L’objectif de tout amplificateur est de stabiliser la tension d’entrée en courant continu biaisée et d’amplifier uniquement le signal à courant alternatif requis. Une résistance d’émetteur connectée à la borne émetteur d’un transistor atteint cet objectif en augmentant la stabilisation du bias de l’amplificateur.

Cette stabilisation est obtenue grâce à une Résistance d’Émetteur qui fournit l’automatisme de biasage nécessaire pour un amplificateur à émetteur commun. Pour expliquer cela un peu plus en détail, considérons le circuit d’amplificateur de base ci-dessous.

Circuit de Base d’Amplificateur à Émetteur Commun

Le circuit d’amplificateur à émetteur commun présenté utilise un réseau de diviseur de tension pour biaisser la base du transistor, et la configuration à émetteur commun est une manière très populaire de concevoir des circuits amplificateurs à transistor bipolaire. Une caractéristique importante de ce circuit est qu’une quantité appréciable de courant s’écoule dans la base du transistor.

La tension à la jonction des deux résistances de biaisage, R1 et R2, maintient la tension de base du transistor, V_B, à une tension constante et proportionnelle à la tension d’alimentation, V_CC. Notez que V_B est la tension mesurée entre la base et la masse, ce qui est la chute de tension réelle à travers R2.

Équation du Diviseur de Tension

Cependant, avec ce type de dispositif de biasage, le réseau de diviseur de tension n’est pas chargé par le courant de base car il est trop faible, donc si des changements se produisent dans la tension d’alimentation Vcc, le niveau de tension sur la base changera également d’une quantité proportionnelle. Par conséquent, une forme de stabilisation de tension du biais de la base du transistor ou du point Q est requise.

Stabilisation par Résistance d’Émetteur

La tension de biais de l’amplificateur peut être stabilisée en plaçant une seule résistance dans le circuit d’émetteur du transistor comme montré. Cette résistance est connue sous le nom de Résistance d’Émetteur, R_E. L’ajout de cette résistance d’émetteur signifie que la borne émetteur du transistor n’est plus mise à la terre ou à un potentiel de zéro volt, mais se trouve à un potentiel légèrement supérieur donné par l’équation de la loi d’Ohm : V_E = I_E x R_E, où : I_E est le courant d’émetteur réel.

Si la tension d’alimentation Vcc augmente, le courant de collecteur du transistor Ic augmente également pour une résistance de charge donnée. Si le courant de collecteur augmente, le courant d’émetteur correspondant doit aussi augmenter, ce qui entraîne une augmentation de la chute de tension à travers R_E. Cette action entraîne une augmentation proportionnelle de la tension de base car V_B = V_E + V_BE.

Comme la tension de base est maintenue constante par les résistances de diviseur R1 et R2, la tension DC sur la base par rapport à l’émetteur Vbe est réduite d’une quantité proportionnelle, ce qui réduit le courant de base et empêche le courant de collecteur d’augmenter davantage. Une action similaire se produit si la tension d’alimentation et le courant de collecteur essaient de diminuer.

En d’autres termes, l’ajout de cette résistance d’émetteur aide à contrôler le biaisage de base du transistor en utilisant un retour négatif, qui annule toute tentative de changement dans le courant de collecteur avec un changement opposé dans la tension de biais de base, et donc, le circuit tend à être stabilisé à un niveau fixe.

De plus, comme une partie de l’alimentation est tombée à travers R_E, sa valeur doit être aussi petite que possible afin que la plus grande tension possible puisse se développer à travers la résistance de charge, R_L, et donc la sortie. Cependant, sa valeur ne peut pas être trop petite, sinon l’instabilité du circuit en souffrira.

Ensuite, le courant circulant à travers la résistance d’émetteur est calculé comme suit :

Courant de la Résistance d’Émetteur

En règle générale, la chute de tension à travers cette résistance d’émetteur est généralement considérée comme : V_B – V_BE, ou un dixième (1/10) de la valeur de la tension d’alimentation, Vcc. Une valeur courante pour la tension de résistance d’émetteur est entre 1 et 2 volts, selon celle qui est la plus basse. La valeur de la résistance d’émetteur, R_E, peut également être déterminée à partir du gain, car maintenant le gain en tension AC est égal à : R_L / R_E.

Exemple de la Résistance d’Émetteur N°1

Un amplificateur à émetteur commun a les caractéristiques suivantes : β = 100, Vcc = 30V et R_L = 1kΩ. Si le circuit amplificateur utilise une résistance d’émetteur pour améliorer sa stabilité, calculez sa résistance.

Le courant de repos de l’amplificateur, I_CQ est donné comme :

La chute de tension à travers la résistance d’émetteur est généralement comprise entre 1 et 2 volts, alors supposons une chute de tension, V_E, de 1,5 volts.

Ensuite, la valeur de la Résistance d’Émetteur requise pour le circuit amplificateur est donnée par : 100Ω, et le circuit final à émetteur commun est donné par :

Circuit Final à Émetteur Commun

Le gain de l’étage amplificateur peut également être calculé si nécessaire et est donné par :

Capaciteur de Contournement d’Émetteur

Dans le circuit de feedback série de base ci-dessus, la résistance d’émetteur, R_E remplit deux fonctions : feedback négatif DC pour un biaisage stable et feedback négatif AC pour la transconductance du signal et la spécification de gain de tension. Mais comme la résistance d’émetteur est une résistance de feedback, elle réduira également le gain de l’amplificateur en raison des fluctuations du courant d’émetteur I_E dues au signal d’entrée AC.

Pour surmonter ce problème, un condensateur, appelé « Capaciteur de Contournement d’Émetteur », C_E, est connecté en parallèle avec la résistance d’émetteur comme montré. Ce condensateur de contournement fait que la réponse en fréquence de l’amplificateur se coupe à une fréquence de coupure désignée, ƒc, en contournant (d’où son nom) les courants du signal à la terre.

Étant un condensateur, il apparaît comme un circuit ouvert pour le bias DC et donc, les courants et tensions biaisés ne sont pas affectés par l’ajout du condensateur de contournement. Sur la plage de fréquences de fonctionnement de l’amplificateur, la réactance des condensateurs, X_C, sera extrêmement élevée à basses fréquences, produisant un effet de feedback négatif, réduisant le gain de l’amplificateur.

La valeur de ce condensateur de contournement C_E est généralement choisie pour fournir une réactance capacitive de, au plus un dixième (1/10) de la valeur de la résistance d’émetteur R_E au point de fréquence de coupure le plus bas. En supposant que la fréquence d’entrée la plus basse à amplifier soit de 100 Hz, la valeur du condensateur de contournement C_E est calculée comme suit :

Capaciteur de Contournement d’Émetteur

Alors, pour notre amplificateur à émetteur commun simple ci-dessus, la valeur du condensateur de contournement d’émetteur connecté en parallèle avec la résistance d’émetteur est : 160μF.

Amplificateur à Émetteur Divisé

Bien que l’ajout du condensateur de contournement, C_E, aide à contrôler le gain de l’amplificateur en contrebalançant les effets de l’incertitude de beta, (β), l’un de ses principaux inconvénients est qu’à des fréquences élevées, la réactance des condensateurs devient si basse qu’elle court-circuite effectivement la résistance d’émetteur, R_E, à mesure que la fréquence augmente.

Le résultat est qu’à des fréquences élevées, la réactance du condensateur permet très peu de contrôle de feedback AC parce que R_E est court-circuitée, ce qui signifie également que le gain de tension AC du transistor est fortement augmenté, conduisant l’amplificateur à la saturation.

Une manière simple de contrôler le gain de l’amplificateur sur toute la plage de fréquences de fonctionnement est de diviser la résistance d’émetteur en deux parties comme montré.

Résistances d’Émetteur Divisées

La résistance dans la jambe d’émetteur a été divisée en deux parties : R_E1 et R_E2, formant un réseau de diviseur de tension au sein de la jambe d’émetteur avec le condensateur de contournement connecté en parallèle avec la résistance inférieure.

La résistance supérieure, R_E1, a la même valeur que précédemment, mais n’est pas court-circuitée par le condensateur, donc elle doit être prise en compte lors du calcul des paramètres de signal. La résistance inférieure R_E2 est connectée en parallèle avec le condensateur et est considérée comme zéro ohm lors du calcul des paramètres de signal car elle est court-circuitée à des fréquences élevées.

L’avantage ici est que nous pouvons contrôler le gain AC de l’amplificateur sur toute la plage de fréquences d’entrée. En DC, la valeur totale de la résistance d’émetteur est égale à R_E1 + R_E2, tandis qu’à des fréquences AC plus élevées, la résistance d’émetteur est juste : R_E1, la même que dans le circuit sans court-circuit ci-dessus.

Alors, quelle valeur a la résistance, R_E2. Eh bien, cela dépendra du gain en tension DC requis au point de coupure de fréquence la plus basse. Nous avons dit plus tôt que le gain du circuit ci-dessus était égal à : R_L / R_E, qui dans notre circuit à émetteur commun ci-dessus était calculé à 10 (1kΩ/100Ω). Mais maintenant en DC, le gain sera égal à : R_L / (R_E1 + R_E2).

Par conséquent, si nous choisissons un gain en DC de disons 1 (un), la valeur de la résistance d’émetteur, R_E2 est donnée par :

Résistance d’Émetteur Divisée, R_E2

Alors pour un gain DC de 1 (un), R_E1 = 100Ω et R_E2 = 900Ω. Notez que le gain AC sera le même à 10.

Donc, un amplificateur à émetteur divisé a des valeurs de gain en tension et d’impédance d’entrée se situant quelque part entre celles d’un amplificateur à émetteur entièrement court-circuité et celles d’un amplificateur à émetteur non court-circuité, selon la fréquence de fonctionnement.

Résumé de la Résistance d’Émetteur

Pour résumer, le paramètre d’amplification du courant, β, d’un transistor peut varier considérablement d’un dispositif à l’autre du même type et numéro de pièce en raison des tolérances de fabrication et également à cause des variations de tension d’alimentation et de température de fonctionnement.

Alors pour un circuit amplificateur à émetteur commun de classe A, il est nécessaire d’utiliser un circuit de biaisage qui stabilisera le point Q de fonctionnement, rendant le courant de collecteur DC, I_C, indépendant de beta. L’influence de β sur la valeur du courant d’émetteur peut être réduite par l’ajout d’une Résistance d’Émetteur, R_E, dans la jambe d’émetteur pour fournir une stabilisation.

La chute de tension à travers cette résistance d’émetteur est généralement donnée entre 1 et 2 volts. La résistance d’émetteur peut être entièrement contournée par un condensateur de contournement approprié, C_E, connecté en parallèle avec la résistance d’émetteur pour obtenir un gain AC plus élevé, ou partiellement contournée, en utilisant un réseau de diviseur de tension à émetteur divisé qui réduit le gain DC et la distorsion. La valeur de ce condensateur est déterminée à partir de sa valeur de réactance capacitive (X_C) à la fréquence signal la plus basse.