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Technique - Amplification


Nous allons voir dans ce chapitre, qui ne sera qu'un chapitre intermédiaire de présentation, ce qu'est l'amplification et comment elle se réalise.
Dans le chapitre suivant, intitulé " Les montages fondamentaux", nous nous attacherons à décrire les caractéristiques des 3 montages.
Amplifier, qu'est-ce que c'est et à quoi cela sert-il ?

Vous possédez sûrement une chaîne HI-FI et vous avez pu remarquer que vous pouviez, moyennant le déplacement d'un potentiomètre ou autre curseur, sonoriser votre quartier. Ceci est réalisé grâce à une chaîne de préamplification et d'amplification. Car partant d'un signal infinitésimal (ou presque) délivré soit pas vos têtes de lecture, votre lecteur CD, votre tuner, vous êtes capable de produire un son assourdissant. Il a fallu amplifier le signal de départ très faible en un signal susceptible de faire bouger des membranes de haut-parleurs

Dans le cas que nous venons de citer, nous avons eu des exigences particulières, nous avons par exemple souhaité que notre signal amplifié soit rigoureusement identique quant à la forme au signal d'origine, seule la puissance a changée.
Pour amplifier un signal quel qu'il soit, nous prendrons de l'énergie sur une source (l'alimentation) et nous transformerons cette énergie pour la rendre rigoureusement conforme au signal d'origine.
Comment est-ce possible ?

polar9.gif (3107 octets)

Vous vous souvenez de cette caractéristique que nous  avons tracé pour notre transistor.
Celui-ci était polarisé par en ensemble de composants externes pour fonctionner "en statique" au point repos ayant les caractéristiques suivantes :
Ic = 1 mA
Vce = 2.7 V

polar8.gif (1880 octets)

Imaginons maintenant que nous fassions lentement bouger notre point de repos R le long de la droite de charge. Pour ce faire nous allons faire varier la polarisation en modifiant par exemple le pont diviseur de base. A un certain moment nous nous approcherons  du point de blocage (Vce = Vcc). En faisant varier dans l'autre sens, nous nous rapprocherons du point de saturation (Vce=0=)


Entre ces deux points, le courant collecteur variera continûment. Comme il y a courant, il y a chute de tension dans la résistance de collecteur RC. Cette chute de tension suivra le rythme imposé par le courant ( U=R.I) et passera de 0 (rien) quand le transistor sera presque bloqué à une tension U quand le transistor sera presque saturé. C'est cette tension, image parfaite du courant, que nous récupérerons. Notez que l'on fera fonctionner le transistor sur une plage assez réduite de la droite de charge, de manière justement à éviter et le blocage et la saturation.

Maintenant, second point intéressant, comment allons nous faire varier notre point de repos sur la droite de charge sachant que nos éléments sont fixes ?

Nos éléments de polarisation sont fixes, quelque chose doit varier pour que notre point de déplace sur la droite de charge.

Ce quelque chose, c'est la tension d'entrée à amplifier que nous allons appliquer sur la base. Comme il s'agit d'un signal alternatif, les alternances positives viendront s'ajouter à la tension de polarisation existante, ceci augmentera la polarisation de la jonction Base-émetteur, ce qui aura pour effet de faire croître Ib, donc le courant Ic, les alternances négatives viendront se retrancher à la polarisation existante, ce qui diminuera la courant Ib donc Ic.

amp1.gif (3415 octets)

Sur le dessin ci-dessus, la variation sinusoïdale du courant collecteur, provoquée par une tension sinusoïdale en entrée, est représentée en vert. On voit immédiatement que cette variation se retrouve sous forme de tension (chute de tension aux bornes de Rc) entre le collecteur et l'émetteur du transistor.



Comment acheminer les signaux alternatifs à amplifier vers la base et comment les récupérer sur le collecteur ?

Comme nous l'avons déjà dit, on amplifie des signaux alternatifs. Ceux-ci peuvent provenir d'un microphone, de l'étage d'entrée d'un récepteur, d'un mélangeur, bref d'une foultitude de sources. Il va falloir convoyer ces signaux vers l'entrée du transistor et les récupérer, amplifiés, à la sortie. Pour ce faire nous allons utiliser un composant bien connu qui à la particularité de laisser les signaux alternatifs passer et de bloquer le continu : Le condensateur
Vous vous souvenez qu'un condensateur, outre cette intéressante propriété, présente une réactance qui est fonction de sa capacité et de la fréquence de travail. Ceci implique que le choix de sa valeur ne sera pas anodin et qu'il conviendra d'utiliser pour une fréquence donnée, la valeur du condensateur offrant la réactance minimum, au point de pouvoir considérer celui-ci comme un court-circuit pour les signaux alternatifs.

Le montage sera donc modifié comme suit :

On enverra les signaux par l'intermédiaire d'un condensateur à l'entrée et on récupérera, à la sortie, les variation d'entrée amplifiée par un autre condensateur. Ces condensateurs seront appelés condensateurs de couplage.
Nous voici en présence d'un amplificateur B.F. (basses fréquences) complet

amp2.gif (2318 octets)

 



Résistance en alternatif de la diode d'émetteur :

Ce qui suit est plus particulièrement adapté aux basses fréquences (quoi que !) et surtout aux petits signaux toutefois il m'a semblé bon de faire figurer ici ces données tant elles sont importantes à la compréhension de l'amplification à transistor.
Quand nous réalisons un montage amplificateur tel que celui décrit ci-dessus, nous envoyons nos signaux à amplifier sur la base du transistor et nous "chargeons" la diode d'émetteur. Nous pouvons déterminer la valeur de la résistance directe de cette diode
Sans démonstration vous admettrez que la résistance en alternatif de la diode d'émetteur notée r'e sera :
Ie étant le courant émetteur

            25 mV
r'e =  _________
             Ie


Cette valeur nous permettra dans le chapitre suivant de quantifier l'amplification et de connaître rapidement le gain de l'amplificateur. Notez bien que ce ne sont que des approximations et que pour déterminer précisément ces valeurs, il faudrait passer par beaucoup de calculs faisant intervenir divers paramètres spécifiques au transistor.

Maintenant que nous connaissons le principe, il est temps d'examiner les trois montages fondamentaux et leurs propriétés