Amplificateur à émetteur commun : Conception, mesure et techniques de rétroaction

Pièces et Matériaux

• Un transistor NPN (modèle 2N2222 ou 2N3403 recommandé ; un pack de 15 unités est listé au catalogue Radio Shack #276-1617)
• Deux piles 6 V
• Un potentiomètre 10 kΩ, un tour, taper linéaire (Radio Shack #271-1715)
• Une résistance 1 MΩ
• Une résistance 100 kΩ
• Une résistance 10 kΩ
• Une résistance 1,5 kΩ

Références Croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapitre 4 : Transistors à jonction bipolaire

Objectifs d'Apprentissage

• Concevoir un circuit amplificateur à émetteur commun simple
• Mesurer le gain en tension de l'amplificateur
• Différencier les amplificateurs inverseurs et non-inverseurs
• Appliquer la rétroaction négative pour améliorer la stabilité

Schéma Électrique

 

Illustration

 

Instructions

Construisez le circuit et mesurez la tension de sortie (collecteur-à-masse) et la tension d'entrée (curseur du potentiomètre-à-masse) sur une gamme de réglages du potentiomètre. Balayez d'abord le potentiomètre de sa position la plus basse à la plus haute pour identifier l'étendue complète de la tension de sortie. Choisissez ensuite plusieurs tensions cibles intermédiaires (ex. 1 V, 3 V, 5 V, 7 V, 9 V, 11 V) et enregistrez les tensions d'entrée correspondantes.

Avec au moins deux paires de données, calculez le gain en tension comme le rapport du changement de sortie sur le changement d'entrée. Par exemple, si 1,5 V d'entrée donne 7,0 V de sortie et 1,66 V d'entrée donne 1,0 V de sortie, le gain est (7,0–1,0)/(1,66–1,5) = 6/0,16 ≈ 37,5.

Deux observations clés émergent : inversion — l'augmentation de la tension d'entrée produit une diminution de la tension de sortie, confirmant que l'amplificateur est inverseur ; et un gain en tension élevé, dépassant de loin le gain unitaire d'un suiveur de tension.

Les amplificateurs à émetteur commun sont prisés pour leur gain élevé mais sont aussi sensibles à la température. Testez cela en chauffant le transistor (main ou sèche-cheveux) et en notant tout décalage de la tension de sortie à entrée fixe. Inversement, refroidissez le transistor avec un cube de glace et observez le changement. Les variations de température modifient la jonction base-émetteur, modifiant le courant de base pour une entrée donnée et affectant ainsi le courant de collecteur et la tension de sortie.

La rétroaction négative peut atténuer la dérive thermique. La méthode la plus simple ajoute une résistance entre l'émetteur et la masse, créant un diviseur de tension qui réduit la sensibilité d'entrée. Voir le diagramme ci-dessous pour référence.

 

 

 

Répétez les mesures de tension avec une résistance d'émetteur de 1,5 kΩ installée. Recalculez le gain réduit et testez à nouveau la stabilité thermique. Comparez l'amplitude de la variation de sortie avec et sans la résistance.

Une technique de rétroaction alternative couple la sortie à l'entrée via une résistance de haute valeur (ex. 1 MΩ entre collecteur et base). Cela abaisse également le gain tout en améliorant la stabilité, bien que les deux schémas produisent des plages de sortie différentes. Observez comment les limites de tension à balayage complet diffèrent entre les deux circuits.

 

 

 

Simulation Informatique

Schéma avec numéros de nœuds SPICE :

 

 

Netlist (créez un fichier texte contenant exactement ce qui suit) :

 Amplificateur à émetteur commun
vsupply 1 0 dc 12
vin 3 0
rc 1 2 10k
rb 3 4 100k
q1 2 4 0 mod1
.model mod1 npn bf=200
.dc vin 0 2 0.05
.plot dc v(2,0) v(3,0)
.end

Cette simulation SPICE applique un balayage DC de 0 à 2 V sur vin et enregistre la tension collecteur-à-masse. Le graphique de sortie montre une transition en escalier lorsque le transistor entre dans sa région active.

Fiche Connexe

• Fiche de travail : Amplificateurs BJT Classe A