TD Série 1 : Le transistor bipolaire
I. Pré-requis Caractéristiques des courants de base et collecteur. Paramètres statiques. Montage émetteur commun, collecteur commun. Représentation Représentation petits signaux. Transistor en régime de commutation
II. Polarisation d’un transistor : L’étude porte sur les montages figures 1, 2. Le transistor utilisé est un PN2222A (document en annexe). Vcc=20v Pour chacun des montages, le point de polarisation doit être le suivant : Vce=10v Ic=1mA avec β=hFE=50 et Vbe=0,6v Pour le montage de la figure 2, on prendra Ip ≈10.Ib et Vre≈3v Vcc
Vcc
Ic
Ic
Rc
Rc
R1
Rb C
Vce
B
Vbe
C
E
Vce
B
Ip
0v
Vbe
R2 Vre
figure 1
E
Re 0v
figure 2 1. Pour chacun des montages déterminer les valeurs des résistances pour obtenir ce point de fonctionnement. 2. Déterminer la plage de variation du β=hFE compte tenu des informations sur le document constructeur. En déduire la variation du point de fonctionnement.
III. Etude dynamique des montages à transistor : Pour cette partie , on utilisera le modèle dynamique simple : Ic
Ib
Vbe
h11
h21 Ib
Vce
Exercice 1. VCC R
RC
CL
CL vE(t)
R R2
RE
vS(t)
S
CE
Soit un transistor NPN en montage émetteur commun de résistance d’émetteur R E, de collecteur R C, de pont diviseur de base R 1, R2. Soit CE la capacité d’émetteur, C L de liaison : 1. Donnez le schéma équivalent en dynamique du montage v 2. Calculez le gain G = S v E 3. Donnez le schéma équivalent en dynamique du montage précédent si la résistance R E n’est plus découplée (C E absent du montage) 4. Quel est alors le nouveau gain ? 5. Intérêt de CE ?
Exercice 2. Soit le montage émetteur commun suivant : Vcc
Re
C3
R1 Vbe
C1
E
Vce
B
Ip
C
C2
R2 Rc
eg 0v
Rch
Ic
On a Vcc=24V, Re=2k Ω , Rc=1k Ω, R1=22k Ω, R2=35k Ω, Rch=1KΩ On a Vce=-12v et Vbe=-0,7v Avec : h11=1k Ω h21=100 1. Donner le schéma équivalent dynamique du montage. v 2. Calculer l’amplification Av = s du montage eg
TD électronique fondamentale
2
vs
Exercice 3. VCC CC R1
RC
CL CL vE(t)
vS(t) R2
RE
RL
Soit un transistor NPN en montage collecteur commun de résistance d’émetteur R E, de collecteur RC, de pont diviseur de base R 1, R2. Soit CC la capacité de collecteur, C L de liaison : 1. Donnez le schéma équivalent en dynamique du montage v 2. Calculez le gain G = S v E 3. Calculez les impédances d’entrée et de sortie du montage 4. Quel est l’intérêt de ce montage ?
Exercice 4.
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3
Vce
IV. Le transistor bipolaire en commutation : 1. Transistor en commutation : On désire faire fonctionner ce montage en commutation. La tension Eg est un signal carré d’amplitude 0v 10v. 0v -> transistor bloqué 10v-> transistor saturé Caractéristiques : Vcc Vcc=20v Ic Rc=1k Ω 50<β<100 Rc
Ib
1. 2. 3. 4.
Vce
B
Eg
Hypothèse : En saturation , on a V ce sat≈0v et Vbe=0,6v
C
Rb
Vbe
E
0v
Figure 1 Quelle est la valeur du courant Ic lorsque le transistor est saturé ? Compte tenu des valeurs de β, quelle doit être la valeur de Ib pour assurer la saturation du transistor ? Déterminer la valeur de Rb pour assurer cette saturation lorsque Eg=10v. Tracer l’allure de Vce(t) lorsque l’on a le signal suivant : Eg
t
2. Commande de lampe Dans le montage suivant E=24V, T est un transistor bipolaire tel que 50 ≤ ≤ 150 , L est une lampe de caractéristiques (U=24V, P=10W). On applique à l’entrée de la résistance de base RB une tension créneau comprise entre -10V et +10V. E L Rb
T Vce
U
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D
4
1. Indiquer le rôle de la diode D. 2. Déterminer la valeur de la résistance R B permettant une saturation correcte. On prendra VBESAT=0.7V. t 3. Le signal de commande est un signal carré de rapport cyclique α=0,5 ( α = on ) et de fréquence T 1kHz. Tracer l’allure du courant i c(t) et de la tension Vce(t). 4. Déterminer la puissance dissipée dans L et dans T ? (avec Vcesat ≈0,3V) 5. Quelle est la tension moyenne aux bornes de L ? 6. Que se passe-t-il lorsque l’on modifie le rapport cyclique ? 7. Quel est l’intérêt d’un tel montage ? 8. Quelle doit être la plage de variation du rapport cyclique si les caractéristiques de la lampe sont (U=12V, P=10W). L’alimentation E, la commande E et le transistor sont inchangés.
3. Commande de moteur.
t1
t2
Un hacheur série à transistor alimente un moteur à courant continu supposé idéal et modélisé par une f.e.m. E associé à une inductance L. Le transistor T fonctionne en commutation à la fréquence f=10kHz. sa puissance maximale est 250W. Sa tension de saturation Vcesat=0,3v On donne les graphes de Ic(t) et Vce(t). 1. Donner l’allure de p(t) absorbée par le transistor. 2. Calculer l’énergie W1 perdue lors de la mise en conduction (durée t1=1µs) et l’énergie W2 perdue lors du blocage (durée t2=2µs). 3. Calculer l’énergie W3 perdue lors de la conduction. 4. En déduire la puissance moyenne perdue dans le transistor. 5. Exprimer la puissance moyenne en fonction de f. Quelle est alors la fréquence maximale de commande du transistor ?
TD électronique fondamentale
5
Annexe
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6
