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+--- Sujet : La tension fait la loi (/showthread.php?tid=9168)
RE: La tension fait la loi - forr - 09/02/2020
Bonjour Jean-Marc,
JM Plantefeve a écrit :Le sujet est intéressant et me conduit à étudier plus finement les choses, mais je ne vois toujours pas quel vide tu veux combler.Je n'ai rien trouvé de satisfaisant quant au fonctionnement exact de l'extraction du signal d'erreur.
Cdt.
RE: La tension fait la loi - forr - 09/02/2020
Développement du schéma précédent permettant de calculer les valeurs des tensions et des courants.
Le transistor T1 est un 2N1711.
Conditions de travail du circuit en continu
Elles sont définies par la source de courant constant is1 pour un courant collecteur de 1 mA et par la source de tension vb1
pour que la tension de son émetteur Ve soit au plus près de 0 V.
Les composantsis1 et vb1 ont la perfection typique de la simulation. C'est bien pratique mais il faut toujours garder dans un coin de sa tête que c'est de la simulation et que dans la vie réelle ces réglages ne peuvent être aussi précis et maintenus tels quels.
A noter au passage que les sources de courant constant réelles ne présentent pas une impédance pharamineuse, 1 MΩ en moyenne.
La chute de tension aux bornes de Rc1 est de 1 V. Pour rétablir la même tension collecteur-émetteur Vce égale à 15 V dans mes précédentes simulations, la tension de l'alimentation positive est de 16 V.
Travail en alternatif
Le montage autour de l'amplificateur opérationnel donne une configuration d'amplification en transimpédance.
La source de tension de 14.99999735 V qui transmet intégralement le courant alternatif issu du collecteur du transistor Ic1, sert à obtenir une tension en continu proche de 0 V à la sortie de l'amplificateur opérationnel.
L'entrée inverseuse in- de celui-ci recopie la tension présente sur son entrée non inverseuse in+.
In+ étant au 0 V de la masse, in- constitue ce que l'on appelle une masse virtuelle, sa tension est nulle tout en présentant une très haute impédance. Le courant de collecteur n'a d'autre choix que de passer par la résistance Ra provoquant l'apparition d'une tension à ses bornes. Comme l'une des celles-ci est à 0 V, la tension à l'autre borne, celle de sortie du circuit, est déterminée par le courant Ic1 dans cette résistance.
La valeur choisie ici pour Ra donne un gain total du circuit en boucle ouverte de 300 fois soit 49.54 dB.
La contre-réaction
Un commutateur permet de faire fonctionner le montage en boucle ouverte (open loop) ou fermée (closed loop).
En boucle ouverte, la charge de l'émetteur est de 1 kΩ.
La tension de l'émetteur Ve1 9.7436 mV y détermine le courant Ieo (= Io)
En boucle fermée, la tension d'émetteur a un peu augmenté à 9.881 mV mais le courant d'émetteur a chuté à 315.81 nA. C'est comme si la résistance d'émetteur était 31 fois plus élevée. Que se passe-t-il ?
Si la tension aux bornes de Rge a très peu varié alors que T1 ne délivre plus qu'un courant d'émetteur Ieo très réduit, c'est que Rge reçoit un courant considérable d'ailleurs, synchrone avec Ieo, et qui se substitue presque totalement à Ieo.
Ce courant considérable est fourni à travers Rf.
Une résistance dont la valeur apparente augmente rappellera aux connaisseurs une forme de bootstrap.
Et un courant qui se substitue en grande partie à un autre pour "l'assister" leur rappellera le current dumping.
En configuration plus simple, il y a la simplissime et fascinante paire Sziklai.
Dans les trois cas, il s'agit de réaction positive, doublée d'une réaction négative pour les deux derniers.
A suivre.
RE: La tension fait la loi - forr - 10/02/2020
Bonjour Jean-Marc
JM Plantefeve a écrit :Bonjour forr,La transimpédance caractérise une conversion d'un courant en tension, ce qui demande une source de signal d'impédance élevée en entrée.
...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.
Dans le circuit que tu as simulé, la résistance R1 présente une basse impédance pour "l'entrée" inverseuse Vn de la partie du circuit à gauche dans le triangle.
Cette "entrée" est en fait une sortie à basse impédance d'un (ou de plusieurs émetteurs-suiveurs dans les amplis-opérationnels qualifiés de CFA) qui réplique la tension présente sur l'entrée non inverseuse Vp aux chutes de tension des jonctions base-émetteur (ou grille-cathode, gate-source...) près.
Je ne vois pas très bien comment on peut parler de transimpedance, pour un circuit en boucle ouverte.
Citation :Ce n'est pas par hasard si, dans quelques documents plus récents émanant d'autres fabricants, (Renesas AN1993, May 31. 2018 par exemple)Comme quasi tous les écrits sur les amplificateurs opérationnels étiquetés CFA, la notice de Renesas présente l'étage d'entrée comme un buffer idéal. Or l'existence ce dernier ne saurait dépasser les limites d'un concept en simulation. Dans la vie réelle des AOP, ce buffer est constitué d'un push-pull de transistors où la tension base-émetteur Vbe joue une rôle fondamental.
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.
Avec l'orientation correcte des flèches (figure 8) le document Renesas marque toutefois un point sérieux par rapport à ce qui est écrit dans les notices antérieures. Il montre bien que le courant Ig dans la résistance Rg est la somme du courant d'émetteur Ie et du courant If venant de la sortie.
La tension aux bornes de Rg qui résulte est réliée aux émetteurs du buffer. Et qui commande le courant issu des transistors sinon leur tension base-émetteur Vbe ?
Dans les documents antérieurs, la flèche Ie est dans l'autre sens, ce qui signifie que l'entrée inverseuse absorbe du courant.
Citation :Le sujet est intéressant et me conduit à étudier plus finement les choses, mais je ne vois toujours pas quel vide tu veux combler.Le mécanisme exact du ou des composants assurant la contre-réaction n'est jamais explicité.
*
A propos de vide, je ne résiste par à retranscrire cette excellente blague de Philippe Demerliac, youtubeur électronicien des plus recommandable :
Un robot s'adresse à son constructeur :
- Maître, j'ai écrit un poème.
- Ha oui ? Je suis toute ouïe, je t'en prie, récite le moi.
- Je creuse, je creuse, je creuse.
- ...
- Qu'en penses-tu, maître ?
- Et bien, c'est très profond.
RE: La tension fait la loi - JM Plantefeve - 10/02/2020
Bonsoir forr,
La transimpédance caractérise une conversion d'un courant en tension, ce qui demande une source de signal d'impédance élevée en entrée. Dans le circuit que tu as simulé, la résistance R1...
Dans le circuit que j'ai simulé, c'est à hauteur de ZT qu'il est question de transimpédance. Où un courant généré conduit à une tension (avec ZT=1MΩ pour 1MV/A).
Avec l'orientation correcte des flèches (figure 8) le document Renesas marque toutefois un point sérieux par rapport à ce qui est écrit dans les notices antérieures.
En observant la figure 5, la réalité est un courant alternatif. Une fois en modélisation, il faut essentiellement une coordination de convention entre sens de ie et sens de ie·ZT. Que la flèche soit entrante ou sortante n'a je pense pas d'importance fondamentale.
Je joins le fichier LTspice (extension .txt à remplacer par .asc après téléchargement). Il est intéressant de simuler l'influence de la résistance interne du buffer d'entrée, sur la dimension de l'erreur.
Jean-Marc.
RE: La tension fait la loi - forr - 10/02/2020
Bonsoir Jean-Marc
JM Plantefeve a écrit :Avec l'orientation correcte des flèches (figure 8) le document Renesas marque toutefois un point sérieux par rapport à ce qui est écrit dans les notices antérieures.Il s'agit d'une somme de courants alternatifs en phase (Io1= Ieo1 + Iao1) qui produit sur la résistance reliée à la masse Rg une tension qui est contrôlée par la tension de l'émetteur de l'étage d'entrée Ve1.
En observant la figure 5, la réalité est un courant alternatif. Une fois en modélisation, il faut essentiellement une coordination de convention entre sens de ie et sens de ie·ZT. Que la flèche soit entrante ou sortante n'a je pense pas d'importance fondamentale.
Cdt.
RE: La tension fait la loi - forr - 14/02/2020
Note 16/02 11:45
Ce post et ses figures ont été modifiées ce matin.
CONTRE REACTION LOCALE PAR RESISTANCE D'EMETTEUR
Il aurait été préférable que j'aborde cet aspect de la contre-réaction plus tôt.
J'ai en projet de reprendre l'ensemble des chapitres dans un ordre plus logique
pour en faire un seul document au format PDF.
L'étude qui suit a commencé par la détermination de la résistance de sortie de
l'émetteur d'un transistor bipolaire.
La valeur généralement donnée pour 1 mA de courant de repos est d'environ 26 Ohm.
En continu
Il m'est apparu qu'une valeur particulière du courant de repos dans un schéma élémentaire faciliterait
l'observation de l'effet des résistances dégénératives. Aussi ai-je cherché le courant de repos qui donnait
une résistance interne de l'émetteur d'exactement 25 Ω.
Pour cela, la source de courant constant Is qui détermine le courant continu dans le transistor
a été réglée de façon à ce que, quand cet émetteur n'est pas chargé (circuit autour de T1),
sa tension soit double de ce qu'elle est quand il est chargé par 25 Ω.
Ainsi quand le commutateur du circuit autour de T2 est en position vg01,
la tension d'émetteur ve2 qui est 999.633 µV est déconnectée passe à 499.819 µV
quand elle est reconnectée.
Ce résultat est obtenu pour un réglage à 1.0431 mA de la source de courant constant.
Il faut bien sûr qu'il ne passe aucun courant continu dans la résistance d'émetteur Rg.
Un réglage précis de la tension de base par vbb a permis d'obtenir un courant continu de l'émetteur
vers la masse inférieur à 80 pA dans les quatre cas étudiés.
Il peut s'avérer judicieux de mettre un condensateur de capacité gigantesque (magie de la simulation)
en série avec Rg quand celle-ci a une valeur nulle car la source de courant constant ne joue alors
plus aucun rôle.
Les trois transistors du schéma sont mis dans les mêmes conditions de courant de repos,
de tension collecteur-émetteur (Vce) et de température
En alternatif
Circuit T2
Lorsqu'ils sont alimentés par la même tension vg1, le circuit de T2 présente
un courant de collecteur moitié du circuit de T1 ; sa distorsion harmonique a été divisée par 4.
On peut rétablir le même courant collecteur dans T2 en doublant la tension d'entrée (commutateur
en position vg02). Par contre la distorsion harmonique ne retrouve pas la valeur du circuit de T1,
elle n'en est que moitié.
Circuit T3
Pour le circuit de T3, la tension d'entrée (vg3) est augmentée à 10 mV et la résistance dégénérative
d'émetteur (Rg3) à 225.82 Ω. Celle-ci constitue avec la résistance interne de l'émetteur de 25 Ω un diviseur
de tension qui donne une tension d'émetteur Ve3 de 9 mV.
La différence de potentiel entre la base et l'émetteur (Vbe3) est donc de 1 mV, le courant de collecteur Ic3
qui en résulte est le même que celui de T1 mais sa distorsion harmonique est dix fois moindre.
Il me semble exact de dire que, pour un courant donné du transistor, la résistance dégénérative modifie
la transconductance du circuit mais non celle propre au transistor.
Cela peut paraître évident mais il n'était par superflu d'en faire la vérification.
NB La seconde image en pièce jointe est une version plus nette que celle insérée ci-dessus.
RE: La tension fait la loi - JM Plantefeve - 15/02/2020
Bonjour forr,
J'ai en projet de reprendre l'ensemble des chapitres dans un ordre plus logique pour en faire un seul document au format PDF.
Très bien ! Pour rédiger un rapport technique, j'apprécie utiliser l'outil Smath Studio d'Andrey Ivashov, pour combiner du texte, des images, des calculs (voire des graphes) interactifs. Impression pdf jointe en démo rapide autour de la contre-réaction locale par résistance d'émetteur.
Jean-Marc.
RE: La tension fait la loi - forr - 15/02/2020
JM Plantefeve a écrit :Bonjour forr,
J'ai en projet de reprendre l'ensemble des chapitres dans un ordre plus logique pour en faire un seul document au format PDF.
Très bien ! Pour rédiger un rapport technique, j'apprécie utiliser l'outil Smath Studio d'Andrey Ivashov, pour combiner du texte, des images, des calculs (voire des graphes) interactifs. Impression pdf jointe en démo rapide autour de la contre-réaction locale par résistance d'émetteur.
Merci Jean-Marc pour cet encouragement.
RE: La tension fait la loi - forr - 16/02/2020
POURQUOI MOINS DE DISTORSION AVEC UNE RESISTANCE D'EMETTEUR ?
L'effet d'une résistance d'émetteur sur la distorsion harmonique du courant collecteur est bien connu.
La cause, beaucoup moins.
On parle de contre-réaction locale mais cela n'éclaire guère sur le mécanisme en jeu.
Dans le post #136, les transistors T1 et T3, repris ici dans une figure simplifiée, sont dans les conditions suivantes :
- en continu, polarisation identique avec Vbe, Ic, Vce de même valeur.
- en alternatif, T3 a une tension d'entrée de 10 mV, plus élevée que celle de T1 qui est de 1 mV.
Mais la résistance d'émetteur de T3 (Rg3) a été judicieusement choisie pour que le courant d'émetteur
y produise une chute de tension de 9 mV de sorte que l'on retrouve une tension base-émetteur
égale à celle de T1, 1 mV.
On sait que le courant circulant dans un transistor est essentiellement contrôlé par sa tension base-émetteur.
Celle-ci a beau être la même pour T1 et T3, la distorsion du courant collecteur du second est le dixième du premier.
Il y a un mystère à éclaircir.
RE: La tension fait la loi - JM Plantefeve - 16/02/2020
Bonjour forr,
Mais la résistance d'émetteur de T3 (Rg3) a été judicieusement choisie pour...
Je me demande si Rg3 est vraiment une résistance d'émetteur.
Celle-ci a beau être la même pour T1 et T3, la distorsion du courant collecteur du second est le dixième du premier.
Quelle valeur à Cg1 ?
Jean-Marc.