Maîtriser le circuit suiveur d'émetteur : guide pratique d'adaptation d'impédance et de gain en courant

Votre projet électronique nécessite-t-il une adaptation d'impédance ? Ou avez-vous besoin d'un circuit avec un transistor capable de prélever peu de courant à l'entrée ? En d'autres termes, vous cherchez un étage d'entrée offrant un gain en courant et en puissance. Si c'est votre cas, vous êtes au bon endroit. Le circuit amplificateur idéal pour cela est le suiveur d'émetteur (émetteur suiveur).

Et le meilleur :

Nous vous proposons une analyse complète du fonctionnement du suiveur d'émetteur, comment le construire, ses applications, et plus encore.

Commençons !

Qu'est-ce qu'un circuit suiveur d'émetteur ?

Régulateur suiveur d'émetteur

Source : Wikimedia Commons

Le suiveur d'émetteur est le réseau obtenu en utilisant la borne d'émetteur comme sortie dans une configuration BJT. Le signal d'entrée à la base est généralement légèrement supérieur à la tension de sortie, en raison de la chute de tension base-émetteur inhérente.

On peut dire que la charge à l'émetteur dans ce circuit à transistor unique suit la tension de base du transistor. La tension de sortie à l'émetteur est toujours équivalente à la tension de base moins la chute de tension directe de la jonction base-émetteur.

Habituellement, quand le BJT est connecté au rail d'alimentation zéro, la base nécessite environ 0,7 V ou 0,6 V pour commuter complètement le dispositif entre collecteur et émetteur. C'est le mode émetteur commun standard.

Structure BJT NPN

Source : Wikimedia Commons

La valeur de 0,6 ou 0,7 V est la tension directe du BJT. La charge se connecte toujours à la borne de collecteur dans cette configuration.

Cela signifie aussi que le dispositif sera optimalement saturé, polarisé en direct ou allumé, tant que la tension de base du BJT est supérieure de 0,6 V à la tension d'émetteur.

Caractéristiques clés du transistor suiveur d'émetteur

1. Les sources de courant de collecteur sont égales au courant d'émetteur. La configuration est donc riche en courant si le collecteur est connecté directement au rail d'alimentation positif.
2. Quand la charge est connectée entre la masse et l'émetteur, la base n'a pas une impédance élevée. Le circuit de base est protégé contre les courants élevés. Il n'a pas besoin de haute résistance pour la protection. De plus, la borne de base n'est pas vulnérable à une connexion au rail de masse via l'émetteur.
3. La tension d'émetteur varie quand on fait varier la tension de la jonction base-émetteur.

Quel est le principe de fonctionnement du circuit suiveur d'émetteur ?

Schéma suiveur d'émetteur

Source : Wikimedia Commons

Typiquement, un circuit suiveur d'émetteur convenable a un gain en tension d'environ 1 (Av ≈ 1). Côté réponse en tension du collecteur, la tension d'émetteur est généralement en phase avec le signal d'entrée à la base (V_i).

Cela signifie que les signaux de sortie et d'entrée reproduisent instantanément leurs pics positifs et négatifs. La tension de sortie V_o suit la tension d'entrée V_i via une relation en phase, d'où le nom « suiveur d'émetteur ».

La configuration suiveur d'émetteur a une faible impédance à la sortie et une haute impédance à l'entrée. On l'utilise pour l'adaptation d'impédance. C'est l'opposé d'une configuration à biais fixe.

Comment réaliser un circuit suiveur d'émetteur ?

Schéma de circuit suiveur d'émetteur

Source : Wikimedia Commons

Avant de construire, considérez : le courant traversant le transistor, la fréquence de coupure des signaux AC à l'entrée, et la tension DC alimentant le collecteur.

Composants nécessaires :

• Fils
• Résistance de charge
• Résistance (3,3 kΩ)
• Alimentation avec sorties +15 V, -15 V et masse
• Transistor NPN (2N3904)
• Source de tension affaiblie (sagging)

Étapes

Étape 1

Référez-vous au schéma. Faites ce qui suit :

1. Positionnez correctement le transistor. Connectez le collecteur à +15 V. Vérifiez la documentation du transistor car l'ordre des broches peut varier.
2. Reliez l'émetteur à -15 V avec la résistance de 3,3 kΩ.
3. Connectez votre signal affaibli à la base du transistor.
4. Fixez la charge à l'émetteur du transistor.

Étape 2

Fournissez les bonnes plages de tension au collecteur et à la base du transistor NPN. Si vous appliquez un signal de tension à la base, le transistor laissera passer le courant de charge. Le courant interne s'ajustera jusqu'à ce que :

1. La tension à la base soit 0,6 V supérieure à celle de l'émetteur.
2. Environ 99 % du courant provient du collecteur, seulement ~1 % du courant quittant l'émetteur vient de la base.

La première condition explique pourquoi la sortie du suiveur d'émetteur suit l'entrée. La seconde explique comment il réduit l'affaiblissement (sag) : il fournit un grand courant à la charge en ne prélevant qu'un faible courant du signal de tension affaibli. La résistance de Thévenin de la source est divisée par 100.

Étape 3

Si le transistor ne peut pas s'ajuster pour respecter les conditions ci-dessus, il faut faire du rognage (clipping). Le transistor ne peut ajuster que quand la tension de sortie envoie du courant du côté droit du circuit. Quand le courant provient du transistor, il augmente V_OUT jusqu'à ce que la tension de base soit 0,6 V inférieure.

Rappelez-vous : le courant ne peut sortir que de l'émetteur. Le transistor ne peut pas diminuer V_OUT sans couper le courant. Un diviseur de tension avec deux résistances (3,3 kΩ) entre -15 V et la masse reste. Il ajuste V_OUT à -7,5 V. Le signal rogne à -7,5 V car le transistor ne peut pas descendre plus bas.

Le rognage se produit aussi au sommet du signal : le transistor ne permet le courant que du collecteur vers l'émetteur et ne peut sortir une tension d'émetteur supérieure à celle du collecteur. La sortie ne peut dépasser +15 V, d'où rognage.

Différence entre circuit émetteur commun et suiveur d'émetteur

Émetteur Commun	Suiveur d'Émetteur
Dispositif simple créant un gain en tension.	Efficace comme tampon de tension, pilote des charges.
Sortie avec gain ~2.	Signaux de sortie quasi en phase avec l'entrée, gain ~1.

Applications

Utilisations du circuit suiveur d'émetteur :

• Accordeurs d'antenne
• Pavillons acoustiques
• Baluns
• Contrôleur simple de vitesse de moteur
• Amplificateur de puissance Hi-Fi
• Alimentation variable simple
• Circuit générateur de signaux

En résumé

Le circuit suiveur d'émetteur s'utilise dans de nombreuses applications grâce à sa faible impédance de sortie et haute impédance d'entrée, idéal pour l'adaptation d'impédance.

Sa mise en place est simple : comprenez les détails de construction et suivez les étapes expliquées.

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