Upload
prueba32
View
236
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 1/12
TD-Classe_Ampli.docx
Département d'Electronique
Elèves de deuxième année
Travaux Dirigés d’électronique non linéaire
Olivier BERNALMarc LESCURE
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 2/12
TD Electronique Non-Linéaire 2
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
INP-ENSEEIHT
Département d'Electronique
TDn°1 : Amplification classe AB- Amplificateur classe AB
- Résistance thermique et température de jonction
TDn°2 : Redressement - filtrage
- Chargeur de batteries d’accumulateur
- Redressement et filtrage double alternance d’une alimentation secteur
TDn°3 : Amplification classe C
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 3/12
TD Electronique Non-Linéaire 3
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
INP-ENSEEIHT
Département d'Electronique
Problème Ch. I
Amplificateur classe AB
La figure 1 représente un étage de sortie collecteur commun fonctionnant en classe
AB. Le circuit est alimenté avec deux sources de tension :
- l’une positive de f.é.m. V12E1 +=
- l’autre négative de f.é.m. V12E2 −= .
Les transistors Q3 (PNP : 2N2907) et Q4 (NPN : 2N2222) sont des collecteurs
communs fonctionnant en classe A. Ils ont pour rôle principal de prépolariser les transistorsQ1 et Q2 pour que ceux ci présentent une faible distorsion de raccordement de la tension de
sortie vs(t) (classe AB). Q3 et Q4 présentent des courants de saturation IS3 = IS4 = 10-14
A.
Les résistances de contre réaction RE1 = RE2 = 1Ω sont positionnées sur les émetteurs
de Q1 et Q2 ; ils garantissent une stabilité en température du point de fonctionnement au repos
des courants des collecteurs (IC1)0 et (IC2)0 des deux transistors de puissance.
Les transistors Q1-Q2 NPN-PNP complémentaires sont de type TIP41-TIP42 en
boîtier TO66 (note technique). Leurs courants de saturation des jonctions base émetteur IS1 =
IS2 = 10-12
A.
Figure 1 : Les transistors Q3 et Q4 sont câblés en collecteurs communs en classe A ; leurs tensions base
émetteur prépolarisent en classe AB l’étage de puissance formé par Q1 et Q2.
Le circuit BUF634 présente une structure analogue
500Ω
1Ω
1Ω
8Ω
500Ω
Q3
E1 = +12V
E1 = +12V
RE3
Ve(t)
RE4
Vs(t)
RL
Q1
RE1
E2 = -12V
Q4
RE2
Q2
E2 = -12V
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 4/12
TD Electronique Non-Linéaire 4
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
Question 1)Au repos, c’est à dire lorsque ve(t) = 0, on admet que vs(t) = 0, et donc aucun courant ne
circule dans la résistance de charge RL = 8Ω.
Déterminer :
a) à partir de la loi exponentielle : ( )TBESC uVexpII =
les tensions VE3 et VE4 des émetteurs de Q3 et Q4. En déduire la d.d.p. VB1–VB2 entre les bases
de Q1 et Q2.
b) les tensions VBE1 et VBE2 et les courants (IC1)0 , (IC2)0 au repos.
Question 2)Principe. On suppose que le circuit est correctement polarisé et qu’on applique à l’entrée un
signal sinusoïdal d’amplitude VeM = 2V. Décrire le fonctionnement de ce circuit. En déduire
la forme de la tension de sortie vs(t). Quelle est la valeur du gain en tension :
( ) ( )tvtva sev =
a) si : RE1 = RE2 = 0
b) si : RE1 = RE2 = 1Ω
Question 3)
En régime sinusoïdal permanent; le circuit fournit à la résistance de charge RL = 8Ω une
tension alternative de fréquence f = 1kHz et d’amplitude VsM = 8V (c’est à dire 16Vcrête à crête).
Déterminer :
a) la puissance dissipée dans la résistance RL,
b) les intensités des courants crête IC1M , IC2M et moyens IC1moyen , IC2moyen qui
traversent Q1 et Q2. (On négligera les valeurs des courants de repos).
c) la puissance électrique fournie par chacune des deux alimentations via Q1 et Q2.
d) la puissance moyenne dissipée par Q1 et Q2.
e) le rendement énergétique η de l’étage Q1 et Q2 que l’on comparera au rendement
maximum que peut fournir un circuit classe B.
Question 4)Avec la condition de l’intensité maximale du courant crête, il correspond les tensions
minimales entre collecteur et émetteur de saturation VCEsat = 0,3V.
Pour la pleine puissance, avec un signal sinusoïdal, à la limite de la distorsion harmonique
par écrêtage de la tension de sortie, déterminer :
a) la puissance moyenne maximale fournie à la charge RL ,
b) la puissance dissipée par les transistors Q1 et Q2.
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 5/12
TD Electronique Non-Linéaire 5
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
INP-ENSEEIHT
Département d'Electronique
Problème Ch. I
Résistance thermique et température de jonction
On se propose de déterminer la température TJ de jonction et celle TC de boîtier
des deux transistors de puissance Q1 et Q2 d’un « buffer » émetteur suiveur fonctionnent en
classe B (figure 1). Le circuit est alimenté avec les sources de tension de f.é.m.
E V E V1 212 12= + = −, ; il fournit le maximum de puissance en régime sinusoïdal permanent
à une résistance de charge RL = 8Ω . Les résistances de contre réaction sont RE1 = RE2 = 1Ω.
A l’intensité du courant crête maximum, il correspond les tensions minimales entre collecteur
et émetteur VCEsat = 0,3V.Les transistors Q1 et Q2 , sont de type TIP41-TIP42 en boîtier TO66 (note technique).
Le constructeur indique que la température maximale de jonction est TJ Maxi = +150°C.
D’autre part,
a) si le boîtier du transistor est à l'air libre, sans radiateur supplémentaire, avec une
température ambiante TA = +25°C, la puissance maximale moyenne qu'il peut dissiper est
P1 Maxi = 2W.
b) si la température du boîtier TC du transistor est maintenue à une température
constante égale à celle de l'ambiante, TC = TA = +25°C, la puissance dissipée maximale qui
correspondrait à TJ Maxi = 150°C est P2 Maxi = 65W.
Figure 1 : Les transistors Q3 et Q4 sont câblés en collecteurs communs en classe A ;
leurs tensions base émetteur prépolarisent en classe AB l’étage de puissance formé par Q1 et Q2.
Le circuit BUF634 présente une structure analogue
Q3
E1 = +12V
E1 = +12V
RE3
Ve(t)
RE4
Vs(t)
RL
Q1
RE1
E2 = -12V
Q4
RE2
Q2
E2 = -12V
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 6/12
TD Electronique Non-Linéaire 6
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
Question 1)Déterminer les valeurs des résistances thermiques des transistors de puissance TIP41
et TIP42 :
a) jonction boîtier RJC
b) boîtier milieu ambiant RCA.
Question 2)On admettra que les transistors Q1 et Q2 dissipent chacun une puissance moyenne P1
= P2 = 1W . Les boîtiers des transistors sont à l'air libre, sans radiateur supplémentaire, avec
une température ambiante TA = +25°C . Déterminer les températures TJ et TC
respectivement de la jonction et du boîtier.
Question 3)Le boîtier de chacun des deux transistors est fixé sur un radiateur de résistance
thermique boîtier radiateur milieu ambiant RCRA = 7°C/W . Déterminer les nouvelles
températures de jonction et du radiateur TR =TC lorsque Q1 et Q2 dissipent chacun unepuissance moyenne de 1W.(on supposera que la température du radiateur est identique à celle
du boîtier).
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 7/12
TD Electronique Non-Linéaire 7
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
INP-ENSEEIHT
Département d’Electronique
Problème Ch.II
Chargeur de batterie d'accumulateurs
La figure 1 représente le schéma de principe d’un chargeur de batterie qui effectue
un redressement simple alternance d’une tension sinusoïdale. La résistance R = rS + r + RS
représente, sous forme localisée, l'ensemble des résistances de la maille secondaire :
- rs est la résistance vue du secondaire du transformateur, en supposant que Ve(t) est
fournie par une source parfaite de tension,
- r représente la résistance interne de la batterie de f.e.m. nominale E = 12V,
-Rs prend en compte la résistance série localisée de la diode D, avec RS = 0,01Ω.
On donne la f.e.m. disponible au secondaire du transformateur :
( )tcosV)t(V eMe ω= avec l’amplitude VeM = 24Vcrête
Figure 1 : Schéma de principe du chargeur de batterie.
Figure 2 : Modèle linéarisé courant tension d’une diode polarisée en direct par un courant continu ID.
Caractéristique courant tension correspondante
1) Quelle doit être la valeur de la résistance totale R du circuit secondaire afin que la valeur
moyenne du courant < I(t) > qui circule dans la diode et dans la batterie soit limitée à 6A, au
début de la charge, c’est à dire lorsque Emini = 12V ?
2) La f.e.m. de la batterie, en fin de charge, EMaxi = 13,2V. Quelle est la valeur moyenne de
l'intensité du courant dans la diode en fin de charge, en prenant la valeur de R déterminée
précédemment ?
3) Déterminer les puissances en début de charge :
- Pbatterie fournie à la batterie
- Pdiode dissipée dans la diode
- PR dissipée dans la résistance
- Pe fournie par le transformateur
Ve(t)
TXBatterieEmini, EMaxi
DR
Secteur220 Veff
1/RS
VD
ID
VD0 0
VD
ID ID
DVD0
RS
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 8/12
TD Electronique Non-Linéaire 8
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 9/12
TD Electronique Non-Linéaire 9
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
INP-ENSEEIHT
Département d’Electronique
Problème Ch.II
Redressement Filtrage double alternanced’une alimentation secteur
Le circuit représenté par la figure 1 permet d'obtenir un redressement double
alternance et le filtrage de la tension alternative donnée par le secondaire d’un transformateur
abaisseur de tension.
- Le transformateur comprend n1 spires au primaire et n2 spires au secondaire. Le rapport de
transformation :
( )
eff
eff e
primaire
ondairesec
1
2
V220
tV
V
V
20
1
n
n
n ====
La tension disponible au secondaire du transformateur est donc de la forme :
( )tcosV)t(V eMe ω= avec une amplitude VeM et une fréquence f = ω /2π = 50Hz.
- La résistance R = 1k Ω représente « l’utilisateur ».
- Le condensateur C = 100µF réduit l’ondulation par filtrage.
- La résistance r = 10Ω représente les pertes ohmiques du transformateur et la contribution
des résistances série RS des diodes qui sont conductrices.
- On prendra VD0 = 0,65V de tension de seuil des différentes diodes (figure 2)
Figure 1 : Schéma de principe du circuit de redressement double alternance. Le transformateur T isole
galvaniquement et abaisse la tension délivrée par le secteur. Les quatre diodes montées en pont
donnent un redressement des deux alternances de la tension sinusoïdale. Le condensateur C réduit
l’ondulation résiduelle. La résistance R correspond au circuit d’utilisation.
Figure 2 : Caractéristique courant tension d’une diode polarisée en direct par un courant continu ID.
1/RS
VD
ID
VD0 0
Vs(t)Ve(t)secteur
n1
220 Veff
D1
T
C
D4
Rr
n2
D3
D2
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 10/12
TD Electronique Non-Linéaire 10
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
Question 1)Evaluer le fonctionnement du dispositif en écrivant le « trajet » des courants :
a) pour l’alternance positive de Ve(t)
b) pour l’alternance négative de Ve(t).
Question 2)En l’absence du condensateur de filtrage (C = 0), déterminer :
a) l’amplitude fictive IM de l’intensité du courant qui traverse la charge R.
b) la forme de la tension Vs(t)
c) l’angle d’ouverture θ des diodes
d) la valeur moyennes de l’intensité du courant < I > qui traverse R
e) la tension moyenne < Vs > aux bornes de R.
Question 3)On place le condensateur de filtrage C = 100µF. On se placera dans le cas où la constante de
temps τ = RC est grande devant la période du signal Ve(t).a) Représenter l’allure de Vs(t) aux bornes de R.
b) Déterminer la valeur moyenne < Vs(t) > et l’ondulation résiduelle ∆Vs (crête à
crête).
c) Calculer la puissance moyenne dissipée par chaque diode.
Question 4)Déterminer dans les pires cas :
a) l’intensité crête du courant maximum de pire cas transitoire IMM que doivent
pouvoir supporter les diodes,
b) la tension maximale inverse que doivent supporter ces mêmes diodes.
Question 5)On intercale entre le circuit de redressement filtrage et la résistance R un régulateur de
tension. On fournit à ce dernier la même intensité (avec mêmes < Vs > et ∆Vs qu’en 3). Ce
régulateur de tension offre un Rapport de Réjection d’Alimentation RRA = 3000 (70dB). En
déduire l’ondulation résiduelle ∆Vs régul en sortie du régulateur.
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 11/12
TD Electronique Non-Linéaire 11
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
INP-ENSEEIHT
Département d’Electronique
Problème Ch. III
Amplificateur accordé classe C
La figure 1 représente un amplificateur classe C à émetteur commun muni d’une charge
résistive. La source alternative Ve(t) telle que Ve(t) = VeM cos ω t fournit un signal alternatif
de forte amplitude à la base du transistor. La source de tension continue EB reconstitue la
composante moyenne de l’intensité du courant base et polarise le transistor en zone bloquée
en imposant <Vbe> = -1V.
Figure 1 : schéma de principe d’un amplificateur classe C à émetteur commun muni d’une charge
résistive. La source de tension EB « prépolarise » la base du transistor pour ajuster l’angle d’ouverture.
On donne :
- L’amplitude de la tension d’excitation VeM = 2 V crète
- La pulsation de la tension d’excitation ω = 2π*1.6 106 rad.s
-1
- β = 100
- La tension de seuil du transistor VT = 0.6 V
- Rg = 1 k Ω - VCC = 20 V
Question 1 :Expliquer le fonctionnement de base d’un amplificateur classe C.
Question 2 :
Déterminer l’angle d’ouverture θ ainsi que l’amplitude fictive du courant d’entrée IbM.
Question 3 :Donner les valeurs des composantes continues ou moyennes <Ib> et <Ic> et fondamentales
Ib1M et Ic1M des courants d’entrée et de sortie.
Question 4 :
Q1
Vs(t)
+Vcc
Rc
Ve(t)
Rg
1k
EB = 1V
7/25/2019 TD Classe Ampli
http://slidepdf.com/reader/full/td-classe-ampli 12/12
TD Electronique Non-Linéaire 12
INP – ENSEEIHT – Electronique Non Linéaire
Le transistor ne conduisant qu’une fraction de la période, la forme de la tension de sortie n’est
pas sinusoïdale. On remplace donc la résistance de charge RC par un circuit accordé RLC, C
étant un condensateur variable permettant d’ajuster la fréquence propre du circuit RLC sur la
fréquence du signal d’entrée (voir figure 2).
Figure 2 : Circuit haute fréquence fonctionnant en classe C. Le condensateur variable C ajuste la fréquence
propre du circuit bouchon accordé L-R-C sur la fréquence délivrée par le générateur Ve(t). Le condensateur C2
est un court-circuit dynamique dans le domaine des fréquences utilisées.
Donner les valeurs de R,L,C sachant que l’on désire être accordé à la fondamentale du signal
d’entrée, avoir un facteur de qualité Q = 10 et avoir une amplitude de la tension utile de sortie
VsM = 14 V crète.
Question 5 :Calculer la puissance de sortie Ps et le rendement de l’amplificateur.
Ve(t)
Q1
R
C2
C
Vs(t)
L
1
2
+Vcc
EB