Amplificateur classe A

Introduction :

Tous les amplificateurs  que nous avons considères jusqu’à présent dans notre TP précèdent possèdent un rendement en puissance faible.Cependant dans ce TP nous introduirons un nouveau type d’amplificateurs appelés amplificateurs en puissance qui sont conçus pour avoir un rendement en puissance élevé tout en maintenant les mêmes performances d’amplification telle que la linéarité par exemple.

• Dans notre pratique notre étude se fera sur ‘l’amplificateur à la classe A.

I-Etude théorique :

• Quelques généralités sur l’amplificateur de puissance :

Les amplificateurs de puissance sont classés en fonction de la forme du courant de collecteur.dans ce sens nous avons quatre possibilités :

Le courant  de collecteur est une complète sinusoïde correspondant ainsi à la classe A.

Le courant de collecteur est une demi-sinusoide correspondant à la classe B.

Le courant de collecteur est moins qu’une complète sinusoïde mais plus qu’une demi-sinusoide correspondant à la classe AB.

Le courant de collecteur est moins qu’une demi-sinusoide correspondant ainsi à la classe C.

• Cette classification peut se traduire par les diagrammes suivants :

Vu des zones ou le signal est utilisé pour les différentes classes d’amplificateurs-

 Chaque classe définit la proportion du signal d’entrée qui est utilisée par chaque composant actif pour arriver au signal amplifié (voir figure ci-contre), ce qui est aussi donné par l’angle de conduction a :

Classe A 

La totalité du signal d’entrée (100%) est utilisée (a = 360°).

Classe B 

La moitié du signal (50%) est utilisée (a = 180°).

Classe AB 

Plus de la moitié mais pas la totalité du signal (50–100%) est utilisée (180° < a < 360°).

Classe C 

Moins de la moitié (0–50%) du signal est utilisée (0 < a < 180°).

Les amplificateurs de classe AB se nomment ainsi car ils fonctionnent comme des classe A pour les signaux de faible amplitude, puis ils passent progressivement en classe B au fur et à mesure que l’amplitude du signal augmente

• Amplificateur de puissance classe A :

En vertu de la classification çi_dessus mentionnée,tous les amplificateurs que nous avons considérés jusqu’à pressent sont de classe A.

Un amplificateur de classe A amplifie tout le signal d’entrée, de sorte que le signal de sortie est une homothétie exacte de l’entrée. Les amplificateurs de classe A sont généralement utilisés pour faire des amplificateurs de petits signaux. Ils n’ont pas un bon rendement (moins de 30 %), mais pour les petits signaux, la dissipation de puissance reste faible et peut donc 

être tolérée. Par contre, si les niveaux de tension et de courant demandés en sortie sont élevés, la mise en place d’un classe A peut devenir problématique. Dans un circuit de classe A, le composant actif est polarisé de façon à ce qu’il conduise toujours, et qu’il fonctionne dans la zone la plus linéaire de sa fonction de transfert (ou transconductance). Comme le composant actif conduit toujours, même sans charge, il dissipe toujours de la puissance. C’est la raison de son faible rendement.

son faible rendement.

Si on a besoin d’un classe A de forte puissance, les pertes énergétiques vont devenir très importantes. Pour chaque watt délivré à la charge, l’amplificateur en dissipera, au mieux, un autre watt. Les classe A de puissance importante vont avoir besoin d’alimentations de très forte puissance mais aussi de larges dissipateurs afin de dissiper l’énergie perdue.

Une application classique des classe A est la paire différentielle, qui est exceptionnellement linéaire, et constitue l’étage de base de beaucoup de circuits plus complexes ,comme beaucoup d’amplificateurs audio et la majorité des amplificateurs opérationnels.

II-Etude Expérimentale :

2/1 Etude statique :

2/1.1Realisation du montage en statique  suivant :

1.2 Mesure des tensions (V_BM  , V_EM  , V_CM) _:

V_BM   =3.25v 

 V_EM  =2v

 V_CM   =8v

1.3 Les coordonnées du pt de repos Q(V_CEQ,I_CQ):

• V_CM = R_C * I_CQ → I_CQ = V_CM / R_C

                                =8/150                   

                             I_CQ=5,33.10^-2 A

• V_CEQ =  V_CM – V_EM

                   =8 – 2

    V_CEQ =6 v

1.4 Conclusion :

L’amplificateur en classe A est un montage en émetteur commun polarisé par la réaction du collecteur.

• Remarque : A travers le choix de R_E on assure la stabilité du pt de repos Q ;la résistance R_B sert à fixer la composante statique I_CQ,du courant de collecteur tel qu’on a un déplacement symétrique maximale.

2/2 Etude dynamique :

2/2.1 Réalisation du montage en dynamique suivant :

2.2- Réglage du générateur BF à V_e=60mv_càc  et f=1KHz.

2.3- à l’oscilloscope nous remarquons la forme et l’amplitude des signaux V_e et V_s :

     (Voire feuille millimétrée)

Avec :  V_e(donnée)= 60mv_càc

             V_s =3v_càc

2.4- Le gain en tension A_v de l’amplificateur entre V_e et V_s :

On a :A_v= V_s / V_e

 et donc A_v=3/0.06=50

On remarque sur l’oscilloscope que :∆T=0,35ms

                                                             Aussi : T=2 .0,5=1ms 

Et donc 

∆φ= (2π/T) .∆T

∆φ= (2π/1).0,35=17.95

2.5- En partant de V_e=0, on augmente le  niveau du signal d’entrée jusqu’à apparition 

D’écrêtage au niveau du signal de sortie  V_s .Les valeurs de ces tensions juste avant 

L’apparition de l’écrêtage :  

 V_e=0,2v_càc

 V_s = 7,6v_càc

2.6 On enlève le condensateur d’émetteur et on mesure A_v :

A_v=0,4/0.32=1,25

2.7en remettant le condensateur, on relève la réponse fréquentielle pratique de l’ amplificateur A_v=f_Ct(f) :

Réponses aux questions :

1. tracé des droites de charges statique et dynamique du montage amplificateur :

Droite de charge dynamique.

Droite de charge statique.

• Le déplacement maximal (maximum d’amplification) qu’il est possible d’obtenir est déterminé de la manière suivante :

L’équation de la droite de charge dynamique dans le système d’axe i_c,v_ce a la forme suivante _:

v_CE=(V_CEQ+R_C I_CQ)- R_Ci_C

           d’où i_CMAX=I_CQ+V_CEQ/R_C

• Nous avons un maximum d’amplification si   :i_CMAX=2 V_CC

D’où I_CQ=V_CEQ / R_C  si on considère v_{CE SAT}  soit presque nulle ; nous savons que 

VCC=VC_EQ+(R_C+Re)I_CQ 

Finalement,I_CQ=V_CC / R_C+(R_C+Re)

Remarque :RC :résistance de charge statique.

                 (RC+Re ):résistance de charge dynamique

2. comparaison des valeurs théoriques et pratiques de A_V :

On a en pratique : A_V=50

En théorique : A_V=V_S/V_E= 60 (le point du repos doit être au milieu de la droite de charge dynamique et on a l’amplification maximale Vcc/2=6).

Si on compare entre les deux  valeurs théoriques et pratiques on remarque qu’on est pas  loin du résultats théorique est cela se traduit a plusieurs éléments comme l’incertitude, le matériel utilisé (les sondes par exemple) et l’erreur humaine bien sure dans la lecture des résultas sur l’oscilloscope par exemple.  

3. l’apparition de la distortion(écrétage):

puisqu’on sait la valeur maximale du courant (Icmax/2) et de la tension maximale  (Vcc /2) et on sait aussi que Vce ne peut pas etre négative et c’est la meme chose pour Ic, alors si on prend la meme amplitude de tension maximal  par exemple on a pas décrétage mais si on veux prendre une valeur superieur a Vmax dans ce cas on a l’apparition de la distortion.  

4. on a le condensateur C_E  augmente les gains en tension et en courant du montage ;on le prévoit aussi pour éliminer l’effet de la contre réaction pour les signaux  B.F à amplifier ;donc son retrait implique une réduction du gain e tension et e courant .

5. Le type de contre réaction est : TENSION SERIE  

7. calcule de la puissance fournie  par l’alimentation au transistor :

• P_F=V_CC.I_CQ =2V_CEQ.I_CQ

    = 12.  5,33.10^-2 

8. calcul de la puissance recueillie au niveau de la charge :

• PL=1/2 R_L .I_MAX=1/2 R_L . I_CQ²=1/2 (R_L .I_CQ)I_CQ=1/2(R_L.I_CQ)I_CQ=1/2 V_CEQ . I_CQ

                       =1/2  . 6 . 5.33.10^-2

9. le rendement maximal en puissance de l’amplificateur :

              £_max=PL / PF 

                     = 0,16/0,64

On a théoriquement le rendement est égale a 0,25 et c’est celui qu’on a  retrouvé en pratique donc on a des bon resultats.

Version numérique: