Comprendre l'électronique par la simulation.
par Serge Dusausay  Espace lecteur  plan du site


 Article 12 
   Quelques informations supplémentaires des pages 79 à 84 du livre.


L'article 12 montre :
- le calcul de polarisation,
- la détermination de l'amplification,
- la simulation de la polarisation,
- la simulation de l'analyse harmonique,
- les simulations de réponses transitoires.
le tout en 6 pages...
Ce montage est riche d'autres caractéristiques intéressantes, que nous nous proposons de montrer ci-dessous, par des simulations supplémentaires, et par des essais réels.

SIMULATION SUPPLEMENTAIRE

à savoirIl a été indiqué, dans l'article 02, que beta, paramètre principal d'un transistor bipolaire, fluctuait dans de très grandes proportions :
- à cause de la dispersion de fabrication,
- à cause de la température,
- et selon la polarisation.

D'où la conclusion de l'article 02 de vérifier que le fonctionnement d'un montage à base de transistor bipolaire était largement indépendant des variations de beta (page 27).

Pour notre schéma d'étude, nous proposons ci après de faire tout simplement 2 runs avec 2 valeurs extrêmes de beta, afin de vérifier la robustesse du circuit.

Pour faire cet essai, il suffit de déclarer le paramètre BF, qui en première approximation est le paramètre beta = IC/IB, en modifiant le fichier amp1tr.cir tel que :

On ajoute la ligne :
.param beta=200
200 est une valeur par défaut qui sera écrasée par la commande .step .

On modifie l'argument de passage BF (les autres inchangés) :
.model Q2N2222 NPN (............................BF={beta}................
Notez la présence des accolades autour de beta.

On demande 2 runs, selon 2 valeurs du paramètre beta :
.step param beta list 100 300
Il a été choisi la syntaxe "list" pour signifier une liste de valeur jointe.
Ici, il a été choisi BF=100 et 300.

Les autres lignes sont conservées.

La méthode est inchangée :
- un run pour l'analyse OP qui permet de "mesurer" les conditions de polarisation,
- un run pour l'analyse AC qui permet de vérifier l'amplification et la bande passante,
- un run (ou plus) pour l'analyse TRAN qui permet de simuler le comportement de l'amplificateur lors d'une entrée sinusoïdale ou quelconque.

Voici les résultats :

Polarisation :

Le tableau ci dessous permet de comparer avec les valeurs données en page 81 :
  IC1    IB1   VCE1 
BF=100  0,73mA  8,94uA  5,69V
BF=300  1,04mA  6,19uA  3,82V
Interprétation :
les conditions de polarisation sont voisines entre elles. Dans ces 2 cas extrêmes, le transistor reste polarisé dans sa zone d'amplification, ce qui est l'intérêt du montage à résistances réparties.

Amplification petits signaux :

Le tableau ci dessous permet de comparer avec les valeurs données en page 81 :
Gain chaîne directe Gain système bouclé Bande passante
BF=100   42,98 dB   23,1 dB   8,2 MHz
BF=300   45,91 dB   23,4 dB   7 MHz
Interprétation :
Le gain de la chaîne directe est lié à la valeur de BF, et de la polarisation.
Le système est contre réactionné, comme l'indique le schéma bloc de la page 81, ce qui permet d'avoir un gain du système bouclé indépendant, dans une large mesure, à celui de la chaîne directe.
La bande passante est légèrement modifiée en fonction de l'amplification.
Ces valeurs sont très voisines de celle présentée dans le livre, avec le transistor non modifié.


Amplification :

On reprend le run .TRAN,
d'une sinusoïde d'amplitude 200 mV et de fréquence 10 kHz.
Pour ne pas surcharger le graphe, on ne représente pas le signal d'entrée.
Simulation :
issu de Probe
Simulation montrant la conséquence d'une modification du coefficient beta

Interprétation :

Les traces supérieures représentent le potentiel de collecteur.
On retrouve immédiatement que la polarisation est liée à BF :
pour BF=100, le signal est porté par 5,93 V,
pour BF=300, le signal est porté par 4,16 V.
Ces valeurs sont également accessibles dans le fichier de sortie.

Comme indiqué page 82, le condensateur CS coupe la composante continue.
Les amplitudes des sinusoïdes sont :
pour BF=100, 2,8 V
pour BF=300, 2,9 V
Ce qui donne une amplification entre 14 et 14,5.
soit un gain de entre 22,9 dB et 23,2 dB.
Ces chiffres corroborent l'étude AC, établie en linéaire.



MANIPULATION

Le montage a été réalisé sur plaque d'essais.

1) Polarisation
On mesure les grandeurs suivantes :
E = 10,00 V

VCET1 = 3,76 V
 VBET1 = 0,63 V
 URC1 = 5,84 V
 URE1 = 0,35 V
 URB2 = 0,96 V

On mesure également, pour une plus grande précision sur le calcul des courants :
RC1 = 5,57 k
 RB = 333

On déduit, par simple loi d'Ohm, le courant IC1 = 1,048 mA

Les conditions de polarisation sont donc très voisines de celle déterminées en pages 80 et 81.

2) Amplification
On injecte en entrée un signal sinusoïdal, identique à l'essai n°1 de la page 82 :

recopie d'écran scannérisée
Amplification linéaire à 10 kHz
20 us / carreau haut : CH1 : 200 mV / c bas : CH2 : 1 V / c

Interprétation :

L'amplitude de l'entrée est 200 mV.
L'amplitude de la sortie est 2,9 V.
On a bien un amplificateur inverseur de coefficient d'amplification 14,5, ce qui est en parfaite concordance avec la simulation de la page 82.

On injecte maintenant en entrée un signal sinusoïdal, identique à l'essai n°2 de la page 82 :
recopie d'écran scannérisée
Une saturation apparaît à fort niveau
20 us / carreau haut : CH1 : 500 mV / c bas : CH2 : 2 V / c

Interprétation :
L'amplitude d'entrée est de 500 mV.
Le signal de sortie présente des saturations, ce qui était prévisible, car une amplification de 14,5 aurait aboutit à 7,25 V d'amplitude, soit 14,5 V crête à crête, ce qui impossible dans ce montage alimenté en 0 10 V.

Le signal de sortie va de -5,6 V à 3,6 V, soit 9,2 V de dynamique.
Cette valeur de dynamique est très proche du résultat de la simulation, page 83.
On peut néanmoins remarquer que la forme d'onde est un peu différente : sur cet essai réel, la courbe est moins symétrique. La conséquence directe est que la valeur moyenne est différente par rapport à celle simulée, ce qui justifie une translation sur cette tension, placée après le condensateur de liaison, qui coupe la composante continue.


fin de l'article 12

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