Suite et conclusion de "Ad OHMinem 1 et 2"
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Contre-réaction directe et assistée
![[Image: 0ei7KFAN_o.jpg]](https://images2.imgbox.com/8f/76/0ei7KFAN_o.jpg)
La transistor au cœur d'une contre-réaction fournit un courant de collecteur
essentiellement commandé par la différence de potentiel entre sa base et son
émetteur.
On trouve des circuits, en composants discrets ou intégrés fonctionnant
ainsi, mais aussi certains qui utilisent des push-pulls de deux transistors NPN-PNP.
L'insertion d'un "buffer" entre le transistor ci-dessus et le réseau
de contre-réaction rend ce transistor peu sensible à l'impédance de ce réseau.
Un buffer est un élément d'assistance actif qui reproduit à sa sortie sa tension
d'entrée avec une impédance plus faible.
Pour un étage d'entrée, le buffer est le plus souvent un second transistor,
identique à celui d'entrée. Il est en mode émetteur suiveur et presque toujours
accolé au premier par une source de courant constant. Cet ensemble forme un
"étage" que l'on appelle Paire différentielle ou Long Tail Pair (LTP).
Un couplage de transistors NPN-PNP par les émetteurs est aussi possible.
Moins linéaire qu'un simple transistor, c'est une configuration rarement employée
qui porte le nom de Rush.
En étude en simulation, on se sert parfois d'un buffer idéal à impédance
d'entrée infinie et nulle en sortie. Dans ce cas, on l'écrit ici avec
un B majuscule, Buffer.
Circuits
![[Image: dT1Ow3gh_o.jpg]](https://images2.imgbox.com/dc/98/dT1Ow3gh_o.jpg)
Dans les deux schémas présentés ici, Vbe, la différence de potentiel
entre la base et l'émetteur du transistor d'entrée est le principal élément
qui commande son courant de son collecteur, Ic.
Ce courant est amplifié par un étage, Ao, qui délivre en sortie une tension Vao ,
réglable par la résistance Rfao sous une impédance négligeable.
La tension Vao est appliquée à un réseau de deux résistances en série,
Rf et Rg, dont le point millieu est :
- soit directement relié à l'émetteur du transistor (Single) ou des transistors
d'entrée (circuit Push-pull). En boucle ouverte, l'impédance présentée
est celle de la résistance Rg, de 234 Ω ici.
- soit via une assistance réalisée par un transistor en émetteur suiveur
(circuits Long Tail Pair LTP ou Rush; éventuellement un Buffer en simulation)
avant d'être relié au transistor d'entrée.
En boucle ouverte, l'impédance présentée est alors légèrement plus élevée
que de celle de la résistance intrinsèque de l'émetteur du transistor
d'assistance qui est d'environ 26 Ω pour 1 mA.
Si les valeurs de Rg et Rf sont modifiées mais leur rapport conservé,
le gain en boucle ouverte n'est que peu affecté.
L'impédance de l'émetteur du transistor d'entrée face à sa charge
Sous quel mode fonctionne le transistor d'entrée en contre-réaction directe ?
Une question contestable ?
L'opération de soustraction d'une contre-réaction est réalisée
par le transistor d'entrée (deux transistors en Push-pull) :
Vbe, la différence de potentiel entre sa base et son émetteur contrôle
son courant de collecteur qui est exploité par le reste de la boucle.
On peut considérer le montage du transistor comme étant en collecteur commun.
(comme il y a une charge de collecteur, on pourrait parler de montage en charges
réparties, mais la petite variation de tension qui y apparaît n'a que peu
d'effet sur le comportement du transistor).
Si le signal d'entrée, issu d'une source à impédance très faible, est nul et
qu'une tension variable apparaît sur l'émetteur (due par exemple à une induction
parasite quelconque ou, sous contrôle, en laboratoire par un signal issu
d'un générateur de tension), le montage est dit en base commune.
On peut alors considérer (avec circonspection !) qu'avec n'importe quel signal
habituel, la tension d'entrée ayant un incessant passage par 0 V, le
transistor saute constamment d'un mode à l'autre, d'émetteur suiveur
à base commune.
Prêter à un transistor un fonctionnement possible en "double mode" est
plutôt baroque et compromet l'intérêt du concept des modes. On rencontre
néanmoins cette curieuse position chez des électroniciens connus.
Il est beaucoup plus formel de considérer que c'est la charge de l'émetteur
du transistor d'entrée, c'est à dire sa tension et son impédance, qui commande
le comportement de la boucle de contre-réaction.
Un raisonnement similaire s'applique au circuit de contre-réaction Push-pull.
Avec les circuits assistés, Long Tail Pair et Rush, l'impédance vue par
l'émetteur du transistor d'entrée dépend peu des valeurs du réseau de
contre-réaction (pas du tout en simulation pour un circuit avec Buffer
théorique).
Il est à remarquer qu'avec les valeurs typiques identiques proposées ici pour
Rf et Rg (2.34 kΩ et 260 Ω) pour les deux circuits, le courant alternatif
de cet émetteur est cinq fois plus élevé pour les configurations assistées
(LTP, Rush) que celui des configurations directes (Single, Push-Pull)
Pour obtenir des gains en boucle ouverte identiques pour les deux sortes
de circuits, direct et assisté, la résistance de contre-réaction Rfao de
l'amplifcateur Ao nécessite d'être plus elévée pour le premier (327.6 kΩ)
que pour le second (54.99 kΩ).
Vue par l'émetteur, l'impédance en provenance du réseau de contre-réaction
est donc :
- élevée pour les configurations directes (Single, Push-pull) en raison de
l'effet bootstrap de la contre-réaction.
- faible pour les circuits assistés (LTP, Rush, Buffer) en raison
de l'interposition d'un suiveur de tension (transistor en émetteur suiveur
ou buffer théorique) entre le réseau de contre-réaction et l'émetteur
du transistor soustracteur entre les tensions des entrées non-inverseuse
et inverseuse.
+-----------------------------------------------------+
! ! SINGLE ! LTP !
! Rf -> ! 2.34 kΩ ! 2.34 kΩ !
! Rg -> ! 260 Ω ! 260 Ω !
! RFA -> ! 288.4 kΩ ! 54.99 kΩ !
!- - - - -!- - - - - - - - - - -!- - - - - - - - - - -!
! loop -> ! open ! close ! open ! close !
! Vbe1 ! 93.10 µV ! 1.298 µV ! 486.6 µV ! 5.194 µV !
! Ib1 ! 20.03 nA ! 281.2 pA ! 104.7 nA ! 1.119 nA !
! Ve1 ! 907.0 µV ! 998.8 µV ! 513.5 µV ! 994.9 µV !
! Ie1 ! 3.488 µA ! 34.63 nA ! 18.29 µA ! 181.2 nA !
! OL/CL ! 100.7 ! 100.9 !
! If ! 0 ! 30.81 µA ! 0 ! 3.808 µA !
! Ig ! 3.488 µA ! 3.842 µA ! 104.6 nA ! 3.809 µA !
! VAO ! 1 V ! 9.907 mV ! 1 V ! 9.902 mV !
! gain ! 60 dB ! 19.92 dB ! 60 dB ! 19.91 dB !
! Load E1 ! 260 Ω ! 28.84 kΩ ! 28 Ω ! 5.461 kΩ !
+-----------------------------------------------------+
Il y a donc une augmentation de l'impédance de la charge de l'émetteur
d’entrée avec l'augmentation du gain de boucle. Cela ressemble indubitablement
à un bootstrap. Une contre-réaction négative qui fait diminuer le gain
d’un circuit amplificateur en le linéarisant contient donc en son sein
une contre-réaction positive.
***
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Contre-réaction directe et assistée
La transistor au cœur d'une contre-réaction fournit un courant de collecteur
essentiellement commandé par la différence de potentiel entre sa base et son
émetteur.
On trouve des circuits, en composants discrets ou intégrés fonctionnant
ainsi, mais aussi certains qui utilisent des push-pulls de deux transistors NPN-PNP.
L'insertion d'un "buffer" entre le transistor ci-dessus et le réseau
de contre-réaction rend ce transistor peu sensible à l'impédance de ce réseau.
Un buffer est un élément d'assistance actif qui reproduit à sa sortie sa tension
d'entrée avec une impédance plus faible.
Pour un étage d'entrée, le buffer est le plus souvent un second transistor,
identique à celui d'entrée. Il est en mode émetteur suiveur et presque toujours
accolé au premier par une source de courant constant. Cet ensemble forme un
"étage" que l'on appelle Paire différentielle ou Long Tail Pair (LTP).
Un couplage de transistors NPN-PNP par les émetteurs est aussi possible.
Moins linéaire qu'un simple transistor, c'est une configuration rarement employée
qui porte le nom de Rush.
En étude en simulation, on se sert parfois d'un buffer idéal à impédance
d'entrée infinie et nulle en sortie. Dans ce cas, on l'écrit ici avec
un B majuscule, Buffer.
Circuits
Dans les deux schémas présentés ici, Vbe, la différence de potentiel
entre la base et l'émetteur du transistor d'entrée est le principal élément
qui commande son courant de son collecteur, Ic.
Ce courant est amplifié par un étage, Ao, qui délivre en sortie une tension Vao ,
réglable par la résistance Rfao sous une impédance négligeable.
La tension Vao est appliquée à un réseau de deux résistances en série,
Rf et Rg, dont le point millieu est :
- soit directement relié à l'émetteur du transistor (Single) ou des transistors
d'entrée (circuit Push-pull). En boucle ouverte, l'impédance présentée
est celle de la résistance Rg, de 234 Ω ici.
- soit via une assistance réalisée par un transistor en émetteur suiveur
(circuits Long Tail Pair LTP ou Rush; éventuellement un Buffer en simulation)
avant d'être relié au transistor d'entrée.
En boucle ouverte, l'impédance présentée est alors légèrement plus élevée
que de celle de la résistance intrinsèque de l'émetteur du transistor
d'assistance qui est d'environ 26 Ω pour 1 mA.
Si les valeurs de Rg et Rf sont modifiées mais leur rapport conservé,
le gain en boucle ouverte n'est que peu affecté.
L'impédance de l'émetteur du transistor d'entrée face à sa charge
Sous quel mode fonctionne le transistor d'entrée en contre-réaction directe ?
Une question contestable ?
L'opération de soustraction d'une contre-réaction est réalisée
par le transistor d'entrée (deux transistors en Push-pull) :
Vbe, la différence de potentiel entre sa base et son émetteur contrôle
son courant de collecteur qui est exploité par le reste de la boucle.
On peut considérer le montage du transistor comme étant en collecteur commun.
(comme il y a une charge de collecteur, on pourrait parler de montage en charges
réparties, mais la petite variation de tension qui y apparaît n'a que peu
d'effet sur le comportement du transistor).
Si le signal d'entrée, issu d'une source à impédance très faible, est nul et
qu'une tension variable apparaît sur l'émetteur (due par exemple à une induction
parasite quelconque ou, sous contrôle, en laboratoire par un signal issu
d'un générateur de tension), le montage est dit en base commune.
On peut alors considérer (avec circonspection !) qu'avec n'importe quel signal
habituel, la tension d'entrée ayant un incessant passage par 0 V, le
transistor saute constamment d'un mode à l'autre, d'émetteur suiveur
à base commune.
Prêter à un transistor un fonctionnement possible en "double mode" est
plutôt baroque et compromet l'intérêt du concept des modes. On rencontre
néanmoins cette curieuse position chez des électroniciens connus.
Il est beaucoup plus formel de considérer que c'est la charge de l'émetteur
du transistor d'entrée, c'est à dire sa tension et son impédance, qui commande
le comportement de la boucle de contre-réaction.
Un raisonnement similaire s'applique au circuit de contre-réaction Push-pull.
Avec les circuits assistés, Long Tail Pair et Rush, l'impédance vue par
l'émetteur du transistor d'entrée dépend peu des valeurs du réseau de
contre-réaction (pas du tout en simulation pour un circuit avec Buffer
théorique).
Il est à remarquer qu'avec les valeurs typiques identiques proposées ici pour
Rf et Rg (2.34 kΩ et 260 Ω) pour les deux circuits, le courant alternatif
de cet émetteur est cinq fois plus élevé pour les configurations assistées
(LTP, Rush) que celui des configurations directes (Single, Push-Pull)
Pour obtenir des gains en boucle ouverte identiques pour les deux sortes
de circuits, direct et assisté, la résistance de contre-réaction Rfao de
l'amplifcateur Ao nécessite d'être plus elévée pour le premier (327.6 kΩ)
que pour le second (54.99 kΩ).
Vue par l'émetteur, l'impédance en provenance du réseau de contre-réaction
est donc :
- élevée pour les configurations directes (Single, Push-pull) en raison de
l'effet bootstrap de la contre-réaction.
- faible pour les circuits assistés (LTP, Rush, Buffer) en raison
de l'interposition d'un suiveur de tension (transistor en émetteur suiveur
ou buffer théorique) entre le réseau de contre-réaction et l'émetteur
du transistor soustracteur entre les tensions des entrées non-inverseuse
et inverseuse.
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! ! SINGLE ! LTP !
! Rf -> ! 2.34 kΩ ! 2.34 kΩ !
! Rg -> ! 260 Ω ! 260 Ω !
! RFA -> ! 288.4 kΩ ! 54.99 kΩ !
!- - - - -!- - - - - - - - - - -!- - - - - - - - - - -!
! loop -> ! open ! close ! open ! close !
! Vbe1 ! 93.10 µV ! 1.298 µV ! 486.6 µV ! 5.194 µV !
! Ib1 ! 20.03 nA ! 281.2 pA ! 104.7 nA ! 1.119 nA !
! Ve1 ! 907.0 µV ! 998.8 µV ! 513.5 µV ! 994.9 µV !
! Ie1 ! 3.488 µA ! 34.63 nA ! 18.29 µA ! 181.2 nA !
! OL/CL ! 100.7 ! 100.9 !
! If ! 0 ! 30.81 µA ! 0 ! 3.808 µA !
! Ig ! 3.488 µA ! 3.842 µA ! 104.6 nA ! 3.809 µA !
! VAO ! 1 V ! 9.907 mV ! 1 V ! 9.902 mV !
! gain ! 60 dB ! 19.92 dB ! 60 dB ! 19.91 dB !
! Load E1 ! 260 Ω ! 28.84 kΩ ! 28 Ω ! 5.461 kΩ !
+-----------------------------------------------------+
Il y a donc une augmentation de l'impédance de la charge de l'émetteur
d’entrée avec l'augmentation du gain de boucle. Cela ressemble indubitablement
à un bootstrap. Une contre-réaction négative qui fait diminuer le gain
d’un circuit amplificateur en le linéarisant contient donc en son sein
une contre-réaction positive.
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La loi d'Ohm stipule que le courant circulant dans un circuit est
directement proportionnel à la différence de potentiel qui lui est appliquée
et inversement proportionnel à la résistance du circuit.
Qui ne peut attaquer le raisonnement attaque le raisonneur. Paul Valéry
Le meilleur résultat des mathématiques est de pouvoir s'en passer. Oliver Heaviside
Les mathématiques consistent à prouver une chose évidente par des moyens complexes. George Polya
Les β ne font pas la loi.
directement proportionnel à la différence de potentiel qui lui est appliquée
et inversement proportionnel à la résistance du circuit.
Qui ne peut attaquer le raisonnement attaque le raisonneur. Paul Valéry
Le meilleur résultat des mathématiques est de pouvoir s'en passer. Oliver Heaviside
Les mathématiques consistent à prouver une chose évidente par des moyens complexes. George Polya
Les β ne font pas la loi.
