener

Potentiomètre

Diac

Thermistance (CTN)

Transistor NPN

Photorésistance (LDR)

Transistor PNP

Varistance (VDR)

U

Transistor JFET canal P

Condensateur

Transistor JFET canal N

© Festo Didactic 567295 XVII

Composant Symbole graphique Composant Symbole graphique

Condensateur, polarisé

Transistor unijonction

Bobine

Transistor MOSFET canal P

Diode

Thyristor

Triac

LED bleue

Bobine de transformateur

LED rouge ou verte

Voyant

Inverseur

XVIII © Festo Didactic 567295

Correspondance entre composants et travaux pratiques – Montages de base de l’électronique

TP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Composant

Diode, 1N4007 2 2 1 4 4 2 4

Condensateur électrolytique, 10 μF 1 2 2 1 1 1 1

Condensateur électrolytique, 100 μF 1 1 1 1

Condensateur électrolytique, 220 μF 1

Condensateur électrolytique, 470 μF 1

Transistor JFET, 2N3819 1

Transistor JFET, 2N3820 1

Condensateur, 1 nF 1

Condensateur, 10 nF 1 2 2 1

Condensateur, 47 nF 1 2

Condensateur, 0,1 μF 1 1 2 1

Condensateur, 0,22 μF 1 1 1

Condensateur, 0,47 μF 1

Condensateur, 1 μF 1 1 1 1 1 1

Diode électroluminescente, 20 mA, bleue 1 1 1

Diode électroluminescente, 20 mA, rouge ou verte 1

Voyant, 12 V/62 mA 1 1 1

Potentiomètre, 10 kΩ 1 1 1 1 1 1 1 1

Bobine, 100 mH/50 mA 1

Thyristor, TIC106 1

Triac, TIC206 1

Bobine de transformateur, N = 200 1 1

Bobine de transformateur, N = 600 1 1 1

Noyau de transformateur avec support 1 1

Transistor, BC140 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2

Transistor, BC160 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Transistor, BC547 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Transistor unijonction, 2N2647 1 1

Inverseur 1 1

© Festo Didactic 567295 XIX

TP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Composant

Résistance, 10 Ω 1 1 2

Résistance, 33 Ω 1 1 1 1

Résistance, 100 Ω 1 1 2 1 1 1

Résistance, 220 Ω 1 1

Résistance, 330 Ω 1

Résistance, 470 Ω 1 1 3 2

Résistance, 680 Ω 1 2

Résistance, 1 kΩ 2 2 5 1 5 2 2 1

Résistance, 2,2 kΩ 2 3 2 1 1 1 4

Résistance, 22 kΩ 1 1 2 4 3 2 1 2 22

Résistance, 4,7 kΩ 1 1 2 2 2

Résistance, 10 kΩ 2 1 2 1 6 3 4 4 2 3

Résistance, 47 kΩ 1 1 1 1 1 3 2 2 2 3

Résistance, 100 kΩ 1 1 4 2 1 1 2 1

Résistance, 1 MΩ 1 1

Photorésistance (LDR) 1

Diode Zener, ZPD10 1 1

XX © Festo Didactic 567295

Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur

Objectifs pédagogiques

L'objectif pédagogique général du présent manuel est la réalisation et l’analyse d’un certain nombre de

montages de base. Les montages en question sont notamment des montages d'alimentation, des montages

d'amplification, des bascules et des montages de l'électronique de puissance. L’interaction directe entre

théorie et pratique est le garant de progrès rapides et durables. Des objectifs pédagogiques plus concrets

sont affectés à chaque travail pratique.

Temps alloué

Le temps nécessaire à la réalisation d’un TP dépend des connaissances préalables des étudiants. On

comptera environ 1 heure à 1 heure 1/2 par TP.

Composants du jeu d'équipement

Le manuel de travaux pratiques et le jeu d'équipement sont parfaitement harmonisés. Pour les 10 TP, vous

n’avez besoin que des composants d’un seul jeu d’équipement TP 1011.

Normes

Le présent manuel de travaux pratiques applique les normes suivantes :

EN 60617-2 à EN 60617-8 Symboles graphiques pour schémas

EN 81346-2 Systèmes industriels, installations et appareils, et produits industriels ;

principes de structuration et désignations de référence

CEI 60364-1 Édification d´installations à basse tension – Principes généraux,

(DIN VDE 0100-100) Principes fondamentaux, détermination des caractéristiques

générales, définitions

CEI 60346-4-41 Édification d´installations à basse tension – Mesures de protection, (

(DIN VDE 0100-410) Protection contre les chocs électriques

Repérage dans le manuel de travaux pratiques

Le texte des corrigés et les compléments donnés dans les graphiques ou diagrammes sont repérés en

rouge.

Exception : Les indications et conclusions concernant le courant sont toujours repérées en rouge, celles

concernant la tension toujours en bleu.

Repérage dans les fiches de travail

Les textes à compléter sont repérés par des lignes ou des cases grisées dans les tableaux.

Les graphiques à compléter sont sur fond tramé.

© Festo Didactic 567295 XXI

Corrigés

Les corrigés indiqués dans le présent manuel de travaux pratiques sont le résultat de mesures effectuées

lors d'essais. Les résultats de vos mesures peuvent différer de ces valeurs.

Thèmes d'apprentissage

Pour l'apprentissage du métier d'électronicien/ne, le thème « Montages de base de l’électronique » fait

partie du volet 1 du programme du centre de formation.

Structure des travaux pratiques

Les 10 travaux pratiques ont la même structure méthodologique. Ils se divisent en :

• Titre

• Objectifs pédagogiques

• Énoncé du problème

• Montage ou schéma d'implantation

• Travaux à exécuter

• Ressources

• Fiches de travail

Le manuel de travaux pratiques contient les corrigés de chacune des fiches de travail du recueil de travaux

pratiques.

Désignation des composants

La désignation des composants représentés dans les schémas s'inspire de la norme EN 81346-2. Des lettres

sont attribuées en fonction du composant. Les composants existant en plusieurs exemplaires dans un

circuit sont numérotés en continu.

Résistances : R, R1, R2, ...

Condensateurs : C, C1, C2, …

Auxiliaires de signalisation : P, P1, P2, ...

Nota

Quand des résistances et condensateurs sont considérés comme grandeurs physiques, leur lettre

de désignation est en italique (symbole de formule). Si une numérotation est nécessaire, les

chiffres sont traités comme indices.

XXII © Festo Didactic 567295

Contenu du CD-ROM

Le manuel de travaux pratiques figure sous forme de fichier pdf sur le CD-ROM fourni. Celui-ci met en outre

à votre disposition des supports complémentaires.

Le CD-ROM comporte les dossiers suivants :

• Notices d'utilisation

• Illustrations

• Présentations

• Informations sur les produits

Notices d’utilisation

Des notices d’utilisation sont ici disponibles pour différents composants de l'ensemble de formation. Elles

aident à mettre en service et à utiliser les composants.

Illustrations

Des photos et graphiques de composants et applications industrielles sont ici fournis. Ils vous permettent

d’illustrer vos propres travaux pratiques. Les présentations de projets peuvent également être complétées

par utilisation de ces illustrations.

Présentations

Ce dossier contient des présentations succinctes des montages de l'ensemble de formation. Ces

présentations peuvent s’utiliser, par exemple, pour la réalisation de présentations de projets.

Informations sur les produits

Ce dossier contient des informations du fabricant pour un certain nombre de composants. La représentation

et la description des composants sous cette forme ont pour but de montrer comment sont présentés ces

composants dans un catalogue industriel. Vous y trouverez en outre des informations complémentaires sur

les composants.

© Festo Didactic 567295 1

Table des matières

Travaux pratiques et corrigés











2 © Festo Didactic 567295


TP 1 Étude des caractéristiques de transistors


Lorsque vous aurez fait ce TP, vous aurez appris à

• vérifier le bon fonctionnement de transistors ;

• déterminer le gain en courant B de transistors ;

• connaître les valeurs typiques du gain en courant de transistors ;

• transformer des montages à transistor NPN en montages à transistor PNP ;

• déterminer le gain en tension d'un montage ;

• connaître les effets d'un réglage du point de fonctionnement ;

• connaître l'effet d'une saturation d'un amplificateur.

Problème

Vous travaillez dans une entreprise qui fabrique et répare des amplificateurs HiFi classiques. Dans le cadre

de votre mise au courant, vous devez vous familiariser avec le comportement des transistors et leurs

caractéristiques typiques.

Pour ce faire, vous réaliserez un montage de test permettant de déterminer le gain en courant de

transistors. En modifiant légèrement le montage, vous étudierez ensuite comment un transistor se

transforme en amplificateur de tension.

TP 1 – Étude des caractéristiques de transistors


Travaux à exécuter

1. Réalisez un montage de test à l’aide du transistor NPN BC140 et déterminez son gain en courant B pour

les valeurs IC = 1 mA, 5 mA et 10 mA du courant collecteur.

2. Déterminez à titre de comparaison le gain en courant B du transistor BC547.

3. Transformez le montage de telle manière qu’il permette de tester des transistors PNP et déterminez le

gain en courant B du transistor BC160.

4. Réalisez un montage expérimental dans lequel des transistors sont commandés (sans destruction) par

une tension continue. Familiarisez-vous avec le principe de l’amplification de tension.

5. Déterminez à l’aide du montage expérimental le gain en tension GU en cas d’utilisation des transistors

BC140 et BC547.

6. Complétez le montage expérimental de manière à ce qu’un transistor BC140 puisse en outre être

commandé par une tension alternative. Familiarisez-vous avec le principe de l’amplification de tension

alternative.

7. Étudiez la relation entre réglage du point de fonctionnement et distorsions du signal de sortie.

8. Précisez si le montage expérimental est un montage émetteur commun, base commune ou collecteur

commun.

Ressources

• Manuels de cours, mémentos

• Extraits de catalogues de fabricants

• Fiches techniques

• Internet

• WBT Électronique 1 et Électronique 2



Information

Connaissances de base sur les diodes et les transistors

Les diodes et les transistors sont constitués d’un matériau semi-conducteur, généralement du

silicium. Les semi-conducteurs peuvent être influencés par l’intégration d’atomes étrangers

(« dopage ») de telle manière que le transport du courant à l’intérieur se fasse soit par porteurs de

charge négatifs (« électrons »), soit par porteurs de charge positifs (« trous » ou « défauts

d’électrons »). Les semi-conducteurs modifiés de cette manière s’appellent en conséquence semi-

conducteurs de type N ou de type P.

L’association d’une couche de type P et d’une couche de type N donne une jonction PN. Elle ne

laisse passer le courant électrique que dans un sens et agit ainsi comme un clapet électrique ou

« diode ». Le mode de fonctionnement de la diode s’explique aisément à l’aide de la loi

fondamentale de l’électricité selon laquelle « Les charges de nom différent s’attirent, les charges

de même nom se repoussent ».

Diode semi-conductrice – Symbole et structure

• Sens bloqué ou inverse

Quand on relie la zone N de la jonction PN au pôle positif (plus) d’une source de tension et la

zone P au pôle négatif (moins), les porteurs de charge présents dans le semi-conducteurs sont

attirés vers l’extérieur.

Il en résulte au niveau de la jonction PN une large zone dépourvue de porteurs de charge, qui

agit comme une couche isolante et empêche ainsi la circulation d’un courant. La jonction PN (la

diode) se bloque.

• Sens passant ou direct

Si l’on inverse les polarités de la source de tension extérieure (plus appliqué à la zone P, moins

à la zone N), les porteurs de charge sont repoussés les uns vers les autres dans les deux zones

et peuvent alors (après avoir dépassé une certaine « tension de seuil ») surmonter la jonction

PN. Il circule alors un courant. La diode est conductrice.

• La connexion d’une diode reliée à la zone N s’appelle la cathode, celle menant à la zone P

l’anode.

• Le flèche sur le symbole de la diode indique le sens de passage du courant.



Les transistors (ou plus précisément les transistors « bipolaires ») se composent de trois couches

semi-conductrices, soit dans l’ordre N-P-N, soit dans l’ordre P-N-P. La couche du milieu est la

« base », les deux couches extérieures étant désignées par « émetteur » et « collecteur ». C’est la

raison pour laquelle les connexions d’un transistor sont généralement identifiées par les simples

lettres E, B et C.

Transistors NPN et PNP – Structure et symbole

La tension d’alimentation d’un transistor doit toujours être polarisée de telle manière que les

porteurs de charge de la zone émetteur soient attirés vers le collecteur. Comme les charges de

noms opposés s’attirent, il en résulte :

• Les transistors NPN s’alimentent par une tension collecteur-émetteur UCE positive.

• Les transistors PNP s’alimentent par une tension collecteur-émetteur UCE négative.

Sans tension de base, aucune circulation de porteurs de charge ne peut toutefois avoir lieu de

l’émetteur au collecteur. La couche de base empêche, en effet, que la force d’attraction du

collecteur ne s’exerce jusqu’à la zone émetteur. Ce n’est que quand une tension de base fait passer

des porteurs de charge de la (mince) couche de base dans la zone émetteur qu’ils entrent dans la

zone d’attraction du collecteur et y sont acheminés en majeure partie vers le collecteur. Pour attirer

les porteurs de charge de l’émetteur vers la base, la tension base-émetteur UBE doit avoir la même

polarité que la tension collecteur-émetteur UCE. Autrement dit :

• Les transistors NPN deviennent conducteurs pour une tension base-émetteur UBE positive

• Les transistors PNP deviennent conducteurs pour une tension base-émetteur UBE négative.

Ce qui explique en même temps la fonction élémentaire du composant amplificateur qu’est le

transistor : une tension base-émetteur UBE relativement faible permet de commander l’intensité du

courant de porteurs de charge circulant de l’émetteur au collecteur du transistor. Mais pour

commander le courant collecteur, on peut aussi imposer un courant base IB. Tout courant base

engendre automatiquement une certaine tension base-émetteur UBE et, en fonction de cette

dernière, un certain courant collecteur IC. La relation entre courant collecteur IC et courant base IB

est toutefois nettement plus linéaire qu’entre IC et UBE. Le rapport IC / IB s’appelle gain en courant B

du transistor. Il peut varier d’un transistor à l’autre et est généralement compris entre 50 et 500.



Le schéma équivalent d’un transistor représente encore plus simplement son mode de

fonctionnement : la jonction base-émetteur du transistor se comporte comme une diode en direct

(sens passant). Le courant base IB qui la traverse engendre entre émetteur et collecteur un courant

IC B fois plus grand. Le symbole d’un injecteur de courant indique que le courant collecteur est

largement indépendant de l’amplitude de la tension collecteur.

Transistor NPN – Schéma équivalent

Sur le symbole du transistor, l’émetteur est repéré par une flèche. Indépendamment de ce qui se

passe à l’intérieur du transistor, le sens de la flèche sur le symbole correspond toutefois au sens

technique du courant. La règle pour les symboles de composants semi-conducteurs est la suivante :

la flèche soit pointe vers une zone P, soit vient d’une zone N. (Moyen mnémotechnique : P =

extrémité « pointue » de la flèche, N = extrémité « nue » de la flèche).

Que fait un amplificateur ?

Le micro d’un téléphone transforme les ondes sonores produites par de la parole ou de la musique

en tensions alternatives de quelques millivolts. Ce signal est toutefois trop faible pour attaquer

directement un écouteur ou un haut-parleur. Ces derniers ont, en effet, besoin de quelques volts

pour une reproduction bien audible. Il faut donc intercaler un amplificateur entre micro et écouteur

ou haut-parleur. Pour générer le signal de sortie, tout amplificateur a besoin d’une tension

(continue) d’alimentation.

Amplificateur – Symbole

Les pages qui suivent vous apprendront le mode de fonctionnement d’amplificateurs à transistors

ou « transistorisés ».



1. Gain en courant du transistor NPN BC140

Information

Le transistor en amplificateur de courant

Le montage qui suit vous permet de vérifier le mode de fonctionnement de transistors NPN. Le

diviseur de tension variable (potentiomètre) R permet de régler le courant base IB du transistor.

Chaque courant base (dans un transistor intact) produit un courant collecteur IC bien plus grand. En

divisant la valeur mesurée pour IC par celle mesurée pour IB, on obtient le gain en courant B du

transistor sous test.

C

B

IBI

=

Les deux résistances R1 et R2 sont des résistances dites de protection. Elles limitent le courant

base et le courant collecteur à des valeurs permettant de ne pas endommager le transistor en cas

de manipulation sans précaution du potentiomètre R.

Montage de mesure du gain en courant B

Repère Désignation Paramètre

R1 Résistance 10 kΩ, 47 kΩ, 100 kΩ (selon l’exercice)

R2 Résistance 1 kΩ

R Potentiomètre 10 kΩ

K1 Transistor BC140, BC547, BC160 (selon l’exercice)

Liste des composants



a) Réalisez à présent le montage de test à l’aide d’un transistor BC140 et réglez IC = 1 mA. Lisez le courant

base IB et notez sa valeur. Calculez à partir des valeurs mesurées le gain en courant B du transistor

étudié. Répétez la mesure pour IC = 5 mA et 10 mA. Reportez les valeurs sous BC140 (1) dans le

tableau.

Transistor BC140 (1) BC140 (2) BC547 BC160

IC [mA] 1 5 10 1 5 10 1 5 10 1 5 10

IB [µA] 7,7 38,5 76,9 8,0 39,8 79,5 3,2 16,1 32,4 4,2 20,8 40,3

B = IC / IB 130 130 130 125 126 126 313 311 308 238 240 248

Tableau des valeurs mesurées

b) Le jeu de composants de l’EduTrainer comporte un second transistor BC140. Testez-le de la même

manière et déterminez aussi son gain en courant B pour IC = 1 mA, 5 mA et 10 mA. Reportez les valeurs

sous BC140 (2) dans le tableau.

(Il est parfaitement normal que les gains en courant soient différents d’un transistor à l’autre, même

s’ils sont du même type !)


a) Répétez la même procédure avec le transistor BC547 et reportez ses valeurs dans le tableau.

3. Gain en courant du transistor PNP BC160

a) Le transistor BC160 est de type PNP. Pour qu’il puisse bien fonctionner, il faut modifier légèrement le

montage de mesure précédent. Qu’est-ce qu’il faut faire ?

Il suffit d’inverser la polarité de la tension d’alimentation. Si les appareils de mesure utilisés sont des

instruments à aiguille, il faut aussi inverser leurs connexions. Les appareils de mesure numériques,

eux, changement automatiquement le signe de leur affichage.

b) Déterminez à l’aide du montage de test modifié les caractéristiques encore manquantes du transistor

BC160 et reportez-les également dans le tableau.



c) Laissez le transistor dans le montage et faites quelques expérimentations.

1. Quel est le courant base maximal qu’il est possible de régler à l’aide du potentiomètre ?

IBmax = environ 240 μA

2. Essayez de calculer cette valeur à partir des caractéristiques du montage de test.

La chute de tension maximale aux bornes de R1 est U – UBE = 12 V – 0,7 V = 11,3 V / 47 kΩ = 240 μA.

3. Quel est le courant collecteur maximal qu’il est possible de régler dans le montage ?

ICmax = environ 12 mA

4. Essayez de calculer ICmax à partir des caractéristiques du montage de test.

La chute de tension maximale aux bornes de R2 est U – UEmin ≈ 12 V – 0 V = 12 V. R2 et le transistor

monté en série sont alors traversés par un courant ICmax = 12 V / 1 kΩ = 12 mA.

5. Le courant collecteur IC ne peut se commander par le courant base IB que jusqu’à une certaine

valeur limite ICmax. Comment appelle-t-on l’état dans lequel le transistor ne réagit plus à une nouvelle

augmentation du signal de commande ?

On dit que le transistor est saturé ou en saturation.

(Il fonctionne alors en interrupteur fermé. IC est déterminé par U et R2.)

6. Que faut-il faire si l’on veut adapter le montage de test à des courants collecteur allant jusqu’à

environ 25 mA ?

Il faut diminuer R2. R2 = U / ICmax = 12 V / 25 mA = 480 Ω → choisir 470 Ω



4. Le transistor en amplificateur de tension

Information

Une tension (continue) d’alimentation adéquate (désignée ici par U) permet aussi de faire

fonctionner des transistors en amplificateur de tension. Pour ce faire, il faut cependant les

combiner à d’autres composants transformant les variations de courant en variations de tension.

Dans le cas le plus simple, on ajoute une « résistance de charge RA » dans le circuit collecteur.

Transistor et résistance forment ainsi un montage série traversé par le courant collecteur IC. La

chute de tension aux bornes de la résistance de charge résulte de la loi d’Ohm : URA = RA ⋅ IC, et la

chute de tension UCE des lois du montage série : UCE = UC = U – URA. De cette manière, la tension

d’entrée Uin commande d’abord le courant base IB et ainsi le courant collecteur IC, puis également,

grâce à la résistance de charge RA, la tension collecteur UC. Cette dernière sert alors de tension de

sortie Uout. Dans le gain en tension GU d’un montage, on considère non pas les tensions continues à

l’entrée et à la sortie, mais le rapport de la « variation de tension à la sortie » à la « variation de

tension à l’entrée ». Dans les formules, une « variation » ou différence se représente par la lettre

grecque ∆ (delta). On écrit donc :

Gain en tension − ∆

= =− ∆

out1 out2 outU

in1 in2 in

U U UV

U U U

5. Gain en tension des transistors NPN BC140 et BC547

a) Transformez le montage de test précédent en un amplificateur de tension.

Le transistor en amplificateur de tension








K1 Transistor BC140, BC547


b) Déterminez à l’aide du nouveau montage, pour les valeurs de la tension d’entrée données dans le

tableau Uin/Uout, la tension de sortie associée, ou, inversement, les tensions d’entrée correspondant

aux valeurs Uout.

Tableau Uin/Uout pour BC140

Uin [V] 0 0,59 0,84 0,97 1,10 1,84 1,38 1,57 2,0

Uout [V] 12 11,8 10 8 6 4 2 0,2 0,1

c) Calculez à partir des valeurs Uout de 10 V et 2 V la différence ∆Uout, et à partir des valeurs Uin associées

la différence ∆Uin. Quel est le gain en tension GU du montage ci-dessus ?

Gu = (10 V – 2 V) / (0,84 V – 1,38 V) = 8 V / -0,54 V = -14,8 ≈ 15

(D’autres valeurs sont possibles !)

Note à l'intention de l'enseignant Si le gain GU a un signe négatif, ce n’est pas une erreur. C’est simplement le signe que le montage

amplificateur est « inverseur ». Si l’on rend Uin plus positive, Uout devient moins positive ou « plus

négative ». Et inversement.

d) Remplacez le transistor BC140 par un BC547 et répétez les mesures.


Uin [V] 0 0,621 0,738 0,828 0,908 0,99 1,08 1,57 2,0

Uout [V] 12 11,8 10 8 6 4 2 0,2 0,15



e) Calculez à partir des valeurs Uout de 10 V et 2 V la différence ∆Uout, et à partir des valeurs Uin associées la

différence ∆Uin. Quel est le gain en tension GU du montage ci-dessus ?

Gu = (10 V – 2 V) / (0,738 V – 1,08 V) = 8 V / -0,342V = 23,4 ≈ 23

(D’autres valeurs sont possibles !)

f) Appréciez les propriétés d’amplification des deux types BC140 et BC547.

Le montage avec le transistor BC547 a un gain en tension plus grand, vraisemblablement parce que ce

transistor a un gain en courant B supérieur à celui du transistor BC140.

g) Représentez la relation entre tension de sortie et tension d’entrée pour BC140 dans un diagramme

Uout = f(Uin). Tracez d’un trait fin les lignes auxiliaires permettant de déterminer sur la caractéristique les

valeurs Uin correspondant à Uout = 10 V et Uout = 2 V. Inscrivez aussi les désignations correspondantes

∆Uout et ∆Uin dans le diagramme.

Diagramme Uout = f(Uin)



Information

Dans le présent montage amplificateur de tension, la résistance R1 protège le transistor d’un

courant base de trop forte intensité. Malheureusement, elle réduit aussi le gain en tension GU. Mais

on peut aussi déterminer le gain théoriquement possible du montage protégé en mesurant

directement, au lieu de la tension Uin délivrée aux bornes du potentiomètre, la tension base-

émetteur UBE.

En raccordant directement un appareil de mesure à longs cordons à la base d’un transistor

moderne, le risque est cependant que le montage se mette à osciller dans la bande des 100 MHz et

se transforme donc en émetteur FM. (On peut reconnaître cet effet indésirable, même sans

oscilloscope, au fait que les valeurs mesurées varient quand on touche les cordons isolés ou

réagissent à l’approche de la main !). Une « résistance de découplage » de, par exemple, 1 à 10 kΩ

insérée entre la base et le cordon de mesure (le plus près possible de la base !) permet d’y

remédier. En amont d’un voltmètre à haute impédance (Ri ≥ 1 MΩ), elle ne fausse pratiquement pas

la valeur mesurée.

h) Transformez en conséquence le montage précédent.

Mesure de UBE via une résistance de découplage (antioscillation)







RDEC Résistance (de découplage) 1 kΩ


K1 Transistor BC547


i) Déterminez à l’aide du montage les valeurs manquantes du tableau UBE/Uout.

Tableau UBE/Uout pour BC547

UBE [mV] 0 595 675 691 702 712 722 747 751

Uout [V] 12 11,8 10 8 6 4 2 0,2 0,15

j) Calculez le gain en tension GU à partir de ∆Uout et ∆UBE.

Utilisez les valeurs mesurées pour Uout = 4 V et 8 V.

Gu = (8 V – 4 V) / (0,691 V – 0,712 V) = 4 V / -0,021 V = 190,5 ≈ 190 !



6. Le transistor en amplificateur de tension alternative

Information

Les modifications de la tension d’entrée, jusqu’ici opérées à la main sur le potentiomètre R,

peuvent aussi s’obtenir par couplage d’une tension alternative. Pour que le courant continu

traversant R1 ne passe pas de manière indésirable par la source de tension alternative, on insère un

« condensateur de couplage » C1 dans le circuit du signal. Il oppose au courant continu une

résistance quasi infinie, mais laisse passer le courant alternatif. Le potentiomètre R sert à présent

au « réglage du point de fonctionnement » de l’amplificateur.

Comme de faibles tensions alternatives ne sont pas seules en mesure de rendre un transistor

conducteur, on règle ce dernier, à l’aide d’un courant continu, de telle manière qu’au repos, sa

tension collecteur UC soit à peu près au milieu de la plage des extrêmes possibles UEmax et UEmin.

Quand on ajoute alors un (faible) courant alternatif au courant base, celui-ci augmente et diminue

au rythme du signal alternatif (donnant un « courant ondulé »). Le courant collecteur IC et la tension

collecteur UC oscillent par conséquent aussi au rythme du signal d’entrée autour de leur valeur de

repos.

À l’aide d’un autre condensateur de couplage C2, on filtre alors de la tension collecteur (ondulée) la

composante alternative, que l’on utilise comme signal de sortie Uout. On obtient de cette manière

dans le montage amplificateur, à partir d’un petit signal de tension alternative à l’entrée, un signal

de tension alternative (amplifié) bien plus grand (de même fréquence et de même forme) à la sortie.

Et ce, bien que le transistor ne fonctionne ici qu’avec une tension d’alimentation U positive!

En mesurant les valeurs crête à crête du signal d’entrée et du signal de sortie à l’oscilloscope, on

peut calculer directement le gain en tension alternative GU(AC) du montage.

Gain en tension alternative out(cc) out(eff)U(AC)

in(cc) in(eff)

= =U U

VU U



Le transistor en amplificateur de tension alternative

Y1 : à relier à la voie A de l’oscilloscope

Y2 : à relier à la voie B de l’oscilloscope






C1 Condensateur 220 μF

C2 Condensateur électrolytique 10 μF

K1 Transistor BC140


Nota

Pour que vous puissiez observez en paix les phénomènes se passant dans le montage :

– Réglez le générateur de signaux sinusoïdaux de l’EduTrainer à une très basse fréquence, par

exemple 0,2 Hz.

– Pour Uin, il suffit d’environ 0,1 à 0,3 V (à prélever à la sortie 0-2 V du générateur de formes

d’onde DDS !).

– Réglez l’oscilloscope de telle manière que les deux voies tracent des lignes droites stables se

décalant vers le haut et vers le bas au rythme du signal d’entrée.

– Débranchez le générateur de signaux sinusoïdaux de C1 et régler à l’aide du potentiomètre R le

« point de fonctionnement » du montage à UCE = +6 V (demi-tension d’alimentation).

– Rebranchez le générateur et réglez l’amplitude de Uin de telle manière que la tension UCE du

transistor varie approximativement entre +4 V et +8 V.



a) Faites quelques expérimentations à l’aide du montage et répondez alors aux questions qui suivent.

Cochez les réponses correctes.

La tension d’entrée Uin(AC) et la tension de sortie Uout(AC) varient en phase.

La tension d’entrée Uin(AC) et la tension de sortie Uout(AC) varient en opposition de phase.

Durant l’alternance positive de Uin(AC), il circule davantage de courant collecteur IC que durant

l’alternance négative de Uin(AC).

Durant l’alternance positive de Uin(AC), il circule moins de courant collecteur IC que durant l’alternance

négative de Uin(AC).

Quand le courant collecteur augmente dans le transistor, sa tension collecteur-émetteur UCE croît.

Quand le courant collecteur augmente dans le transistor, sa tension collecteur-émetteur UCE décroît.

On choisit le point de fonctionnement UC = « demi-tension d’alimentation » parce que la tension

collecteur peut alors varier de la même valeur vers le haut et vers le bas.

On choisit le point de fonctionnement UC = « demi-tension d’alimentation » parce que le gain du

montage est alors maximal.

Les condensateurs de couplage sont destinés à laisser passer les signaux alternatifs, mais à ne pas

influencer les tensions continues.

Les condensateurs de couplage empêchent une mise en oscillation indésirable à haute fréquence du

montage.

Le point de fonctionnement est le réglage de base d’un montage en courant continu.

Le point de fonctionnement est dans un schéma le point de soudure reliant le collecteur à la sortie.



7. Relation entre réglage du point de fonctionnement et distorsions des signaux de sortie

Information

Habituellement, on teste le montage avec des signaux donnant une image stable à l’oscilloscope.

Augmentez à cet effet la fréquence du signal d’entrée à 500 Hz et réglez le balayage de

l’oscilloscope de telle manière qu’une ou deux périodes complètes de Uin(AC) et Uout(AC) soient

visibles à l’écran.

a) Réglez le signal d’entrée et le point de fonctionnement de manière à obtenir en sortie un signal bien

sinusoïdal de 6 volts crête à crête (6 Vcc). Mesurez alors la valeur crête à crête de Uin(AC) et déterminez le

gain en tension alternative GU(AC) du montage.

Pour Uout = 6 Vcc, l’amplificateur a besoin d’une tension d’entrée Uin = 250 mVcc.

Il en résulte Gu = 6 Vcc / 0,25 Vcc = 24.

b) Quel est en degrés le déphasage entre Uin(AC) et Uout(AC) ?

Uout est déphasé d’une alternance = 180° par rapport à Uin. L’alternance positive de Uin donne

naissance à l’alternance négative de Uout, et inversement.

c) Qu’est-ce qui arrive à la forme du signal de sortie si, à l’aide du potentiomètre R, on décale lentement le

réglage du point de fonctionnement vers le haut ou vers le bas ?

On « tronque » les crêtes positives ou négatives de la tension alternative de sortie.

La forme sinusoïdale présente des distorsions.

d) Trouvez, en faisant varier Uin(AC) et le réglage du point de fonctionnement, comment délivrer en sortie un

maximum de volts crête à crête sans distordre la forme sinusoïdale.

Jusqu’à une tension de sortie d’environ 10 Vcc, les distorsions restent relativement faibles.



Information

Sur un amplificateur HiFi (HiFi = high fidelity = haute fidélité), la forme du signal de sortie doit

correspondre exactement à celle du signal d’entrée. Une inversion du signal n’est cependant pas

prise en considération. Si vous inversez une voie sur votre oscilloscope et s’il est possible de faire

varier en continu le balayage en Y, vous pouvez essayer de faire se superposer les signaux Uout(AC) et

Uin(AC) à l’écran. Mieux vous y parvenez, meilleure est la qualité de l’amplificateur.

e) Testez aussi la fonction de transfert avec une tension triangulaire et une tension carrée. Portez alors un

jugement et justifiez : l’amplificateur en question est-il apte à la HiFi, du moins à certaines conditions ?

Pour des tensions de sortie de quelques volts crête à crête, la forme des signaux concorde bien, c’est-

à-dire qu’il n’apparaît pas de distorsions visibles. Au fur et à mesure que l’amplitude augmente, les

distorsions se font de plus en plus grandes. Cet amplificateur n’est donc apte à la HiFi qu’à certaines

conditions.

8. Montages de base de transistors

Information

Dans les transistors, on connaît trois montages de base. Ils se désignent en fonction de la

connexion du transistor servant de point commun de référence au signal d’entrée et au signal de

sortie. Dans le cas le plus simple, c’est la connexion du transistor reliée à la « masse ». Mais

souvent, il n’y a pas de là de liaison directe à la masse du montage ! Dans ce cas, le moyen suivant

aide à déterminer le nom du montage : trouver à quelle connexion du transistor est appliqué le

signal d’entrée, et à laquelle est prélevé le signal de sortie. La troisième et dernière connexion du

transistor donne alors son nom au montage de base.

a) Quel était le montage de base du transistor utilisé aux pages précédentes ? Cochez la bonne réponse.

Dans les montages de test et montages expérimentaux du TP 1, les transistors fonctionnaient en

montage de base émetteur commun, ou tout simplement en montage émetteur commun.


montage de base base commune, ou tout simplement en montage base commune.


montage de base collecteur commun, ou tout simplement en montage collecteur commun.


Table des matières

Travaux pratiques et fiches de travail













TP 1 Étude des caractéristiques de transistors


Lorsque vous aurez fait ce TP, vous aurez appris à

• vérifier le bon fonctionnement de transistors ;

• déterminer le gain en courant B de transistors ;

• connaître les valeurs typiques du gain en courant de transistors ;

• transformer des montages à transistor NPN en montages à transistor PNP ;

• déterminer le gain en tension d'un montage ;

• connaître les effets d'un réglage du point de fonctionnement ;

• connaître l'effet d'une saturation d'un amplificateur.

Problème

Vous travaillez dans une entreprise qui fabrique et répare des amplificateurs HiFi classiques. Dans le cadre

de votre mise au courant, vous devez vous familiariser avec le comportement des transistors et leurs

caractéristiques typiques.

Pour ce faire, vous réaliserez un montage de test permettant de déterminer le gain en courant de

transistors. En modifiant légèrement le montage, vous étudierez ensuite comment un transistor se

transforme en amplificateur de tension.


4 Nom : __________________________________ Date : ____________ © Festo Didactic 567295

Travaux à exécuter

1. Réalisez un montage de test à l’aide du transistor NPN BC140 et déterminez son gain en courant B pour

les valeurs IC = 1 mA, 5 mA et 10 mA du courant collecteur.

2. Déterminez à titre de comparaison le gain en courant B du transistor BC547.

3. Transformez le montage de telle manière qu’il permette de tester des transistors PNP et déterminez le

gain en courant B du transistor BC160.

4. Réalisez un montage expérimental dans lequel des transistors sont commandés (sans destruction) par

une tension continue. Familiarisez-vous avec le principe de l’amplification de tension.

5. Déterminez à l’aide du montage expérimental le gain en tension GU en cas d’utilisation des transistors

BC140 et BC547.

6. Complétez le montage expérimental de manière à ce qu’un transistor BC140 puisse en outre être

commandé par une tension alternative. Familiarisez-vous avec le principe de l’amplification de tension

alternative.

7. Étudiez la relation entre réglage du point de fonctionnement et distorsions du signal de sortie.

8. Précisez si le montage expérimental est un montage émetteur commun, base commune ou collecteur

commun.

Ressources

• Manuels de cours, mémentos

• Extraits de catalogues de fabricants

• Fiches techniques

• Internet

• WBT Électronique 1 et Électronique 2


© Festo Didactic 567295 Nom : __________________________________ Date : ____________ 5

Information

Connaissances de base sur les diodes et les transistors

Les diodes et les transistors sont constitués d’un matériau semi-conducteur, généralement du

silicium. Les semi-conducteurs peuvent être influencés par l’intégration d’atomes étrangers

(« dopage ») de telle manière que le transport du courant à l’intérieur se fasse soit par porteurs de

charge négatifs (« électrons »), soit par porteurs de charge positifs (« trous » ou « défauts

d’électrons »). Les semi-conducteurs modifiés de cette manière s’appellent en conséquence semi-

conducteurs de type N ou de type P.

L’association d’une couche de type P et d’une couche de type N donne une jonction PN. Elle ne

laisse passer le courant électrique que dans un sens et agit ainsi comme un clapet électrique ou

« diode ». Le mode de fonctionnement de la diode s’explique aisément à l’aide de la loi

fondamentale de l’électricité selon laquelle « Les charges de nom différent s’attirent, les charges

de même nom se repoussent ».

Diode semi-conductrice – Symbole et structure

• Sens bloqué ou inverse

Quand on relie la zone N de la jonction PN au pôle positif (plus) d’une source de tension et la

zone P au pôle négatif (moins), les porteurs de charge présents dans le semi-conducteurs sont

attirés vers l’extérieur.

Il en résulte au niveau de la jonction PN une large zone dépourvue de porteurs de charge, qui

agit comme une couche isolante et empêche ainsi la circulation d’un courant. La jonction PN (la

diode) se bloque.

• Sens passant ou direct

Si l’on inverse les polarités de la source de tension extérieure (plus appliqué à la zone P, moins

à la zone N), les porteurs de charge sont repoussés les uns vers les autres dans les deux zones

et peuvent alors (après avoir dépassé une certaine « tension de seuil ») surmonter la jonction

PN. Il circule alors un courant. La diode est conductrice.

• La connexion d’une diode reliée à la zone N s’appelle la cathode, celle menant à la zone P

l’anode.

• Le flèche sur le symbole de la diode indique le sens de passage du courant.



Les transistors (ou plus précisément les transistors « bipolaires ») se composent de trois couches

semi-conductrices, soit dans l’ordre N-P-N, soit dans l’ordre P-N-P. La couche du milieu est la

« base », les deux couches extérieures étant désignées par « émetteur » et « collecteur ». C’est la

raison pour laquelle les connexions d’un transistor sont généralement identifiées par les simples

lettres E, B et C.

Transistors NPN et PNP – Structure et symbole

La tension d’alimentation d’un transistor doit toujours être polarisée de telle manière que les

porteurs de charge de la zone émetteur soient attirés vers le collecteur. Comme les charges de

noms opposés s’attirent, il en résulte :

• Les transistors NPN s’alimentent par une tension collecteur-émetteur UCE positive.

• Les transistors PNP s’alimentent par une tension collecteur-émetteur UCE négative.

Sans tension de base, aucune circulation de porteurs de charge ne peut toutefois avoir lieu de

l’émetteur au collecteur. La couche de base empêche, en effet, que la force d’attraction du

collecteur ne s’exerce jusqu’à la zone émetteur. Ce n’est que quand une tension de base fait passer

des porteurs de charge de la (mince) couche de base dans la zone émetteur qu’ils entrent dans la

zone d’attraction du collecteur et y sont acheminés en majeure partie vers le collecteur. Pour attirer

les porteurs de charge de l’émetteur vers la base, la tension base-émetteur UBE doit avoir la même

polarité que la tension collecteur-émetteur UCE. Autrement dit :

• Les transistors NPN deviennent conducteurs pour une tension base-émetteur UBE positive

• Les transistors PNP deviennent conducteurs pour une tension base-émetteur UBE négative.

Ce qui explique en même temps la fonction élémentaire du composant amplificateur qu’est le

transistor : une tension base-émetteur UBE relativement faible permet de commander l’intensité du

courant de porteurs de charge circulant de l’émetteur au collecteur du transistor. Mais pour

commander le courant collecteur, on peut aussi imposer un courant base IB. Tout courant base

engendre automatiquement une certaine tension base-émetteur UBE et, en fonction de cette

dernière, un certain courant collecteur IC. La relation entre courant collecteur IC et courant base IB

est toutefois nettement plus linéaire qu’entre IC et UBE. Le rapport IC / IB s’appelle gain en courant B

du transistor. Il peut varier d’un transistor à l’autre et est généralement compris entre 50 et 500.



Le schéma équivalent d’un transistor représente encore plus simplement son mode de

fonctionnement : la jonction base-émetteur du transistor se comporte comme une diode en direct

(sens passant). Le courant base IB qui la traverse engendre entre émetteur et collecteur un courant

IC B fois plus grand. Le symbole d’un injecteur de courant indique que le courant collecteur est

largement indépendant de l’amplitude de la tension collecteur.

Transistor NPN – Schéma équivalent

Sur le symbole du transistor, l’émetteur est repéré par une flèche. Indépendamment de ce qui se

passe à l’intérieur du transistor, le sens de la flèche sur le symbole correspond toutefois au sens

technique du courant. La règle pour les symboles de composants semi-conducteurs est la suivante :

la flèche soit pointe vers une zone P, soit vient d’une zone N. (Moyen mnémotechnique : P =

extrémité « pointue » de la flèche, N = extrémité « nue » de la flèche).

Que fait un amplificateur ?

Le micro d’un téléphone transforme les ondes sonores produites par de la parole ou de la musique

en tensions alternatives de quelques millivolts. Ce signal est toutefois trop faible pour attaquer

directement un écouteur ou un haut-parleur. Ces derniers ont, en effet, besoin de quelques volts

pour une reproduction bien audible. Il faut donc intercaler un amplificateur entre micro et écouteur

ou haut-parleur. Pour générer le signal de sortie, tout amplificateur a besoin d’une tension

(continue) d’alimentation.

Amplificateur – Symbole

Les pages qui suivent vous apprendront le mode de fonctionnement d’amplificateurs à transistors

ou « transistorisés ».




Information

Le transistor en amplificateur de courant

Le montage qui suit vous permet de vérifier le mode de fonctionnement de transistors NPN. Le

diviseur de tension variable (potentiomètre) R permet de régler le courant base IB du transistor.

Chaque courant base (dans un transistor intact) produit un courant collecteur IC bien plus grand. En

divisant la valeur mesurée pour IC par celle mesurée pour IB, on obtient le gain en courant B du

transistor sous test.

C

B

IBI

=

Les deux résistances R1 et R2 sont des résistances dites de protection. Elles limitent le courant

base et le courant collecteur à des valeurs permettant de ne pas endommager le transistor en cas

de manipulation sans précaution du potentiomètre R.

Montage de mesure du gain en courant B


R1 Résistance 10 kΩ, 47 kΩ, 100 kΩ (selon l’exercice)



K1 Transistor BC140, BC547, BC160 (selon l’exercice)




a) Réalisez à présent le montage de test à l’aide d’un transistor BC140 et réglez IC = 1 mA. Lisez le courant

base IB et notez sa valeur. Calculez à partir des valeurs mesurées le gain en courant B du transistor

étudié. Répétez la mesure pour IC = 5 mA et 10 mA. Reportez les valeurs sous BC140 (1) dans le

tableau.

Transistor BC140 (1) BC140 (2) BC547 BC160

IC [mA] 1 5 10 1 5 10 1 5 10 1 5 10

IB [µA]

B = IC / IB

Tableau des valeurs mesurées

b) Le jeu de composants de l’EduTrainer comporte un second transistor BC140. Testez-le de la même

manière et déterminez aussi son gain en courant B pour IC = 1 mA, 5 mA et 10 mA. Reportez les valeurs

sous BC140 (2) dans le tableau.

(Il est parfaitement normal que les gains en courant soient différents d’un transistor à l’autre, même

s’ils sont du même type !)


a) Répétez la même procédure avec le transistor BC547 et reportez ses valeurs dans le tableau.

3. Gain en courant du transistor PNP BC160

a) Le transistor BC160 est de type PNP. Pour qu’il puisse bien fonctionner, il faut modifier légèrement le

montage de mesure précédent. Qu’est-ce qu’il faut faire ?

b) Déterminez à l’aide du montage de test modifié les caractéristiques encore manquantes du transistor

BC160 et reportez-les également dans le tableau.



c) Laissez le transistor dans le montage et faites quelques expérimentations.

1. Quel est le courant base maximal qu’il est possible de régler à l’aide du potentiomètre ?

2. Essayez de calculer cette valeur à partir des caractéristiques du montage de test.

3. Quel est le courant collecteur maximal qu’il est possible de régler dans le montage ?

4. Essayez de calculer ICmax à partir des caractéristiques du montage de test.

5. Le courant collecteur IC ne peut se commander par le courant base IB que jusqu’à une certaine

valeur limite ICmax. Comment appelle-t-on l’état dans lequel le transistor ne réagit plus à une nouvelle

augmentation du signal de commande ?

6. Que faut-il faire si l’on veut adapter le montage de test à des courants collecteur allant jusqu’à

environ 25 mA ?



4. Le transistor en amplificateur de tension

Information

Une tension (continue) d’alimentation adéquate (désignée ici par U) permet aussi de faire

fonctionner des transistors en amplificateur de tension. Pour ce faire, il faut cependant les

combiner à d’autres composants transformant les variations de courant en variations de tension.

Dans le cas le plus simple, on ajoute une « résistance de charge RA » dans le circuit collecteur.

Transistor et résistance forment ainsi un montage série traversé par le courant collecteur IC. La

chute de tension aux bornes de la résistance de charge résulte de la loi d’Ohm : URA = RA ⋅ IC, et la

chute de tension UCE des lois du montage série : UCE = UC = U – URA. De cette manière, la tension

d’entrée Uin commande d’abord le courant base IB et ainsi le courant collecteur IC, puis également,

grâce à la résistance de charge RA, la tension collecteur UC. Cette dernière sert alors de tension de

sortie Uout. Dans le gain en tension GU d’un montage, on considère non pas les tensions continues à

l’entrée et à la sortie, mais le rapport de la « variation de tension à la sortie » à la « variation de

tension à l’entrée ». Dans les formules, une « variation » ou différence se représente par la lettre

grecque ∆ (delta). On écrit donc :

Gain en tension − ∆

= =− ∆

out1 out2 outU

in1 in2 in

U U UV

U U U

5. Gain en tension des transistors NPN BC140 et BC547

a) Transformez le montage de test précédent en un amplificateur de tension.

Le transistor en amplificateur de tension








K1 Transistor BC140, BC547


b) Déterminez à l’aide du nouveau montage, pour les valeurs de la tension d’entrée données dans le

tableau Uin/Uout, la tension de sortie associée, ou, inversement, les tensions d’entrée correspondant

aux valeurs Uout.


Uin [V] 0 2,0

Uout [V] 11,8 10 8 6 4 2 0,2

c) Calculez à partir des valeurs Uout de 10 V et 2 V la différence ∆Uout, et à partir des valeurs Uin associées

la différence ∆Uin. Quel est le gain en tension GU du montage ci-dessus ?

d) Remplacez le transistor BC140 par un BC547 et répétez les mesures.


Uin [V] 0 2,0

Uout [V] 11,8 10 8 6 4 2 0,2



e) Calculez à partir des valeurs Uout de 10 V et 2 V la différence ∆Uout, et à partir des valeurs Uin associées la

différence ∆Uin. Quel est le gain en tension GU du montage ci-dessus ?

f) Appréciez les propriétés d’amplification des deux types BC140 et BC547.

g) Représentez la relation entre tension de sortie et tension d’entrée pour BC140 dans un diagramme

Uout = f(Uin). Tracez d’un trait fin les lignes auxiliaires permettant de déterminer sur la caractéristique les

valeurs Uin correspondant à Uout = 10 V et Uout = 2 V. Inscrivez aussi les désignations correspondantes

∆Uout et ∆Uin dans le diagramme.

Uout

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

2

4

6

8

10

12

14

Uin

V

V

Diagramme Uout = f(Uin)



Information

Dans le présent montage amplificateur de tension, la résistance R1 protège le transistor d’un

courant base de trop forte intensité. Malheureusement, elle réduit aussi le gain en tension GU. Mais

on peut aussi déterminer le gain théoriquement possible du montage protégé en mesurant

directement, au lieu de la tension Uin délivrée aux bornes du potentiomètre, la tension base-

émetteur UBE.

En raccordant directement un appareil de mesure à longs cordons à la base d’un transistor

moderne, le risque est cependant que le montage se mette à osciller dans la bande des 100 MHz et

se transforme donc en émetteur FM. (On peut reconnaître cet effet indésirable, même sans

oscilloscope, au fait que les valeurs mesurées varient quand on touche les cordons isolés ou

réagissent à l’approche de la main !). Une « résistance de découplage » de, par exemple, 1 à 10 kΩ

insérée entre la base et le cordon de mesure (le plus près possible de la base !) permet d’y

remédier. En amont d’un voltmètre à haute impédance (Ri ≥ 1 MΩ), elle ne fausse pratiquement pas

la valeur mesurée.

h) Transformez en conséquence le montage précédent.

Mesure de UBE via une résistance de découplage (antioscillation)







RDEC Résistance (de découplage) 1 kΩ


K1 Transistor BC547


i) Déterminez à l’aide du montage les valeurs manquantes du tableau UBE/Uout.

Tableau UBE/Uout pour BC547

UBE [mV] 0

Uout [V] 11,8 10 8 6 4 2 0,2 0,15

j) Calculez le gain en tension GU à partir de ∆Uout et ∆UBE.

Utilisez les valeurs mesurées pour Uout = 4 V et 8 V.



6. Le transistor en amplificateur de tension alternative

Information

Les modifications de la tension d’entrée, jusqu’ici opérées à la main sur le potentiomètre R,

peuvent aussi s’obtenir par couplage d’une tension alternative. Pour que le courant continu

traversant R1 ne passe pas de manière indésirable par la source de tension alternative, on insère un

« condensateur de couplage » C1 dans le circuit du signal. Il oppose au courant continu une

résistance quasi infinie, mais laisse passer le courant alternatif. Le potentiomètre R sert à présent

au « réglage du point de fonctionnement » de l’amplificateur.

Comme de faibles tensions alternatives ne sont pas seules en mesure de rendre un transistor

conducteur, on règle ce dernier, à l’aide d’un courant continu, de telle manière qu’au repos, sa

tension collecteur UC soit à peu près au milieu de la plage des extrêmes possibles UEmax et UEmin.

Quand on ajoute alors un (faible) courant alternatif au courant base, celui-ci augmente et diminue

au rythme du signal alternatif (donnant un « courant ondulé »). Le courant collecteur IC et la tension

collecteur UC oscillent par conséquent aussi au rythme du signal d’entrée autour de leur valeur de

repos.

À l’aide d’un autre condensateur de couplage C2, on filtre alors de la tension collecteur (ondulée) la

composante alternative, que l’on utilise comme signal de sortie Uout. On obtient de cette manière

dans le montage amplificateur, à partir d’un petit signal de tension alternative à l’entrée, un signal

de tension alternative (amplifié) bien plus grand (de même fréquence et de même forme) à la sortie.

Et ce, bien que le transistor ne fonctionne ici qu’avec une tension d’alimentation U positive!

En mesurant les valeurs crête à crête du signal d’entrée et du signal de sortie à l’oscilloscope, on

peut calculer directement le gain en tension alternative GU(AC) du montage.

Gain en tension alternative out(ss) out(eff)U(AC)

in(ss) in(eff)

U UV

U U= =



Le transistor en amplificateur de tension alternative

Y1 : à relier à la voie A de l’oscilloscope

Y2 : à relier à la voie B de l’oscilloscope






C1 Condensateur 220 µF

C2 Condensateur électrolytique 10 µF

K1 Transistor BC140


Nota

Pour que vous puissiez observez en paix les phénomènes se passant dans le montage :

– Réglez le générateur de signaux sinusoïdaux de l’EduTrainer à une très basse fréquence, par

exemple 0,2 Hz.

– Pour Uin, il suffit d’environ 0,1 à 0,3 V (à prélever à la sortie 0-2 V du générateur de formes

d’onde DDS !).

– Réglez l’oscilloscope de telle manière que les deux voies tracent des lignes droites stables se

décalant vers le haut et vers le bas au rythme du signal d’entrée.

– Débranchez le générateur de signaux sinusoïdaux de C1 et régler à l’aide du potentiomètre R le

« point de fonctionnement » du montage à UCE = +6 V (demi-tension d’alimentation).

– Rebranchez le générateur et réglez l’amplitude de Uin de telle manière que la tension UCE du

transistor varie approximativement entre +4 V et +8 V.



a) Faites quelques expérimentations à l’aide du montage et répondez alors aux questions qui suivent.

Cochez les réponses correctes.

La tension d’entrée Uin(AC) et la tension de sortie Uout(AC) varient en phase.

La tension d’entrée Uin(AC) et la tension de sortie Uout(AC) varient en opposition de phase.

Durant l’alternance positive de Uin(AC), il circule davantage de courant collecteur IC que durant

l’alternance négative de Uin(AC).

Durant l’alternance positive de Uin(AC), il circule moins de courant collecteur IC que durant l’alternance

négative de Uin(AC).

Quand le courant collecteur augmente dans le transistor, sa tension collecteur-émetteur UCE croît.

Quand le courant collecteur augmente dans le transistor, sa tension collecteur-émetteur UCE décroît.

On choisit le point de fonctionnement UC = « demi-tension d’alimentation » parce que la tension

collecteur peut alors varier de la même valeur vers le haut et vers le bas.

On choisit le point de fonctionnement UC = « demi-tension d’alimentation » parce que le gain du

montage est alors maximal.

Les condensateurs de couplage sont destinés à laisser passer les signaux alternatifs, mais à ne pas

influencer les tensions continues.

Les condensateurs de couplage empêchent une mise en oscillation indésirable à haute fréquence du

montage.

Le point de fonctionnement est le réglage de base d’un montage en courant continu.

Le point de fonctionnement est dans un schéma le point de soudure reliant le collecteur à la sortie.



7. Relation entre réglage du point de fonctionnement et distorsions des signaux de sortie

Information

Habituellement, on teste le montage avec des signaux donnant une image stable à l’oscilloscope.

Augmentez à cet effet la fréquence du signal d’entrée à 500 Hz et réglez le balayage de

l’oscilloscope de telle manière qu’une ou deux périodes complètes de Uin(AC) et Uout(AC) soient

visibles à l’écran.

a) Réglez le signal d’entrée et le point de fonctionnement de manière à obtenir en sortie un signal bien

sinusoïdal de 6 volts crête à crête (6 Vcc). Mesurez alors la valeur crête à crête de Uin(AC) et déterminez le

gain en tension alternative GU(AC) du montage.

b) Quel est en degrés le déphasage entre Uin(AC) et Uout(AC) ?

c) Qu’est-ce qui arrive à la forme du signal de sortie si, à l’aide du potentiomètre R, on décale lentement le

réglage du point de fonctionnement vers le haut ou vers le bas ?

d) Trouvez, en faisant varier Uin(AC) et le réglage du point de fonctionnement, comment délivrer en sortie un

maximum de volts crête à crête sans distordre la forme sinusoïdale.



Information

Sur un amplificateur HiFi (HiFi = high fidelity = haute fidélité), la forme du signal de sortie doit

correspondre exactement à celle du signal d’entrée. Une inversion du signal n’est cependant pas

prise en considération. Si vous inversez une voie sur votre oscilloscope et s’il est possible de faire

varier en continu le balayage en Y, vous pouvez essayer de faire se superposer les signaux Uout(AC) et

Uin(AC) à l’écran. Mieux vous y parvenez, meilleure est la qualité de l’amplificateur.

e) Testez aussi la fonction de transfert avec une tension triangulaire et une tension carrée. Portez alors un

jugement et justifiez : l’amplificateur en question est-il apte à la HiFi, du moins à certaines conditions ?

8. Montages de base de transistors

Information

Dans les transistors, on connaît trois montages de base. Ils se désignent en fonction de la

connexion du transistor servant de point commun de référence au signal d’entrée et au signal de

sortie. Dans le cas le plus simple, c’est la connexion du transistor reliée à la « masse ». Mais

souvent, il n’y a pas de là de liaison directe à la masse du montage ! Dans ce cas, le moyen suivant

aide à déterminer le nom du montage : trouver à quelle connexion du transistor est appliqué le

signal d’entrée, et à laquelle est prélevé le signal de sortie. La troisième et dernière connexion du

transistor donne alors son nom au montage de base.

a) Quel était le montage de base du transistor utilisé aux pages précédentes ? Cochez la bonne réponse.


montage de base émetteur commun, ou tout simplement en montage émetteur commun.


montage de base base commune, ou tout simplement en montage base commune.


montage de base collecteur commun, ou tout simplement en montage collecteur commun.

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