Les amplificateurs sont des montages électroniques très essentiels en détection ou en commande car ils permettent d’augmenter l’amplitude d’un signal (une tension, un courant,…). Ces amplificateurs peuvent être retrouvés dans des circuits Audio (amplificateur audio) ou des circuits de commande. Dans les lignes qui suivent, je vais vous faire découvrir comment réaliser un amplificateur à transistor car ils peuvent aussi être réalise par des circuits intégrés.
Ce quoi un transistor bipolaire ?
Si vous ne savez pas à quoi ressemble un transistor, ou comment cela fonctionne : je vous invite à lire cet article : Réaliser son premier montage électronique avec un transistor qui en détail plus et revenir lire la suite de cet article.
A l’école, on développe trop des théories sur les amplificateurs à transistors pour vous faire comprendre la base ou les bases de l’électricité mais ici je serai trop PRATIQUE dans la réalisation des amplificateurs à transistors en vous mettant directement des formules pratiques.
Ce quoi l’amplification ?
Soit A un signal qui entre dans un montage et B un signal qui en sort. On appelle l’amplification le rapport G exprimé par G = B : A (signal de sortie divisé par celui d’entrée) C’est donc le gain obtenu.
Suivant la configuration du transistor bipolaire, on peut réaliser :
- Un amplificateur à émetteur commun (amplifie la tension et le courant : donc la puissance)
- Un amplificateur à base commune (amplifie la tension)
- Un amplificateur à collecteur commun (amplifie le courant)
Dans cet article on parlera plus du montage émetteur commun car il est le seul à amplifier la tension et le courant au moment contrairement à celui à base commune ou à collecteur commun.
Amplificateur à émetteur commun.
Ce montage peut être construit autour d’un transistor du type PNP ou du type NPN. C’est le seul montage qui permet d’amplifier au même moment la tension et le courant d’entrée. Vous avez du mal à comprendre ces termes ? Lisez ici les détails sur le lexique électronique.
Pour cette configuration en émetteur commun, le gain en tension et en courant sont moyens (gain en puissance fort) ; l’impédance d’entrée est moyenne et celle de sortie est faible. Ce quoi l’impédance ? C’est une résistance électrique vue aux hautes fréquences. Cette impédance joue un rôle très important dans l’adaptation des appareils hautes fréquences. (La tension fréquentielle divisée par le courant fréquentiel).
On réalise un amplificateur à transistor en mode émetteur commun, si le signal d’entrée est appliqué sur la base du transistor, et le signal de sortie est recueilli sur son collecteur avec l’émetteur à la masse.
Une petite variation du courant sur la base engendre une importante variation du courant sur le collecteur (effet transistor Ic = Ibxβ avec Ic courant collecteur, Ib courant de base et β gain statique du transistor). Le signal de sortie prélevé sur le collecteur du transistor amplificateur est déphasé de 1800 par rapport à celui de base ce qui veut dire que la demi-onde positive se transmet en demi-onde négative et la demi-onde négative en demi-onde positive.
Montage amplificateur émetteur-commun
Comment calculer les valeurs de R1, R2, R3, R4, C1, C2, C3 ?
Ce la chose essentielle car vous voulez sûrement obtenir un résultat avec cet amplificateur. Vous voulez obtenir quel gain ? Quel courant de sortie ?
Toutes ces valeurs seront fixées par les valeurs des résistances que nous (vous) choisirons.
Pour déterminer ces valeurs des résistances, nous devons connaitre 3 choses :
- La tension d’alimentation du montage +VCC
- Le gain statique du transistor (hFe ou β)
- L’amplification : c’est-à-dire le nombre de fois que nous voulons amplifier le signal d’entrée
Retenez ceci :
- Evitez de faire des calculs des résistances pour obtenir un gain maximal du transistor car en pratique cela entrainera une coupure du signal de sortie (écrêtage). C’est la raison pour laquelle on travaille avec des gains de 5 ou 10 fois plus petits.
Donc si on veut obtenir une amplification de 50 fois, il est recommandé de choisir une première étage qui amplifie 10 fois et une suivante 5fois car l’amplification globale est le produit ( 5×10 = 100)
- Si le gain d’un transistor ne suffit pas, il est possible voire recommandé de passer par des étages (des amplificateurs en série : la sortie du premier amplificateur est reliée à l’entrée du second). Cette pratique permet d’obtenir une amplification générale A qui vaut le produit des amplifications : A = A1xA2 (avec A1 l’amplification de la première étage et A2 de la seconde)
Comment calculer la valeur de R3 ( résistance de collecteur) ?
Pour calculer la valeur de la résistance R3 a relié entre le collecteur du transistor et l’alimentions on devra connaitre la valeur de la résistance de charge de sortie. En pratique choisissez une valeur de R3 , 5 fois plus petite que celle de la charge de sortie.
Par exemple la valeur de la charge de sortie est de 10 000Ω, la valeur de la résistance R3 sera seulement obtenue par une division :
Valeur de R3 = 10 000Ω : 5 = 2 000 Ω
S’il arrive que vous obtenez une valeur de résistance non standardisée procéder par un arrondissement par excès.
Comment calculer la valeur de R4 (résistance d’émetteur) :
Une fois nous avons trouvé la valeur de la résistance R3 de 2 000 Ω, la valeur de R4 est obtenue plus simplement par :
Valeur de R4 = R3 : Gain
Avec le Gain le nombre de fois que nous voulons amplifier le signal et R3 la valeur de la résistance de collecteur.
Pour notre valeur de R3 2000 Ω et un gain de 50, on aura la résistance R4 qui vaut : Valeur de R4 = 2 000 Ω : 50 = 40 Ω une valeur non normalisée on choisira donc R4 qui de 47 ou 44 Ω
Comment trouver la valeur de R2 ?
Pour trouver la valeur de la résistance de R2 il faut connaitre :
- La valeur de la résistance R4 et
- La valeur du gain hFe du transistor que l’on veut polariser ou utiliser dans le montage.
Valeur de R2 [Ω] = { Gain x R4 [Ω] } : 10
En insérant les données pour notre exemple on aura :
Valeur de R2 = {50 x 44} : 10 = 220Ω
Comment trouver la valeur de R1 ?
Comment trouver la valeur de R1 ? Cette valeur dépend de :
- La valeur de la résistance R2
- La tension d’alimentation Vcc
- La tension de seuil Vbe
- La tension aux bornes de la résistance R4 (U4)
Pour cela, utiliser cette formule :
Valeur de R1 = {(Vcc x R2) : (Vbe + U4)} – R2
Respectez la suppression des accolades, des parenthèses.
Pour choisir la valeur de la tension U4, je choisi une valeur qui varie entre 0,4 et 0,69 volts en petit signaux. Prenons par exemple
- une tension U4 de 0,45 volts
- une tension d’alimentation de 12Volts,
- la tension de seuil de 0,6 Volts
- R2= 220Ω
la valeur de R1 sera :
Valeur R1 = {(12 x 220) : (0,6 + 0,45) } – 220 = {(2 640 : 1,05) } – 220 = 2 515 – 220 = 2 294 Ω
La valeur normalisée de R1 sera donc de 2 200 Ω en pratique.
Cet article est fini , n’hésitez pas à me laisser un commentaire s’il y a des problèmes. J’y reviendrai avec une bonne réponse par un article de blog.
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