Travaux dirigés Contre réaction 2ème année

Ph Dondon © Copyright  2002


  La caméra infrarouge inframétrics modèle 525 est équipée d'un préamplificateur à transistors faible bruit de bande passante 4 MHz, destiné à amplifier le signal délivré par le capteur infrarouge de résistance interne équivalente à Rg = 100 ohm. Le préamplificateur est suivi d'un amplificateur de résistance d'entrée Re =1Kohm. On se propose d'étudier la structure de ce préamplificateur dans son environnement…On ne s'intéressera qu'au fonctionnement dynamique du montage. Les deux condensateurs sont des condensateurs de liaisons. Le schéma simplifié du préamplificateur est le suivant (d'après notice constructeur) :


Figure 1

1. Isoler l'ampli de base (A) et le réseau de contre réaction (B). Etablir le schéma équivalent (dynamique) en faisant apparaître les 2 quadripoles correspondants, la source et l'utilisation.

2. Quelle est la nature de la contre réaction ?

3. Identifier la nature de chaque étage de l'ampli de base

4. En déduire l'entrée + et l'entrée - de l'ampli de base

5. Calculer littéralement le gain propre de l'ampli de base (en supposant le gain du dernier étage =1), ses immitances spécifiques d'entrée et de sortie que l'on identifiera à des impédances Zi et Zo. (On fera intervenir le schéma équivalent simple du transistor et sa pente gm)

6. Préciser le rôle de T3 ?

7. Remplacer alors l'ampli de base par son schéma simplifié et le reporter dans le schéma général. Quelle structure reconnaissez vous ? TSVP…/…

8. Calculer le gain de boucle ouverte (T) et le taux de contre réaction (B)

9. Calculer l'immittance de maille d'entrée sans CR et déduire l'immittance d'entrée avec CR.

10. En supposant le gain de l'ampli de base très grand, donner une expression approchée du gain avec CR ainsi que sa valeur numérique.

Toute approximation dans les calculs est acceptée dès lors qu'elle est dûment justifiée.

CORRECTION (à ne consulter qu'àprès avoir cherché et réfléchi... Sinon aucun intérêt)

1. Analyse succincte du montage :

Le coeur de l'amplificateurde base est constitué de T1, T2, T3 et des composants qui les polarisent : ainsi R3 et R4 servent à polariser T1, R7 polarise T3. Ces résistances appartiennent donc à l'amplificateur de base. Le réseau de contre réaction est composé de R1 et R2. Ne pas oublier la source et l'utilisation.

Figure 2

2. L'entrée de l'amplificateur est entre le base et l'émetteur de T1, la sortie entre l'émetteur de T3 et la masse.

On prélève la tension en sortie aux bornes de la charge.La tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur

(Vbe T1) est la différence entre la tension de consigne délivrée par le capteur et le tension retour aux bornes de R2 : Il s'agit d'une contre réaction tension série.

3.T1 et T2 sont montés en émetteur commun (gain en tension) et T3 en émetteur suiveur ou collecteur commun.

4. L'entrée + de l'amplificateur est la base de T1, l'entrée -, son émetteur : Si on part de la base de T1, on traverse 2 émetteurs communs de gain négatif et un suiveur de gain positif. La sortie est donc bien en phase avec la base de T1.

5. Le schéma équivalent dynamique est le suivant : Attention, même si les 3 Transistors ont la même référence; ils n'ont pas forcément le même "gm"... (On rappelle que le gm dépend de la polarisation statique...)

Figure 3

Si on suppose les résistances rce grandes (devant le reste), le gain de T3 monté en suiveur est égal à 1, l'impédance d'entrée du dernier étage (rbe3+beta. R7) grande devant R6, le gain Ao de l'ampli de base (à vide) vaut:

Ao = -gm1.(R5//rbeT2). -gm2.R6

numériquement : IcT1=Vcc/R5= 3mA; IcT2=0,5mA soit gm1= 120mA/V et gm2=20mA/V, rbe2=5Kohm

d'où Ao= très grand....

L'immittance spécifique d'entrée Zi est égale à rbeT1,

L''immitance de sortie Zo vaut : ((R6+rbeT3)/beta) //R7 . Dû au facteur beta, elle est de l'ordre de quelques centaines d'ohms.

6. T3 est monté en émetteur suiveur : il abaisse la valeur de la résistance de sortie de l'ampli de base pour en faire un amplificateur de tension. La CR tension série diminuera encore cette valeur...

7. Cela ressemble à un amplificateur opérationnel monté en non inverseur... Si l'impédance d'entrée de l'ampli de base est grande et son impédance de sortie, faible (devant le reste...) avec Z'= Rg//(R3//R4) et ZL= Re.

Figure 4

8. Le taux de contre réaction vaut :

B= R2/R1+R2

et la fonction de transfert boucle ouverte :

T= -Ao.(R2/R1+R2). (Re//(R1+R2)/Zo+Re//(R1+R2)). Zi/(Zi+Rg). Z'i/(Z'i+R2//R1+Z'o)

avec Z'o=Zo//Re Z'i =Zi+Rg

Si Zi grand devant Rg, Zo petit devant le reste etc... ,T tend vers -Ao.R2/(R1+R2) gain de boucle ouverte d'un AOP parfait monté en non inverseur...OUF

9. L'immittance de maille d'entrée (se référer au cours transparent n°46 ) sans CR (réseau de CR présent mais ampli de base désactivé (m21=0)) est :

Mex = Rg + Zi + R2 // [R1+(Zo//Re)]

l'immitance de maille d'entrée avec CR vaut Msxr = Mex(1-T)

10. Si Zo petit (devant le reste Re//(R1+R2))), Zi grand devant Rg, et Ao grand devant R2/R1+R2, alors le gain avec CR devient Axr = 1+R1/R2 soit numériquement Axr = 51

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