La tension fait la loi
RE: La tension fait la loi
Bonjour Hervé,
herve00fr a écrit :Bonjour Forr,
Comme tu t'en doutes, je ne vois absolument pas où tu veux en venir....
Au fonctionnement intime de toute contre-réaction.
En l'abordant de façon un peu différente de la forme ci-dessous :
[Image: 330px-Ideal_feedback_model.svg.png]
Jusqu'ici, en ce qui concerne du transistor bipolaire, je n'ai fait que rappeler l'essentiel de son comportement, que l'on rencontre aussi chez ses confrères actifs, mais qui présente cet avantage d'être plus prévisible.
Citation :Une question tout de même : les chiffres que tu donnes sont ils le résultat de mesures ou de simulations ?
Simulations sur Tina à l'emploi très aisé mais assez bugué.
Je n'ai jamais pu me convertir au sans doute beaucoup plus fiable SPICE.
Citation :Et une remarque : bien que le gain en courant ic/ib ne soit pas le paramètre fondamental du fonctionnement des trans bipolaires, le concepteur en a grandement besoin, ne serait ce que pour évaluer l'impédance d'entrée d'un étage émetteur commun, dégénéré ou pas, celle ci chargeant la sortie de l'étage précédant non obligatoirement basse impédance.
Je ne l'oublie pas mais je ne pense pas à avoir à le prendre en compte dans "l'étude" que j'ai entreprise.

Cordialement.

EDIT 29-02-2020
Probablement avec une petite idée de défi, Douglas Self précise avoir beaucoup utilisé des transistors à haute tension et beta faible
(des MPSA42/92) pour les démonstrations de son livre "Small signal audio design" sixth edition, 2015. Voir page 115 ainsi que les pages 78-79 traitant de la commande des transistors.
De mon côté, pour les transistors d'entrée, j'ai été grand utilisateur de 2SA872A et 2SC1775A à très grand gain. Moult mélaudiens assurément s'en souviennent.
Répondre
RE: La tension fait la loi
L'émetteur est suiveur

Une rail d'alimentation étant considéré comme étant à la masse en alternatif, un transistor bipolaire est dit monté en :

- en émetteur commun quand son émetteur est relié en alternatif à la masse et est donc à un potentiel nul. C'est le cas de T1. Le signal à exploiter est prélevé sur le collecteur.

- en collecteur commun. quand son collecteur est relié en alternatif à la masse. On dit qu'une contre-réaction totale s'exerce sur l'émetteur de sorte que celui-ci qui présente une copie relativement exacte de la tension présente sur la base (avec un décalage en continu)
Le collecteur est, en alternatif, à la masse et est donc à un potentiel nul.
C'est le cas de T2. Le signal à exploiter est prélevé sur l'émetteur et l'on attribue à ce montage l'appellation émetteur suiveur.

[Image: attachment.php?aid=27502]

T3 pose un problème de définition des montages.

Charges réparties ?
La présence de résistances à la fois dans l'émetteur et le collecteur, Re3 et Rc3, dans lesquels circule un courant identique (au courant de base Ib3 près) conduit à parler d'un montage à charges réparties.

Emetteur commun avec dégénération ?
La présence d'une résistance d'émetteur qualifiée de dégénérative modifie la transconductance (rapport entre une variation de Ic et une variation de Vbe) du circuit.
Peut-on encore considérer qu'il s'agit d'un montage à émetteur commun ?

Emetteur suiveur !
A tensions et courants de repos égaux, alors que le collecteur, à la différence de T2, n'est plus directement relié à la masse, l'émetteur reste suiveur de la tension de base .

Avec ce montage, un signal d'entrée se retrouve répliqué en tension sur l'émetteur et y crée un courant qui se retrouve sur le collecteur au courant de base près.

De ce fait toute charge mise en parallèle avec R3 modifiera le courant issu de l'émetteur et donc le courant circulant dans T3.

Maintenant la charge de l'émetteur T3 n'est pas nécessairement une résistance. Elle peut être une source de tension continue ou alternative (avec une résistance ou une impédance en série) qui augmente ou diminue la charge vue par l'émetteur et donc les courants Ie et Ic.
C'est l'idée que cherche à véhiculer le dessin des flèches à côté de l'émetteur de T3

Cette approche donne à l'observation la priorité à ce qui se passe avec l'émetteur, elle dispense de se référer à la nomenclature des électrodes communes des montages.

EDIT 3 juillet 2020.
A la réflexion, le montage à charges réparties me semble à considérer comme étant en mode émetteur commun. Ce qui change par rapport à un émetteur relié directement à la masse est sa transconductance. Sa valeur est diminuée par la dégénération due à la résistance en série avec l'émetteur.
[Image modifée.]

[Image: attachment.php?aid=29127]


Pièces jointes Image(s)
   
Répondre
RE: La tension fait la loi
JM Plantefeve a écrit :Bonjour Jacques,

Je me souviens d'une discussion sur ce forum avec Jean-Marc (Plantefève) à propos de l'analyse et du découpage en étages d'un circuit d'amplification. Jean-Marc pensait le circuit comme une suite d'étages à émetteur commun ou collecteur commun. Et moi je découpais le même circuit en étages à transconductance et transimpédance.
Je ne retrouve pas cette discussion. N'était-ce pas plutôt ici ?
Parce que je ne m'imagine pas opposer "émetteur commun ou collecteur commun" à "transconductance et transimpédance".

Bien à toi, Jean-Marc.

Bonjour Jean-Marc,
Oui je pensais tout à fait à cette discussion.
Je ne dis pas que tu y opposes l'un à l'autre, mais qu'il y a plusieurs manières de lire un schéma ou de le découper en blocs élémentaires. Cette discussion en est pour moi une illustration.
Bonne soirée. Jacques
Répondre
RE: La tension fait la loi
Dans les circuits présentés jusqu'ici dans ce fil, il n'y avait qu'une alimentation était et la polarisation des transistors était réalisée par une source de tension entre base et masse qui déterminait à la fois la tension sur l'émetteur et le courant de repos dans le transistor.

Il s'avère très pratique de rendre ces deux valeurs moins dépendantes l'une de l'autre en incluant une source de courant constant dans le circuit d'émetteur.

Pour cela, on utilise une alimentation symétrique avec point milieu à la masse à laquelle l'émetteur est relié via une résistance "dégénérative", un condensateur d'impédance négligeable c'est à dire se comportant quasiment comme un court-circuit en alternatif, ou encore les deux en série.

Ce circuit avec source de courant constant donne les mêmes valeurs que précédemment. Il facilite grandement l'étude du comportement du transistor dans les circuits qui vont suivre.

[Image: attachment.php?aid=27509]

Le montage de T3 est en base commune. Pour une même tension pure appliquée à la base ou à l'émetteur, les résultats sont très proches.


Pièces jointes Image(s)
   
Répondre
RE: La tension fait la loi
Pour T1, la tension du signal appliquée à la base est de 1 ou 10 mV, l'émetteur étant relié à la masse en alternatif via C1.

Pour T2, elle est de 10 mV et est appliquée à la fois à la base et à l'émetteur. On parle d'un signal de mode commun.
La tension alternative Vbe2 est très faible et par conséquence le courant alternatif Ic2 aussi

Pour T3, le signal est appliqué à la fois à la base et à l'émetteur, respectivement, par rapport à la masse, de 10 mV et 9/10 de celle-ci (obtenus par le diviseur R31, R32 et le suiveur de tension OP3), le transistor travaille donc en mode différentiel.

Par rapport à l'attaque de la base avec 10 mV (T1 avec le commutateur en position 10 mV), la tension Vbe3 est le 1/10 de celle délivrée par le générateur. Elle est identique à Vb1 quand le commutateur est en position 1 mV, tout comme le sont les courants de base Ib1, Ib3 et de collecteur Ic1, Ic3 et les chiffres de distorsion.

Remarque importante : avec le suiveur de tension OP3 intercalé entre le point milieu du diviseur de tension et l'émetteur de T3 (via C3 dont l'impédance est considérée comme négligeable), le courant dans R31, R32 est de 10 mV / 10 kOhm = 1 µA.
Si l'on se dispense de OP3 en reliant le point milieu à l'émetteur, ce courant chute 31.58 nA. Que se passe-t-il ?
L'émetteur reprend son rôle de suiveur de tension, il "cherche" à reproduire du mieux qu'il peut la tension présente sur la base. Il y arrive assez bien puisque Ve3 est de 9.968 mV. C'est comme si la résistance de R31 était passée de 1 kΩ à 31.58 kΩ !

Ce phénomène d'augmentation apparente d'une résistance est due à une réaction positive que l'on appelle "bootstrap". Il joue un rôle fondamental au sein même du fonctionnement de la contre-réaction... négative !

[Image: attachment.php?aid=27511]


Pièces jointes Image(s)
   
Répondre
RE: La tension fait la loi
La contre-réaction
Si ses effets sont bien connus, aucun des innombrables documents que j'ai pu consulter ne traite de ce qui est au cœur de son fonctionnement. Ce vide a de quoi laisser pantois, je vais essayer de le combler.

En premier lieu, je m'attache à l'établissement d'une définition précise et peu contestable (mais éventuellement modifiable) du principe d'un circuit amplificateur contre-réactionné.

Principe d'un circuit amplificateur contre-réactionné
Il consiste à amplifier la différence de potentiel entre deux points.
Cette différence est appelée signal d'erreur.
Ces deux points classiquement considérées comme des entrées, reçoivent respectivement (avec la même masse comme référence de potentiel) :
- sur la première entrée, la tension du signal à amplifier.
- sur la seconde entrée, la tension issue du circuit complet, lequel comprend :
la partie amplificatrice proprement dite de leur différence (la charge prévue sur la sortie utile étant incluse) et le circuit de retour qui ramène le signal de la sortie d'exploitation vers cette entrée.

Quelques éclaircissements.

signal d'erreur :
un système asservi comporte une entrée qui reçoit une valeur de consigne qui est à répliquer au mieux en un autre endroit du système. Tout écart entre la valeur de consigne et sa réplique constitue une erreur.
Un amplificateur contre-réactionné est un système asservi. L'erreur est la différence de potentiel entre ses entrées.
Si ses deux entrées présentent exactement la même tension, cette différence est nulle. Le reste du circuit qui a pour rôle d'amplifier cette différence n'a alors plus rien à se mettre sous la dent, sa sortie reste muette !
C'est un cas de figure qui n'existe pas dans la réalité, il y a toujours un signal d'erreur, aussi infime soit-il. N'oubliez jamais qu'un amplificateur dit "parfait "ou "idéal" auquel on fait beaucoup appel en simulation doit être vu comme un leurre dès qu'on aborde des réalisations concrètes.

tension issue du circuit complet :
la tension de contre-réaction est rarement directement prélevée à la sortie utile du circuit, elle émane le plus d'un souvent atténuateur à résistances qui fixe le gain en boucle fermée de l'amplificateur.
L'emploi de résistances médiocres pour cet atténuateur aurait pour effet de déformer légèrement l'image atténuée de la sortie.
C'est cette image déformée du signal de sortie que la contre-réaction traiterait et non directement le signal de sortie de l'amplificateur. De bonnes résistances transmettront une image fidèle mais jamais totalement parfaites.
La conclusion à en tirer est que la commande du circuit par la contre-réaction s'exerce sur l'entrée qui la reçoit et non pas sur la sortie d'exploitation du circuit, à moins, bien sûr, d'une connexion directe entre les deux, comme c'est le cas, par exemple, avec une paire Sziklai suiveuse de tension.

Rien de compliqué dans tout ça, mais pas facile à écrire.
A suivre.
Répondre
RE: La tension fait la loi
Voici un schéma de principe d'un circuit amplificateur avec un composant moins conceptuel que ses voisins : le transistor d'entrée, T1.

[Image: attachment.php?aid=27517]

T1 en continu
Les conditions de ce transistor sont "idéalement" fixées par :
- une "batterie" (vbbias) insérée entre la source du signal (Vg) et la base du transistor afin d'obtenir une tension de base (Vbe) telle que celle de l'émetteur (Ve) soit quasi nulle.
- une source de courant constant (is) ajustée pour que le courant de collecteur (is) soit de 1 mA.
Ainsi la polarisation en continu du transistor est indépendante de la charge résistive à laquelle est raccordée son émetteur, charge qui appartient à la partie "amplification de Vbe" représentée par le cadre bleu clair.

T1 en alternatif avec un signal d'excitation sur sa base
En l'absence de charge d'émetteur, le courant alternatif dans T1 est nul.

Par le fait que l'émetteur est un suiveur de la tension présente sur la base (Vb), la présence d'une résistance d'émetteur reliée à la masse fera naître dans celle-ci un courant proportionnel à la tension sur l'émetteur (Ve).

Donc, avant d'envisager l'émetteur comme l'une des entrées de l'amplificateur, il faut le considérer comme un générateur de tension, autrement dit c'est une sortie du circuit.

Je n'ai presque jamais un tel point de vue exposé. Je dis bien "presque". Est-il réfutable ?


Pièces jointes Image(s)
   
Répondre
RE: La tension fait la loi
Bonjour forr,

Si ses effets sont bien connus, aucun des innombrables documents que j'ai pu consulter ne traite de ce qui est au cœur de son fonctionnement. Ce vide a de quoi laisser pantois, je vais essayer de le combler.
Si le cœur de la contre-réaction est l'amplification de l'erreur entre consigne et mesure (ce que je comprends sur l'ensemble de ton message), je ne vois pas de vide à combler dans la littérature, en tout cas dans celle qui m'a guidé (exemple).

Donc, avant d'envisager l'émetteur comme l'une des entrées de l'amplificateur, il faut le considérer comme un générateur de tension, autrement dit c'est une sortie du circuit. Je n'ai presque jamais un tel point de vue exposé.
Ce point de vue est exposé à chaque fois qu'il est sérieusement question de configuration CFA. Petit rappel où Vn est une sortie quand en design CF.
[Image: attachment.php?aid=18137]
Voir également la figure 1.14 de ce Handbook Analog Devices.
[Image: attachment.php?aid=18120]

Jean-Marc.
Répondre
RE: La tension fait la loi
Bonjour Jean-Marc,
JM Plantefeve a écrit :
Donc, avant d'envisager l'émetteur comme l'une des entrées de l'amplificateur,
il faut le considérer comme un générateur de tension,
autrement dit c'est une sortie du circuit.
Je n'ai presque jamais un tel point de vue exposé.

Ce point de vue est exposé à chaque fois qu'il est sérieusement question de configuration CFA.
Petit rappel où Vn est une sortie quand en design CF.
[Image: attachment.php?aid=18137]
Voir également la figure 1.14 de ce Handbook Analog Devices.
[Image: attachment.php?aid=18120]
Jean-Marc.
Je ne tiens pas trop à me référer à la qualification CFA (Current Feedback Amplifier)
ni au manuel d'Analog Devices et sa figure 1.14 au sujet de laquelle je ne saurais émettre
que des commentaires peu amènes pour ne pas dire un jugement sévère notamment
pour l'invocation de transimpédance pour un circuit qui se comporte en transconductance.
Ce n'est pas par hasard si, dans quelques documents plus récents émanant d'autres fabricants,
(Renesas AN1993, May 31. 2018 par exemple)
pour une figure du même type que la 1.14 ci-dessus
le sens de la flèche "i" se trouve inversé, de la sortie du buffer vers R1.
Par ailleurs une analyse difficilement contestable contredit les raisonnements
des autorités ayant travaillé pour Analog Devices :
https://drive.google.com/file/d/1uUA719r...uSdL8/view

Pour l'instant, je vais donner suite au schéma publié ce matin avec d'autres schémas,
un peu plus détaillés et proches du concret, qui sont depuis des mois dans mes cartons.
Ils seront accompagnés de courtes analyses chiffrées qui mèneront à des conclusions
qui me semblent pouvoir s'imposer sans prise de tête.

Cdt.
Répondre
RE: La tension fait la loi
Bonjour forr,

...ni au manuel d'Analog Devices et sa figure 1.14 au sujet de laquelle je ne saurais émettre que des commentaires peu amènes pour ne pas dire un jugement sévère notamment pour l'invocation de transimpédance pour un circuit qui se comporte en transconductance.
Ne distords-tu pas ce qui est expliqué autour de cette figure ? Le mot Transimpedance est associé au gain en boucle ouverte T(s). Je viens de simuler cette 1.14 sur Spice, aux résultats, je ne vois pas quels autres "commentaires peu amènes" tu pourrais émettre.
   

Ce n'est pas par hasard si, dans quelques documents plus récents émanant d'autres fabricants, (Renesas AN1993, May 31. 2018 par exemple)
pour une figure du même type que la 1.14 ci-dessus le sens de la flèche "i" se trouve inversé, de la sortie du buffer vers R1.

S'il ne reste qu'une discussion sur la convention d'écriture des dipôles (sur signaux alternatifs)... Et ce AN1993 évoque également le gain de boucle ouverte en transimpédance : The CFB model shows the output voltage as the product of the transimpedance and the input error current.

Le sujet est intéressant et me conduit à étudier plus finement les choses, mais je ne vois toujours pas quel vide tu veux combler.

Jean-Marc.
Répondre


Atteindre :


Utilisateur(s) parcourant ce sujet : 1 visiteur(s)