Electronique Analogique
Amplificateurs à FET à faibles signaux
Présenté par: Boubkar BAHANI
Année : 2019/2020
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PLAN
• Fonctionnement d‘un amplificateur à JFET en faibles signaux
• Amplification par JFET
Circuit équivalent
Gain en tension
Effet de r’ds et de la résistance externe à la source sur le gain
• Amplificateurs à JFET à Source Commune
Analyse en c.c.
Circuit équivalent c.a.
Effet d'une charge c.a. sur le gain en tension
Résistance d'entrée
• Amplificateurs à JFET à Drain Commun
Gain en tension
Résistance d'entrée
• Amplificateurs à JFET à Grille Commune
Gain en tension
Résistance d'entrée
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Amplificateur à JFET à Source Commune
FANCTIONNEMENT D‘UN AMPLIFICATEUR A JFET EN FAIBLES SIGNAUX
+
-
ID
IS
IGSS
JFET à canal N sous Polarisation Automatique : Source c.a. couplée par C1 à Grille.
RG ( Plusieurs MW) :
- Garde Grille à 0 V c.c. (car IGSS 0)
- Empêche Chargement de Source
C2 Source à la masse en c.a.
Signal d'entrée Oscillation de Vgrille-source au-dessus et au-dessous du point Q
Oscillation de ID
ID en Phase avec Vgrille-source et VDS Déphasée de 180° par rapport à Vgrille-source
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Illustration graphique pour JFET à canal N
FANCTIONNEMENT D‘UN AMPLIFICATEUR A JFET EN FAIBLES SIGNAUX
+
-
+
Caractéristique de transfert et sur de drain
Courbes caractéristiques d’un JFET à canal N
Variation sinusoïdale de Vgs Variation de Id
Vgs oscille de VGSQ vers valeur plus négative Id
Vgs oscille de VGSQ vers valeur moins négative Id
Signal de Grille actionne Id au-dessus et au-dessous de IDQ sur droite de charge.
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AMPLIFICATION PAR JFET
Transconductance gm définit :
en c.c. par : gm = DID / DVGS
en c.a. : gm = Id / Vgs Soit : Id = gm . Vgs
Circuit équivalent
Modèle Idéal Complet :
• r’gs : Résistance Interne Grille-Source,
• ( gm . Vgs ) : Source de Courant Drain-Source.
• r’ds : Résistance Interne Drain-Source.
Circuits équivalents internes du JFET
a) Complet
b) Simplifié
Modèle Idéal Simplifié :
• r’gs >> Circuit Ouvert entre Grille et Source.
• r’ds >> Négligée.
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Gain en tension
Soit un circuit équivalent idéal du FET avec une RD externe :
Gain en tension c.a. de ce circuit
Av = Vsor / Ven où Ven = Vgs et Vsor = Vds
Circuit équivalent Vds = Id . Rd
Définition de Transconductance
Après substitution Soit : Av = gm . Rd
Exemple 9-2 :
Un certain JFET possède une valeur de gm = 4 mS. Avec une résistance c.a. au drain externe de 1,5 kW, quel
est le gain en tension idéal ?
Circuit équivalent simplifié du JFET avec
résistance au drain externe
AMPLIFICATION PAR JFET
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Effet de r’ds sur le gain
AMPLIFICATION PAR JFET
Si r’ds (Résistance interne Drain - Source) est prise en considération
apparaît en parallèle avec Rd
Si r’ds > 10 x Rd
Gain réduit par rapport au Gain Idéal :
Circuit équivalent du FET incluant la résistance interne entre le drain et la source r’ds
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Effet de la résistance externe à la source sur le gain
AMPLIFICATION PAR JFET
Id
Soit le circuit équivalent avec RS entre Source et Masse :
Ven totale entre Grille et Masse est : Ven = Vgs + Id . Rs
Vsor de sortie aux bornes de Rd est : Vsor = Id . Rd
Gain en tension est :
Après simplification :
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Amplificateurs à JFET à Source Commune
AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE
Entrée
Sortie
GD
S
Amplificateur à JFET à canal N monté en Source Commune sous polarisation automatique :
Source à la Masse virtuelle.
Entrée par Grille.
Sortie par Drain.
C1 et C3 : Condensateur de couplage à l'Entrée et à la Sortie.
C2 : Condensateur de dérivation autour de Source.
Amplificateur à JFET à Source Commune
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Analyse c.c.
ID
Q
D'abord déterminer les valeurs de polarisation c.c.
Développer un circuit équivalent c.c. :
Remplacer C1, C2 et C3 par des circuits ouverts.
Circuit équivalent c.c. d’un amplificateur à JFETà Source Commune
Détermination de ID :
SI circuit polarisé avec un point Q Centré sur la droite de charge :
SINON résoudre l'équation :
ID déterminée Procéder à l'analyse c.c. du circuit par :
VS = -VGS = -ID . RS VD = VDD - ID . RD VDS = VD - VS
AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE
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Circuit équivalent c.a.
GD
S
Analyser un amplificateur en c.a. :
Développer un circuit équivalent c.a. :
• Remplacer C1, C2 et C3 par des courts-circuits.
• Remplacer Source c.c. par une mise à la masse (Borne de VDD mise à la masse en c.a.)
Tension du signal à la grille
Générateur de tension c.a. Ven connectée à l'entrée.
Or RentréeFET >> Presque toute la tension d'entrée du générateur apparaît à la Grille.
Soit Vgs = Ven
Amplificateur Source Commune et son schéma équivalent c.a.
AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE
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Tension du signal à la sortie
Gain en tension pour l'amplificateur à FET à source commune s’exprime par :
Av = gm . Rd
Tension de sortie Vds au drain :
Vsor = Vds = Av . Vgs OU Vsor = gm . Rd . Ven
Avec : Rd = RD || Rcharge ET Ven = Vgs
Exemple 9-5 :
Quelle est la tension de sortie pour l'amplificateur sans charge à la figure ci-dessous ? Pour ce JFET
particulier, IDSS est de 12 mA et VGS(off) est de -3 V.
AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE
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Effet de charge sur le gain en tension
AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE
Si une charge est connectée à la sortie de l'amplificateur à travers C de couplage
Résistance c.a. au drain est en réalité RD en parallèle avec Rcharge
Amplificateur à JFET et son équivalent c.a.
Résistance c.a. au drain totale est :
Rcharge Réduit le gain en tension sans charge.
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Résistance d'entrée
Entrée d'un amplificateur à Source Commune étant la Grille
Résistance d'entrée RENFET est extrêmement élevée.
Idéalement RENFET
Ren Réelle vue par le générateur du signal
RGrille-Masse RG || [VGS / IGSS] avec VGS / IGSS = REN(Grille)
AMPLIFICATEURS A SOURCE COMMUNE
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AMPLIFICATEURS A DRAIN COMMUN
Entrée
Sortie
GD
S
Soit l’amplificateur à JFET à canal N monté en Drain Commun sous polarisation automatique:
Drain à la Masse virtuelle.
Entrée par Grille : couplage par C1.
Sortie par Source : couplage à la Charge par C2.
Pas de résistance de Drain.
Amplificateur à JFET à Drain Commun Source Suiveuse
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Gain en tension
AMPLIFICATEURS A DRAIN COMMUN
Gain en tension définie par : Av = Vsor / Ven.
Or Vsor = Id . Rs
Ven = Vgs + Id . Rs
Gain en tension entre grille et source : Av = Id . Rs / (Vgs + Id . Rs)
Après substitution de Id = gm . Vgs, on obtient :
Après simplification : Si gm . Rs >> 1 Av 1
Vsor (Source) en Phase avec Ven (Grille)
Tensions internes d'un amplificateur à Drain
Commun avec Rcharge combinée à RS
Résistance d'entrée
Entrée d'amplificateur à Drain Commun : Grille RENFET est extrêmement élevée.
Ren totale vue par le générateur RG || [VGS / IGSS] avec VGS / IGSS = REN(Grille)
Ren = RG || REN(grille) Avec REN(grille) = VGS / IGSS
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AMPLIFICATEURS A GRILLE COMMUNE
Entrée
GD
S
Sortie
Soit l’amplificateur à JFET à canal N monté en Grille Commun sous polarisation automatique:
Grille reliée à la Masse.
Entrée par Source.
Sortie par Drain.
Gain en tension
Gain en tension entre Source et Drain :
Soit encore : Av = gm . Rd Avec Rd = RD || Rcharge.
Expression à celle de l'amplificateur à JFET à Source Commune.
Amplificateur à JFET à Grille Commune
Entrée couplée à la Source par C1.
Sortie Drain couplée vers la Charge par C2.
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Résistance d'entrée
AMPLIFICATEURS A GRILLE COMMUNE
Source est l'entrée ayant une faible résistance d'entrée :
• 1° Courant d'entrée = Courant de drain Ien = Is = Id = gm . Vgs
• 2° Tension d'entrée = Vgs Ven = Vgs
Résistance d'entrée à la source est :
Soit :
Par exemple, si gm vaut 4000 µS, alors :
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Fin
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Solution 9-2 :
Av = gm . Rd = 4m . 1,5k = 6
Solution 9-5 :
VGS = ID . RS
ID = IDSS . [1 - (ID . RS / VGSoff)]² ID = 1,96 mA
VD = VDD - ID . RD = 12 - (1,96m . 3,3k) = 5,53 V
VGS = -ID . RS = -1,96m . 910 = -1,78 V
gm0 = 2IDSS / |VGSoff| = 2 . 12m / 3 = 8 mA
gm = gm0 . [1 - (VGS / VGSoff)] = 8m . [1 - (-1,78 / -3)] = 3,25 mS
Vsor = Av . Ven = gm . RD . Ven = 3,25m . 3,3k . 100m = 1,07 V