Systèmes électroniques I
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Exercice 1 N OTIONS DE BASE SEMICONDUCTEURS
Exercices
Maurizio Tognolini
Luc Bossoney
EXERCICE 1 SÉMICONDUCTEURS (Données d’exercices)
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1Systèmes électroniques I
1. JONCTION P-N DIODE 1.1 DONNEE
Pour une diode du commerce 1N4148 (voir DataSheet) on aimerait retrouver les paramètres physiques selon la rélation liant le courant dans la diode et la tension entre Anode et Katode en polarisation directe.
Figure 1 : Caractéristiques électriques de la diode
Hypothèse :
A 27°C (300°K) la tension UT = kT/q=26 mV.
Rappel :
Constante de Bolztmann k=1.380658 10-23 J/K Charge élémentaire q=1.602177.10-19 C
1.2 QUESTIONS
A Déterminer le courant de saturation inverse Is en prenant les valeurs IF = 5 mA et VF = 0.62 V (TA=27°C).
B D’après la courbe IF=f(VF) estimer la résistance dynamique rD pour le point de fonctionnement VF = 1V (TA=25°C). Donner le modèle linéaire sous forme de circuit équivalent.
C Pour une température de 175 °C faire le même calcul que dans B.
D Pour une puissance dissipée maximum de 500 mW comme spécifié par le fabricant trouver la zone de fonctionnement dans la caractéristique IF=f(VF), et donner les courants max. pour les courbes aux différentes températures.
Question supplémentaire: Si la dissipation est de 500 mW et la température ambiante est de 25 °C quelle sera la température de la diode ?
Systèmes électroniques I
2. REVERSE RECOVERY 2.1 DONNEE
Pour la diode 1N4148 le trr=4 ns pour IF =10 mA , Irr =60 mA (voir DataSheet) .
Figure 2 : définition et mesure du trr
Hypothèses :
Rappel :
Constante de Bolztmann k=1.380658 10-23 J/K Charge élémentaire q=1.602177.10-19 C
2.2 QUESTIONS
A
Calculer Qrr et estimer la pente max dI/dt après l’inversion de courant en faisant l’hypothèse que le courant inverse décroit linéairement de Irr à Ir en un temps trr.
3. TRANSISTOR BIPOLAIRE 3.1 DONNEE
Pour le transistor bipolaire PNP 200A (voir labo1) le fabricant donne les paramètres suivants:
hfe = 300 .... 600 (pour Ic = 10 mA) .
Hypothèses :
On prend hfe = 450
3.2 QUESTIONS
A Calculer Ibe et Is ( de la jonction BE) pour Vbe= 0.75V.
B Déterminer le paramètre gm = dIc/dUbe pour le point de fonctionnement Ic=10 mA, ainsi que la résistance dynamique rbe. Dessiner le schéma petits signaux.
EXERCICE 1 SÉMICONDUCTEURS (Données d’exercices)
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3Systèmes électroniques I 4. MOSFET 4.1 DONNEE
Pour commander une électrovanne sous 24 V à l’aide d’un microcontrôleur on utilise un MOSFET type n BSP89 (voir Datasheet). L’électrovanne nécessite d’un courant de 200 mA pour s’ouvrir complètement.
Hypothèses :
La température ambiante est de 25 °C Rappel : voir cours.
4.2 QUESTIONS
A Dessinez le schéma d’utilisation de ce MOSFET pour la commande de l’électrovanne.
B Quelle tension Vgs est-elle nécessaire pour que le courant dans l’électrovanne soit respecté.
C
Si la tension à la sortie du uC est de 3.0 V dans quel mode de fonctionnement se trouve le MOSFET ? Quel sera le courant dans l’électrovanne. (Voir les caractéristiques dans le Datasheet).
D Si Vgs = 5 V estimez la résistance rds ON du MOSFET.
E Si le MOSFET est en mode saturé (source de courant) trouvez le paramètre K pour le BSP89 à l’aide de la caractéristique ID= f(VGS).
5. SOURCE DE COURANT AVEC BSP129 5.1 DONNEE
On aimerait allumer une LED à l’aide d’une source de tension variable entre 10V et 150V, pour indiquer le danger inhérent à la mise sous tension du circuit.
Pour ce faire on utilise une source de courant. Celle-ci est alimenté par la source de tension Pour réaliser la source de courant on utilise un transistor type N: BSP 129 à déplétion ( qui possède un Vth < 0V).
Systèmes électroniques I
Figure 2 : Schéma électrique de la source de courant
Hypothèses : La diode LED à une chute de tension de 2V pour IF = 10 mA La température est de 25°C et la valeur typique de Vth = 1.2V pour ce problème.
Rappel :
5.2 QUESTIONS
A Déterminer la résistance R pour que la LED soir parcourue par un courant IF = 10 mA.
B A quelle tension Vbat le MOSFET commence à se comporter comme une source de courant ?
C Quelle est la puissance maximale dissipée par le transistor et la résistance ? Tracez PD = f( Ubat).
D En considérant une température ambiante de 25 °C, quelle est la température estimé du MOSFET lorsque la dissipation est maximale ?
E Si la température du MOSFET est celle calculée en D que vaudra alors le courant dans la LED ? Même question mais à une température ambiante de -50 °C.
