11/09/01 Cours D ’électronique Analogique 1 - Umr 7325 · 11/09/01 Cours d ’électronique...
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11/09/01 Cours d ’électronique analogique 1
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 2
SEMICONDUCTEURSXV – L’amplificateur opérationnel parfait
+
-
A V2Zediff
Ze
Zsortie
•Gain en tension infini•Impédance d’entrée différentielle, Zediff infinie•Impédance d’entrée Ze infinie•Impédance de sortie nulle
~ 103 à 106
~ 104 à 109
~ 104 à 109
≤≤≤≤ 100 Ω
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REACTION ET CONTRE REACTIONI – BOUCLE OUVERTE - BOUCLE FERMEE
AmplificateurGain : A
Considérons un amplificateur Aamplificateur A
Source
qui est attaqué par une source Ssource S
Charge
un circuit de charge Ccircuit de charge C :
et qui attaque lui-même
S1 S2
Ce montage est dit en boucle ouverte
S1 est le signal en entrée de l’amplificateurS2 est le signal en sortie de l’amplificateur
12S.AS ====
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REACTION ET CONTRE REACTIONI – BOUCLE OUVERTE - BOUCLE FERMEE (suite)
Mais, …le gain de l’amplificateur peut varier à cause de différents paramètres extérieurs
• Température,• Dérive des tensions d’alimentation,• Changement d’un composant,• Etc…
Il faut donc trouver le moyen de stabiliser le gain de l’amplificateur. Le moyen le plus simple consiste à réinjecter une partie du signal de sortie, S2, en entrée de l’amplificateur (c’est à dire sommer cette partie de S2 avec S1).
On dit alors que l’on opère une réaction de la sortie sur l’entréeune réaction de la sortie sur l’entrée (on parle aussi d’asservissement de l’entrée par la sortie).
Le système est dit alors en boucle fermée
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REACTION ET CONTRE REACTIONI – BOUCLE OUVERTE - BOUCLE FERMEE (suite)
Deux cas se présentent alors :
1. Le signal réinjecté à l’entrée est en phase avec le signal d’entrée, on parle alors de réaction positiveréaction positive (que l’on désignera tout simplement par réaction). Nous verrons par la suite que la réaction est à l’origine de la conception des oscillateurs.
2. Le signal réinjecté à l’entrée est en opposition de phase avec le signal d’entrée, on parle alors de réaction négativeréaction négative (que l’on désignera plus simplement par contre-réaction
AmplificateurGain : ASource S Charge C
S2=A.S1S1=S - Sr
BSr = B.S2
S2 B est le gain de la chaîne de contre-réaction.B comme A peut être réel ou complexe
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REACTION ET CONTRE REACTIONI – BOUCLE OUVERTE - BOUCLE FERMEE (suite)
Dans le système contre-réactionné le gain global, comme nous allons le voir, est différent du gain de l’amplificateur utilisé seul. Nous avons en effet :
2r1S.BSSSS −−−−====−−−−====
12S.AS ==== )BSS.(AS
22−−−−====
AB1A
SS
A 2CR ++++========
Si A varie de ∆A alors : 2CR )AB1(AA
++++∆∆∆∆====∆∆∆∆ Soit : A
AAB11
AA
CR
CR ∆∆∆∆++++====
∆∆∆∆
Donc le système contre-réactionné est beaucoup plus stable (division par (1+AB)) que le système en boucle ouverte, mais le gain obtenu est plus faible. Il faut donc qu’au départ le gain de l’amplificateur soit très grand (c’est d’ailleurs pour cela que l’on utilise très souvent de amplificateurs opérationnels dont le gain peut dépasser les 105).
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REACTION ET CONTRE REACTIONI – BOUCLE OUVERTE - BOUCLE FERMEE (suite)
On peut alors définir le facteur de sacrifice (ou taux de rétroaction) comme étant le rapport de A à ACR soit :
AB1AASCR
++++========
Nous allons voir maintenant les différentes possibilités de contre-réaction. Pour ce faire nous allons utiliser une représentation quadripolaire en considérant les différentes possibilités d’association du quadripole amplificateur et du quadripolecontre-réaction. Nous avons ainsi quatre possibilités d’association :
• Association série• Association parallèle• Association série-parallèle• Association parallèle-série
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 1 Montage série-parallèle (tension – tension)i2
A
B
Rg
Eg
Rc
i1
V1
VCR V2
V2e
i1
CR1VVe −−−−====
2CRV.BV ====
)V.BV.(A)VV(Ae.AV21CR12
−−−−====−−−−========
AB1A
VV
A1
2CR ++++========
Gain
Impédance d’entrée 1eI.Ze ==== 1e1
I.ZVCR
====
)AB1.(eV.BeVeV2CR1
++++====++++====++++====
)AB1(ZIV
Ze
1
1e
CR
++++========
Impédance de sortie
AB1Z
Z ss
CR ++++====
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 1 Montage série-parallèle (tension – tension) – Quelques exemples
A – Suiveur de tension
12
1
2CR
VV
1A1A
AB1A
VV
A
====
====++++====++++========
====
10
R1T
1
====
00
01T
2
+
-A
B = 1
V1
V2
V0R
====××××
00
01TT
21
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====
10
R1T
1
====
00
0A1
T CR2
REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 1 Montage série-parallèle (tension – tension) – Quelques exemples
B – Amplificateur non inverseur
+
-A
V1
V2
V0
R1R2VCR
21
1RR
RB ++++====
R
1
21
1
2CR R
RRAB1
AVV
A++++
====++++========
====××××
00
0A1
TT CR21
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i2
A
B
RgEg Rc
ie
V1
VCR V2
V2
i1
iCR
REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 2 Montage parallèle-parallèle (courant – tension)
CR1eIII −−−−====
2CRV.BI ====
e2I.AV ====
AB1A
IV
A1
2CR ++++========
Gain
B est une admittance et A une résistance
ee1eCR1I.ZI.ZV ========Impédance d’entrée
ee
eZAB1
ZZ
CR
<<<<<<<<++++==== Impédance de sortie
AB1Z
Z ss
CR ++++====
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C’est comme si l’on avait une masse virtuelle sur l ’entrée inverseuse
Convertisseur Courant-tension
REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 2 Montage parallèle-parallèle (courant – tension)
Un exemple
-
+AV1 V2
R2
IeI1
ICR
12CR212
CR21
CR21
2CR21
IRIRAVV
1AIR
V
IR)1A(V
VIRV
−−−−====−−−−≅≅≅≅−−−−====
++++====
====++++
−−−−====−−−−
−−−−
−−−−====
0R1
0A1
2T
2
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
====
10
R11T 1
−−−−
−−−−====
0R1
0A1
T
2
2
-
+AV1 V2
R2
V0R1
IeI1
ICR
x
(((( ))))
−−−−
++++−−−−====××××====
0R1
02R1R
A1
2T1TT
2
11
22
VRR
V −−−−≅≅≅≅
II – 2 Montage parallèle-parallèle (courant – tension)
Un autre exemple:
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 3 Montage série -série (tension – courant)i2
A
B
Rg
Eg
i1
V1
VCR
V2
e
i1i2 Rc
Gain CR1VeV ++++====
2CRI.BV ==== e.AI
2====
AB1A
VI
A2
2CR ++++========
Impédance d’entrée
1e1I.ZV
CR
====1e
I.Ze ====
)AB1.(ZZee
CR
++++====
Impédance de sortie
)AB1.(ZZss
CR
++++====
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 4 Montage parallèle-série (courant – courant)i2
A
B
V2i2 Rc
RgEg
ie
V1
VCR
i1
iCR
Gain
CR1eIII −−−−====
e2I.AI ====
2CRI.BI ====
AB1A
II
A1
2CR ++++========
Impédance d’entrée
1e1I.ZV
CR
====ee1
I.ZV ====
ee
eZAB1
ZZ
CR
<<<<<<<<++++====
Impédance de sortie
Zs)AB1.(ZZss
CR
>>>>>>>>++++====
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 5 Les différents montages à amplificateurs opérationnels
e1
2S
V)RR
1(V ++++====
A – Suiveur de tension
-
+Ve
VS
R
eSVV ====
B – Amplificateur non inverseur
-
+
R1R2
Ve
VS
R’
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 5 Les différents montages à amplificateurs opérationnels
C – Sommateur non inverseur
Ve1
R1R2
VS
-
+
Ve2
Ve
22Ve1Ve
22Ve1Ve1VeI'R1VeVe
I'R.2VV2e1e
++++====−−−−−−−−====−−−−====
====−−−−
2VV
)RR
1(V 2e1e
1
2S
++++++++====Donc :
Et plus généralement si l’on a n entrées et n tensions d’entrée Vei :
nV
)RR
1(V
n
1i ei
1
2S
∑∑∑∑++++==== ====
R'
R'
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
II – 5 Les différents montages à amplificateurs opérationnels
D – Amplificateur inverseur
-
+
R1R2
Ve
VS
R’
e1
2S
VRR
V −−−−====
Masse virtuelle à l’entrée :
IRV
IRV
1e
2S
====
−−−−====
E – Sommateur inverseur
-
+
R2
VS
R1Ve1
R’
R1
Ve2
1
2e2
1e1
RV
I
1RV
I
====
====21
III ++++==== )VV(RR
V2e1e
1
2S
++++−−−−====
Et plus généralement :
∑∑∑∑−−−−========
n
1i ei1
2S
VRR
V
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REACTION ET CONTRE REACTIONII – BOUCLE FERMEE – Contre réaction
∫∫∫∫−−−−====t
0 eSdt)t(VRC
1V
Masse virtuelle à l’entrée :
)t(iR)t(V
dt)t(iC1)t(V
1e
t
0S
====
∫∫∫∫−−−−====
II – 5 Les différents montages à amplificateurs opérationnels
E – Intégrateur
-
+
R1C
Ve
VS
R’
E – Dérivateur
-
+
R2
Ve
VS
R’
C
dt)t(dV
C)t(i
)t(Ri)t(V
e
S
====
−−−−====
dt)t(dV
RCV eS
−−−−====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 20
REACTION ET CONTRE REACTIONIII – BOUCLE FERMEE – Réaction positive - Oscillateurs
Il existe différent types d’oscillateurs :
Oscillateurs à résistance différentielle négative. Il s’agit de circuits oscillants dont les pertes sont compensées par un amplificateur formé d’un dipole à résistance différentielle négative.
Oscillateurs à amplificateur réactionné. Il s’agit d’amplificateurs sur lesquels on opère une réaction de la sortie sur l’entrée c’est à dire que le signal de sortie est en phase avec le signal d’entrée.
Quel que soit le type d’oscillateurs, le principe de fonctionnement est le même à savoir que la source initiale qui va donner naissance aux oscillations est le bruit électronique (bruit blanc) présent dans le circuit. Un circuit accordé sélectionne dans ce bruit une fréquence particulière que l’amplificateur en aval du circuit accordé va se charger d’amplifier. Ce signal amplifié puis a nouveau filtré par le circuit accordé est alors réinjecté, en phase avec le signal initial, à l’entrée de l’amplificateur (réaction positive).
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Amplificateur Gain : A Charge C
S2=A.S1S1=S + Sr
Circuit accordé Gain BSr = B.S2
S2
B est le gain de la chaîne de réaction.B comme A peut être réel ou complexe
REACTION ET CONTRE REACTIONIII – BOUCLE FERMEE – Réaction positive - Oscillateurs
Comme on peut le voir sur ce schéma, pour que les oscillations naissent puis s’amplifient, il faut que le produit des gains A et B soit supérieur à 1. Les oscillations seront entretenues lorsque le produit des gains sera unitaire. C’est ce que l’on appelle la condition de BARKHAUSEN.
1AB ====
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REACTION ET CONTRE REACTIONIII – BOUCLE FERMEE – Réaction positive - Oscillateurs
Ainsi :•Si AB<1 les oscillations ne peuvent prendre naissance et si elles existent elles s’amortiront•Si AB>1 l’amplitude des oscillations aura tendance à croître et ne sera limitée que par la non linéarité du système d’amplification.
Différents types d’oscillateurs
Oscillateur à résistance négative
Diode tunnel, thyratron, …
T1
R1
R2
R3
R4 C1
C2 C3 C4C5 R
5
R6
R7
Oscillateur àréseau déphaseur
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 23
REACTION ET CONTRE REACTIONIII – BOUCLE FERMEE – Réaction positive - Oscillateurs
Différents types d’oscillateurs (suite)
IOP1
R1
R2
R3
P1
C2
R4 C1
-
+
Oscillateur à réseau déphaseur sélectif
T1
L2
R2
R3
R4
C1
L1
L3
C2
C3
V1C4
1 - HARTLEY
Oscillateur à transistors
T1
L2
R2R3
R4C1C3
V1C4 C5
C6
L1
2 - COLPITTS
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REACTION ET CONTRE REACTIONIII – BOUCLE FERMEE – Réaction positive - Oscillateurs
Différents types d’oscillateurs (suite)
Oscillateur à transistors (suite)
T1
L1
L2C1
C2
C4
R1 C3
R2
R3
C5
3 - CLAPP
T1
L1
R1 C3
R2
R3
C4
C2
C1
Qua
rtz
4 - QUARTZ
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REACTION ET CONTRE REACTIONIII – BOUCLE FERMEE – Réaction positive - Oscillateurs
Oscillateur à transistors - Calculs
i
i1
i2Z2 (L)
Z1(C1)
Z3(C2)
V1 V2
(((( ))))
32
12
232111
21
ZZv
i
i.ZZiZv
iii
++++====
++++========
++++====
32
13232 ZZ
vZiZv
++++========
Dans le cas du montage COLPITTS
ωωωω====
ωωωω====
ωωωω====
23
2
1
jC1Z
jLZ
jC11Z
1LCV
V 22
12 −−−−ωωωω−−−−====
A la résonance A la résonance ::
2
1
1
2
2
112
21
21
2
CC
vv
B
CCv
v
CCCC
L1
−−−−========
−−−−====
++++
====ωωωω
D’autre part :
e11
ChR
Aββββ
−−−−====
Et donc :
1
2CC
e11hRC
B1A
≥≥≥≥ββββ
≥≥≥≥
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Zone déplétée
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP (FET)
I – LES FET A JONCTION
Contact
Contact
+
-
N
Source
Drain Barreau de silicium dopé
P P-
+
Grille
Symbole Ne fonctionne que pour VGS<0
B – LE FET A JONCTION DE CANAL P
Zone déplétée
P
N N
Grille
Contact
Contact
Source
Drain Barreau de silicium dopé
Symbole
Fonctionne pour VGS>0
A – LES FET A JONCTION DE CANAL N
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 27
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPC – LE FONCTIONNEMENT DU FET A JONCTION
P P
G
S
D+
-
ID
VDSID
VDS
IDSS
VP
Tension de pincement
VDSmax
- 10 à
20 V
P PG
Source
Drain
VDD=0
P PG
Source
Drain
VDD=VP
P PG
Source
Drain
VP<VDD<VDSmax
IDSS = courant-drain sourcegrille court-circuitée
i – Grille court-circuitée
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 28
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPC – LE FONCTIONNEMENT DU FET A JONCTION
ii – Grille polarisée
P P-
+
G
Contact
S
D+
-
IG
VGS1VGS2
ID
VDS
IDSS
VPTension de pincement
VGS = VGS0Tension de blocage
VGS=0
0GSPVV ====
Extension de VGS et ID :
VGS0<VGS<00<ID<IDSS
JFEToperation
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 29
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPC – LE FONCTIONNEMENT DU FET A JONCTION
ii – Grille polarisée (suite)
IB
VBE
IC
VBE
Rappel transconductance d’un transistor bipolaire
Résistance d’entrée des FET à jonction :
G
GSentrée I
VR ==== Exemple : IG = 1nA pour VGS = -15V
Rentrée ~15000 MΩ
Pas beaucoup de sens de parler de gain en courant comme pour les transistors bipolaires
On préfère parler de trans-conductance, c’est à dire exprimer le courant de sortie en fonction de la tension d’entrée
Pour le FET :2
0GS
GSDSSD V
V1.II
−−−−====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 30
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPC – LE FONCTIONNEMENT DU FET A JONCTION
ii – Grille polarisée (suite)
0VGS0VGS
ID
IDSS
Caractéristique quadratique
01 1
23 4
1 4
0
1
1/16
1/4
9/16 --> ID ~1/2 I DSS
VGSVGS0
IDIDSS
Caractéristique de transconductance normalisée
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 31
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPC – LE FONCTIONNEMENT DU FET A JONCTION
iii – La polarisation standard du FET à jonction en classe A
4V
V2I
I 0GSGS
DSSD
==== →→→→≈≈≈≈
Tansconductance (mho ~1/Ω))VV
1(VI2
dVdI
VI
g0GS
GS
0GS
DSS
GS
D
GS
Dm
−−−−−−−−==== →→→→∆∆∆∆∆∆∆∆
====
:vientilVI2
g:posantEn0GS
DSS0m
−−−−====
−−−−====
0GS
GS0mm V
V1.gg
Résistance différentielle de drain (rDS)csteVD
DSDS
GSI
Vr
====
∆∆∆∆
∆∆∆∆====
Si VDS>VP, rDS ~ 1kΩ à 1MΩ On donne en général : DS
OS r1g ====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 32
• La capacité MOS
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPII – LE MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ~ FET à grille isolée
http://www.univ-lille1.fr/eudil/bbsc/sc00a.htm
http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/mos/mosCap/biasBand10.html
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 33
La capacité MOS
Mét
al
SiO
2
Silic
ium
Dop
éP
V
Mét
al
SiO
2
Silic
ium
Dop
éP
Mét
al
SiO
2
Silic
ium
Dop
éP
VV
Mét
al
SiO
2
Silic
ium
Dop
éP
+ -
Zone
dépl
étée
W
+++
V W
V
Mét
al
SiO
2
Silic
ium
Dop
éP
+ -
Zone
dépl
étée
W
+++
V W
V
Régime de déplétionM
étal
SiO 2
Silic
ium
Dop
éP
+ -
Zone
dépl
étée
Wmax
+++
V W=Wmax
V
Couche d’inversion
Mét
al
SiO 2
Silic
ium
Dop
éP
+ -
Zone
dépl
étée
Wmax
+++
V W=Wmax
V
Couche d’inversion
Régime d’inversion
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 34
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPII – LE MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ~ FET à grille isolée
A l’inverse du FET à jonction, le MOSFET, parce que la grille est isolée, peut travailler avec un VGS >0 ou un VGS <0 à savoir travailler dans les deux régimes que sont :
PN N
Grille
DrainSource
Substrat
ContactContact
Métal
Isolant = oxyde
P
Constitution du MOSFET
LA DEPLETIONLA DEPLETION L’ENRICHISSEMENTL’ENRICHISSEMENT= Accumulation= Accumulation
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 35
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPII – LE MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ~ FET à grille isolée
A A –– LA DEPLETIONLA DEPLETION
PN N
-+
- +
G
DS
Métal
Silicium
------------------
++++++++++
Effet capacitif
Les charges -sont repoussées
PN N
G VGS1VGS2
VGS < 0
P VGS2<VGS1
Le canal a tendance à devenir isolant
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 36
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPII – LE MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ~ FET à grille isolée
B B –– L’ENRICHISSEMENTL’ENRICHISSEMENT
PN N
-
+
- +
G
DS
La résistance du canal a tendance à diminuer
Métal
Silicium------------------
++++++++++
Effet capacitif
Les charges-
sont attirées dans le canal
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LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPII – LE MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ~ FET à grille isolée
D D –– Résistance d’entrée du MOSFETRésistance d’entrée du MOSFET
Du fait de l’isolant (oxyde de silicium = SiO2) entre le silicium et le contact métallique la résistance d’entrée du MOSFET est très grande : ~ 104 à 106 MΩ
C C –– Symboles du MOSFETSymboles du MOSFETDrain
Source
Grille
Drain
Source
Grille
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DEPLETION
ENRICHISSEMENT
IDSS
VGSVGS0
ID
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPII – LE MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ~ FET à grille isolée
E E –– Caractéristiques du MOSFETCaractéristiques du MOSFET
ID
VDS
IDSS
VP
Tension depincement
VGS=VGS0
tension de blocage
VGS>0
VGS<0
VGS=0
0VGSou0VGSavec
VV
1II2
0GS
GSDSSD
<<<<>>>>
−−−−====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 39
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIII – LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP, A GRILLE ISOLEE ET A REGIME D’ENRICHISSEMENT SEUL (en fait c'est le regime d'inversion)
A A –– PrincipePrincipe
Drain
Source
Grille Substrat
Oxyde
Métal
N
P
N
P
N
N
+ -
+ -
VDS
VGS
Le silicium prend un caractère de type N
B B –– SymbolesSymboles
Drain
SourceGrille
Drain
SourceGrille
Fabrication
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 40
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIII – LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP, A GRILLE ISOLEE ET A REGIME D’ENRICHISSEMENT SEUL
B B –– Caractéristiques et transconductanceCaractéristiques et transconductance
ID
VDS
VGS3
VGS1
VGS2
VGSseuil
VGS3 > VGS2 >VGS1 VGS seuil VGS
ID
ID0
VGS0
Estimation de la constante K
Equation caractéristique de le transconductance : 2GseuilGD
)VV(KI −−−−====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 41
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIV – POLARISATION DES FET
A A –– FET à jonctionFET à jonction
Nous avons déjà vu que la polarisation la plus simple en classe A d’un FET à jonction correspond à : 2
II DSS
D≈≈≈≈
+
-
ID
V
RD
RG VGS RS VS=ID.RS
VDS
SDSGS
DSDDS
R.IVV
I).RR(VV
−−−−====−−−−====
++++++++====
Si ID augmente alors VS augmente, mais comme VGS = - VS, ID diminue alors.
4V
V2I
I 0GSGS
DSSD
==== →→→→≈≈≈≈
0mDSS
0GS
D
GSS g
1I2
VI
VR ====−−−−≈≈≈≈−−−−==== C’est la polarisation médianeC’est la polarisation médiane
Polarisation automatiquePolarisation automatique
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 42
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIV – POLARISATION DES FET
A A –– FET à jonctionFET à jonction
Polarisation automatique (suite)Polarisation automatique (suite)
Représentation générale de la polarisation automatique
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.1 1 10
ID
IDSS
g m0R S
On a vu que la caractéristique de transconductance normalisée était sous la forme :
2
DSS
0mSD
DSS
D
SDGS
0m
DSS0GS
2
0GS
GSDSSD
I.2gRI
1II
R.IV
gI
2V
VV
1.II
−−−−====
−−−−====
−−−−====
−−−−====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 43
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIV – POLARISATION DES FET
A A –– FET à jonctionFET à jonction
Polarisation par source de courantPolarisation par source de courant
RDID
-VEE
+VDD
IC
RE
Avec alimentation symétrique doubleAvec alimentation symétrique double
Il fautIC < IDSS
Le transistor bipolaire fixe le courant drain
RD
RB1
ID
+ V
IC
RE
RG
RB2
Avec alimentation simpleAvec alimentation simple
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 44
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIV – POLARISATION DES FET
B B –– MOSFETMOSFET
RG
RD
DEPLETION
ENRICHISSEMENT
IDSS
VGSVGS0
ID
Polarisation nulle VGS = 0 VDS = V – RD.IDSS
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 45
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPIV – POLARISATION DES FET
C C –– Transistor FET à grille isolée et à enrichissement seul (réactiTransistor FET à grille isolée et à enrichissement seul (réaction de drain)on de drain)
VGS seuil VGS
ID
ID0
VGS0
RG
I
I = 0
VRG ~ 0
GSDSVV ====
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 46
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPV – AMPLIFICATION DES FET
Comme dans le cas des transistors bipolaires il y a trois types de montages :
i. Source communeii. Drain communiii. Grille commune
i. Source commune
CDS
CGD
CGSCapacités parasites du FET
CGS RGS
CGD
CDSRDSVe Vs
Schéma équivalent
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 47
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPV – AMPLIFICATION DES FET
i. Source commune (suite)
A basse fréquence le schéma équivalent devient :
.RGS RDS
V e V sg m
VG
S Dans le montage, la résistance de polarisation de drain est en parallèle avec RDS. Comme RDS est très grand, seule la résistance RD est à prendre en compte.
.
RGS RDSVe Vs
g mV
GS
RD
Donc si RD << RDS
Dme
S
DemDDs
R.gvv
R.v.gR.iv
====
========
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 48
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPV – AMPLIFICATION DES FET
i. Source commune (suite)
Si l’on met une résistance de source, RS, le schéma équivalent devient :V
RGS
Ve Vs
g m.V
GS
RD
RS
GS
GSmDDDS
DSGSe
v.g.RI.Rv
I.Rvv
========
++++====
Sm
Dm
e
SR.g1
R.gvv
A ++++========
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 49
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPV – AMPLIFICATION DES FET
i. Source commune (suite)
Caractéristique de transconductance normalisée.
On avait :2
0GS
GS
DSS
DVV
1II
−−−−==== et :
−−−−====
0GS
GS0mm V
V1.gg
Donc : 2
0m
m
DSS
Dgg
II
====
0.1
1
10
0.01 0.1 1 10ID
IDSS
gmgm0
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 50
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPV – AMPLIFICATION DES FET
ii. Drain commun
+V
V s
Ve
ID
RS GSmD
DSs
DSGSe
v.gI
I.Rv
I.Rvv
====
====
++++====
Si gm.RS >> 1 A=1Sm
Sm
e
SRg1
R.gvv
A ++++========
Gain en tension
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 51
LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMPV – AMPLIFICATION DES FET
iii. Grille commune
S D
G RD
i e i D
VsVe
Dme
S
GSe
GSmDDDs
R.gvv
A
vv
v.g.RI.Rv
========
====
========
Impédance d’entrée en grille commune
mGSm
GS
e
ee
GSmDe
GSe
g1
v.gv
iv
Z
v.gii
vv
============
========
====
C’est donc une impédance très faible
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 52
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORI – Rappels sur jonction PN et Transistor
i. Jonction PN
e(V0+V)
+ -V
R
VR=0
WV
I=0
N
PAvalanche
+ -V
R
VR~VI≠≠≠≠0
WN
P
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 53
+ -V’ ≠≠≠≠0
+ -V’’ ≠≠≠≠0
PN N
RcRbIb ≠≠≠≠0
IC ≠≠≠≠0
+ -V’=0
+ -V’’≠≠≠≠0
P
N
N
RcRb
VRC=0Ib ≠≠≠≠0
IC =0
+ -V’=0
+ -V ’’=0 RcRb
P
NN
Ib =0 IC =0
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORI – Rappels sur jonction PN et Transistor
ii. Transistor NPN
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 54
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORII – Structure PNPN – Diode shockley
PP N N
+ -V =0I=0 R VR=0
Anode Cathode
PP N N
+ -V ≠≠≠≠0I≈≈≈≈0 R VR≈≈≈≈0
Anode Cathode
EQUILIBRE
POLARISATION DIRECTEEtat non passant
J1 J2 J3
Courant de minoritaires de la jonction J2J1 J2 J3
J1 et J3 polarisées en direct, J2 polariséeen inverse
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 55
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORII – Structure PNPN – Diode Shockley
PP N N
+ -V ≠≠≠≠0I≠≠≠≠0 R VR⇒⇒⇒⇒V
Anode Cathode
J1 J2 J3
POLARISATION DIRECTEEtat passant
Les trois jonctions J1 et J2 et J3 sont Polarisées en direct
AVALANCHE
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 56
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORII – Structure PNPN – Diode Shockley
i. Caractéristiques
+ sur région P
- sur région N
D V
I
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 57
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORII – Structure PNPN – Diode Shockley
ii. Equivalent transistor
P
N
P
N
P
N
Anode
Cathode
PNP
NPN
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 58
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORII – Structure PNPN – Diode Shockley
ii. Equivalent transistor (suite)
Dans ce montage les deux jonctions base-collecteur des deux transistors sont en inverse. Il n’y a pas de courant excepté le courant de fuite (de minoritaires) qui est très faible. Lorsque la différence de potentiel augmente, il se produit un phénomène d’avalanche qui se traduit par une brusque augmentation du courant collecteur des deux transistors et donc des courants de base. Ainsi, les deux transistors passent rapidement à saturation et la tension entre les deux émetteurs chute vers 0. Le système reste alors dans cet état passant. Le seul moyen de ramener le système dans l’état initial est de réduire la tension d’alimentation pour désaturer les deux transistors.
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 59
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORIII – Structure PNPN – Thyristor
P
N
P
N
P
N
Anode
Cathode
PNP
NPNGrille
11/09/01 Cours d ’électronique analogique 60
DIODE SHOCKLEY et THYRISTORIII – Structure PNPN – Thyristor
Lorsque une impulsion positive attaque la grille (c’est à dire la base du transistor NPN) celui-ci se met à conduire. La base du transistor PNP étant alors attaquée par ce courant, ce dernier se met à conduire entretenant ainsi la polarisation de base du transistor NPN. La tension aux bornes du sipositifconstitué des deux transsitors tend alors vers 0 (les deux transsitors sont alors saturés). Le seul moyen de ramener le système dans son état initial est de réduire le courant de manière à ramener les deux transistors dans l’état bloqué. On obtient cette réduction en réduisant la tension d’alimentation, comme pour la diode Shockley.
Un tel dispositif est aussi appelé bascule.Les grandeurs caractéristiques sont: • La tension de blocage direct,• Le courant de déclenchement, c’est à dire le courant qu’il faut appliquer à la
grille pour faire conduire le thyristor,• Le courant minimum de fonctionnement, c’est à dire le courant en dessous
duquel le thysristor retourne à l’état bloqué.