Nom : Prénom : Groupe : ECOLE POLYTECHNIQUE UNIVERSITAIRE DE NICE SOPHIA

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Cycle Initial Polytech - PeiP Première Année

Année scolaire 2012/2013

Epreuve d’électronique analogique N°1 - CORRECTION

Mardi 21 Février 2012 Durée : 1h30

 Cours et documents non autorisés.

 Calculatrice de type collège autorisée

 Vous répondrez directement sur cette feuille.

 Tout échange entre étudiants (gomme, stylo, réponses…) est interdit

 Vous devez :

 indiquer votre nom et votre prénom.

 éteindre votre téléphone portable ( 1 point par sonnerie).

RAPPELS :

Modèle électrique équivalent de la diode lorsqu’elle est passante : V D = V S + R S .I D

Modèle électrique équivalent de la diode lorsqu’elle est bloquée : I D = 0

cathode anode

V _D I _D

P N

émetteur collecteur

base P

N ⁺ N V BE

V CE

I C

I E

I B

Transistor NPN

émetteur collecteur

base N

P ⁺ P V _BE

V _CE

I _C

I _E I _B

Transistor PNP

Préfixes milli m 10 ^{ 3}

micro µ 10 ^{ 6}

1. (0.5 pt) Soit le montage ci-dessous dont les données sont : V ^DD = 5 V, R = 1 k, diode : V S = 0,6 V, R S = 0 .

R

V e V o

V DD

Donner les valeurs de Vo pour les valeurs de V e

indiquées ci-dessous

Ve Vo

0 V 0,6 V

5 V 5 V

2. (1 pt) Le montage ci-dessous correspond à une porte logique. Les données sont : V DD = 5 V, R = 1 k, diode : V S = 0,6 V, R S = 0 .

R

V _e2 V _o

V _DD

V _e1

Donner les valeurs de Vo pour les valeurs de V e

indiquées ci-dessous

Ve2 Ve1 Vo

0 V 0 V 0,6 V

0 V 5 V 0,6 V

5 V 0 V 0,6 V

5 V 5 V 5 V

3. (0,5 pt) Par la méthode de votre choix, déterminer la valeur du courant qui circule dans la diode. Les données sont : V A = 10 V, I A = 2 mA, R 1 = 200 , R 2 = 100 , diode : V S = 0,5 V, R S = 10 .

S 2 1

S A 2

D A R R R

V I . R I V







  = 30 mA

V A

I _D R 1

I A

R ₂

4. (1 pt) En utilisant un générateur équivalent de Thévenin, déterminer l’expression et la valeur du courant qui circule dans la diode. Les données sont : V ^A = 10 V, V ^B = 2 V, R ¹ = 100 , R ² = 100 , diode : V S = 0,5 V, R ^S = 10 .

th 

E 1 2

A R 2 R V R



th  R

2 1

2 1

R R

R . R



2 S 1

2 1

B 2 S

1 A 2

D R

R R

R R

V R V

R V R I

 



 

 _{= 42 mA}

V _A

I _D R ₁

R ₂ V _B

5. (0,5 pt) On suppose que la diode est idéale (V S = 0, R S = 0). Quelle est la condition sur V ^A et V ^B pour que la diode soit passante ? Justifier votre réponse.

Il faut que V A > V B .

V _A

R

R R V _B

R

6. (6,5 pts) Soit le circuit électrique de la figure (6.1) dont les caractéristiques des diodes sont données à la figure (6.2). Les autres données du circuit sont V DD = 0,8 V et R = 40 .

V _DD

R I I _D1 I _D2 D ₁ D ₂ V _D

Figure 6.1

I D (m A ) 2 4 6 8 10

V _D (V) 0,6

0,2 0,4 0,8 1

D ₁ D ₂

6.1. (1 pt) Déterminer les tensions de seuil et les résistances séries des deux diodes V S1 = 0,2 V V S2 = 0,5 V

R S1 = 100  R S2 = 30 

6.2. (1,5 pts) En utilisant les lois des mailles et des nœuds, déterminer l’expression de I D1 en fonction de V ^DD , R, V ^S1 , V ^S2 R ^S1 et R ^S2 .

On peut écrire les deux mailles suivantes

 

 



















2 D 2 S 2 S 1 D 1 S 1 S D

1 D 1 S 1 S 2 D 1 D DD

I . R V I

. R V V

I . R V I

I R

V qui s’écrit aussi

 

 

 





 









2 D 1 2 D S

1 S 2

S 2 S 1 S

1 D 1 S 1 S 2 D 1 D DD

I R I

R R

V V

I . R V I

I

R

V

On remplace alors I ^D2 dans la première équation

  _



 



  







 _{D 1}

2 S

1 S 2

S 2 S 1 1 S

D 1 S 1

S

DD I

R R R

V . V

R I . R R V

V et finalement :

2 S

1 1 S

S

2 S

2 S 1 1 S

S DD 1

D

R R R R R

R V . V

R V V

I





 





6.3. (0,5 pt) En déduire très simplement l’expression de I ^D2 à partir de la tension V ^D . 2

D 1 2 D S

1 S 2

S 2 S 1

S I I

R R R

V

V   

6.4. (0,75 pt) Donner les valeurs de (avec seulement 2 chiffres après la virgule) : I D1 = 3,66 mA I D2 = 2,19 mA

V D = 566 mV

6.5. (0,25 pt) Est-ce que la droite de charge doit dépendre des paramètres des deux diodes ? OUI X NON Parfois

6.6. (0,5 pt) Donner l’expression de la droite de charge I D = f(V D )

R V I _D  V ^DD  ^D

6.7. (0,5 pt) Tracer la droite de charge sur la figure (6.2)

6.8. (0,25 pt) Si on débranche la diode D 2 , quelle doit être la valeur du courant dans le circuit (méthode graphique) ?

I = 4,3 mA

6.9. (0,25 pt) Les deux diodes sont branchées, est ce que l’intersection de la droite de charge avec les caractéristiques des deux diodes correspond au point de polarisation des diodes ?

OUI X NON Parfois

chaque diode.

Les deux diodes ne forment en fait qu’un seul composant donc il faut additionner les deux caractéristiques pour obtenir la courbe I(V D ). Le point d’intersection de cette courbe avec la droite de charge donne alors la tension aux bornes des deux diodes (diodes en parallèle). Pour cette tension, on relève le courant dans les deux diodes qui est identique à celui calculé à la question (6.4)

7. Fonctionnement du transistor bipolaire (3,5 pts)

B

E C I _C

I _B

I _E b

P

N B

E C

N

V _BE V _BC

a

B

E C I _C

I _B

I _E c

I _C

I _B

I _E

B

E C I _C

I _B

I _E I _C

I _B

I _E b

P

N B

E C

N

V _BE V _BC

a

B

E C I _C

I _B

I _E c

I _C

I _B

I _E I _C

I _B

I _E

Figure (X.1).

A l’aide de la figure (X.1), décrivez le fonctionnement interne du transistor bipolaire suivant ses trois régimes : bloqué (a), linéaire (b) et saturé (c). Il faudra ajouter le mouvement des électrons et des trous sur les figures.

bloqué (a)

linéaire (b)

saturé (c)

8. (2 pts) Soit le circuit ci-contre dont les éléments sont : E ^G = 1,5 V, V ^DD = 3 V, R B = 10 k, R C = 200 , pour le transistor : V S = 0,6 V, R S = 1 k,  = 100, V CEsat = 0,2 V.

8.1. Déterminer l’expression et la valeur du courant I ^B qui entre dans la base du transistor.

I B =

S B

S G

R R

V E



 = 82 µA

V CE

V _BE R C

E _G R _B

V _DD

8.2. Le transistor est :

X Passant Bloqué

8.3. Donner l’expression et la valeur du courant, I C , qui entre dans le collecteur.

I ^C = . I B = 8,18 mA

8.4. Donner l’expression et la valeur de la tension V ^CE V CE = V _DD  R _C . I _C = 1,36 V

9. (1,5 pts) Soit le circuit ci-contre dont les éléments sont : E G = 1,5 V, V DD = 3 V, R B = 10 k, pour le transistor : V S = 0,6 V, R ^S = 1 k,  = 100, V CEsat = 0,2 V. Ne pas négliger 1 devant .

9.1. Sachant que le courant I ^B est égal à 28,8 µA, déterminer la valeur de la résistance R E .

E 

R  

 ^B  _B ^{S S B}

B G

I . 1

I . R V I . R E









 = 200 

V _CE V _BE

R _E E _G

R _B

V _DD

9.2. Donner l’expression et la valeur de la tension V CE

V CE = V DD  R E .(1 + ).I B = 2,42 V

9.3. Le transistor est en régime :

Bloqué X Linéaire Saturé

10. (3 pts) Soit le circuit ci-contre dont les éléments sont : V DD = 3 V, R B = 10 k, R C = 200 , R E = 200 , pour le transistor : V S = 0,6 V, R S = 1 k,

 = 100, V CEsat = 0,2 V. Ne pas négliger 1 devant .

10.1. Indiquer sur le schéma les noms des courants (I B et I C ) qui traversent les résistances.

10.2. Déterminer l’expression du courant de base, I ^B .

V _CE V _BE

R _C R _B

V _DD

R _E

  B B B S S B E   B

C

DD R . 1 . I R . I V R . I R . 1 . I

V         

B 

I           



1 . R R R 1

. R

V V

E S B C

S

DD = 47 µA

10.3. Déterminer la valeur du courant de base, I B . I B = 47 µA

10.4. Déterminer l’expression et la valeur de la tension V CE .

   _{B C E} 

DD

CE V 1 . I R R

V      = 1,11 V

10.5. Le transistor est en régime :

Bloqué X Linéaire Saturé