Examen ELE 004 07

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS
Année universitaire 2007-2008
Examen 2ième Session d’Electronique Analogique ELE 004
(Durée 3 heures)
Exercice 1 (4pts): (Semi-conducteurs et Jonction PN)
On considère un cristal de silicium intrinsèque sous forme de barreau (figure 1), On
désire réaliser une jonction PN.
A
K
N
P
Figure 1
1°- Par quelle procédure réalise-t-on un semi-conducteur de type P et un semi
conducteur de type N ?
2°- Dans quelle colonne du tableau de classification périodique allons nous choisir les
atomes d’impuretés servant à réaliser la jonction, pour quelles raisons ?
3°- Comment s’appelle la région qui se crée au niveau du plan de la jonction, donner au
moins deux appellations ?
4°- On considère maintenant la jonction PN polarisée par une tension VAK. Suivant le
signe de cette tension, énumérer les deux états de la jonction. Qu’arrive-t-il à la zone
crée au niveau du plan de cette jonction PN ?
Exercice 2 (8pts): (Diodes)
I.
Soit le montage de la figure 2-a, le transformateur de tension alternative utilisé et un
220V-24V.
D1
i1
M
Ve
220 V
M
R
i0
V0
Rc
C
Vin
Ve
(a)
D2
i2
(b)
Figure 2
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D1 et D2 sont deux diodes identiques. La tension au secondaire admet l'expression
suivante: Ve = 24 sinωt. La résistance RL est de 1kΩ.
1°- Rappeler la caractéristique d'une diode idéale et justifier pourquoi dans ce montage
on peut utiliser ce modèle de la diode idéale.
2°- Représenter sur le même graphe l'allure des tensions Ve(t) et V0(t). On précisera sur
le graphe l'état de conduction de chaque diode.
3°- On insère entre le point M et la masse un condensateur C et une résistance Rc en
parallèle. Donner l’allure de Vin(t) la tension aux bornes de la résistance Rc.
4°- Proposez un autre montage qui permet de réaliser la même fonction que celle réaliser
par le montage de la figure 2-a.
II. On désire obtenir une tension régulée Vout de 20V en utilisant le montage de la figure
3, où Vin est la tension déterminée en partie I . On considérera que Vin=24 –vin(t)
Rp
Vin
Vout
RL=2kΩ
Diode
Figure 3
1°- Quel est le type de diodes utilisé pour réaliser cette fonction de régulation ?
2°- Dessiner la diode sur le schéma précédent (figure 3) et préciser la référence de la
diode que vous utiliseriez parmi celles proposées sur la planche de la figure 4.
3°- On désire que le point de repos de la diode soit choisi au milieu de la plage de
régulation. En utilisant les caractéristiques de la figure 4, quelle est cette plage et quel
est le point de polarisation qu’on notera Q(VZR,IZR)? (Faire un schéma qualitatif).
4°- Déterminez la valeur adéquate de Rp pour que la droite de charge statique passe par
le point de polarisation choisi dans la question précédente (II.3°) ?
Figure 4
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Exercice 3 (10pts): (Amplification à transistor)
Les parties I, II sont indépendantes.
On considère le montage suivant utilisant un transistor bipolaire NPN et une alimentation
stabilisée Vcc de +12V (figure 5).
Figure 5
I.
POLARISATION
1°- Dans le cas du régime statique :
a) Dessiner le schéma valable pour la polarisation.
b) Le point de repos QR du transistor est choisi de telle sorte que VCE =4V et
IC = 50mA. Donnez l'expression de la droite de charge statique qui passe par ce
point.
c) En déduire la valeur de β (hFE) et de VBE à partir des caractéristiques de la figure 6.
2°- Déterminer la valeur de la résistance RE.
3°- On choisit un courant dans la résistance R2 égal à deux fois le courant de base du
transistor. En déduire la valeur des résistances R2 et R1.
II. ETUDE EN PETITS SIGNAUX AUX FREQUENCES MOYENNES.
Pour cette étude on supposera que les condensateurs sont assimilables à des courts
circuits. On prendra, pour effectuer les calculs numériques, les valeurs suivantes des
paramètres du transistor: h11e = 50 Ω ; h12e = 0; h21e = β = 100; h22e = 0 Ω-1.
Les valeurs suivantes des résistances: R1//R2 = 1,8 kΩ ; RE = RL = 160Ω.
1°- Dessiner le schéma équivalent de l’ensemble du montage en petits signaux.
2°- Donner dans l’ordre que vous voulez les valeurs des grandeurs suivantes après en
avoir calculé les expressions littérales :
a) Le gain en tension.
b) L’impédance d’entrée.
c) Le gain en courant.
d) La résistance de sortie.
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(a)
(b)
Figure 6
Exercice 4 (5pts): (Amplification à partir d’amplificateurs opérationnels)
On considère le circuit suivant.
Figure 7
1°- Ce montage est il un montage inverseur ou non inverseur ?
2°- Préciser l’entrée inverseuse (–) et l’entrée non inverseuse (+) sur le schéma.
3°- La tension d’entrée est une sinusoïde d’amplitude 25 mV et dont la fréquence est
comprise entre 20Hz et 20 kHz. Quel doit être le gain de ce montage pour obtenir en
sortie une amplitude de 10V ? On supposera l’amplificateur opérationnel idéal.
4°- L’amplificateur réel utilisé possède un gain en boucle ouverte aux très basses
fréquences de 5.105 et admet une fréquence de transition de 3 MHz. Peut il convenir
compte tenu du gain désiré obtenu à la question 3 ?
5°- On dispose maintenant en cascade de deux amplificateurs identiques à celui de la
figure précédente (avec les mêmes couples de résistances). Montrer que cette solution
permet d’avoir la bonne amplitude en sortie. Préciser la valeur de R2 si R1 = 1kΩ.
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Exercice 5 (5pts): (Filtre à base d’amplificateur opérationnel)
Soit les deux filtres à amplificateur opérationnel A et B de la figure 8.
Figure 8
1°- Quel est l’ordre du filtre A et l’ordre du filtre B ?
2°- Quelle est la nature de chacun de ces filtres ? (Passe-bas, passe-haut, passe-bande,
coupe bande) ? On ne demande pas de faire de calculs pour répondre à cette question
mais de justifier en une ou deux phrases votre choix pour chacun des filtres.
3°- On veut que la sortie soit en phase avec l’entrée dans le domaine des fréquences où
le condensateur n’intervient pas. Quel montage doit on choisir ? Justifier votre réponse.
(Aucun calcul n’est nécessaire)
4°- On se propose maintenant d’étudier uniquement le filtre A :
a) Déterminer la fonction de transfert de ce filtre en fonction des éléments.
L’amplificateur opérationnel est supposé idéal.
b) On désire que le gain aux basses fréquences soit de 32 dB. Quelle est la valeur de
R2 si R3 = 1kΩ.
c) On désire une fréquence de coupure de 20kHz. Quelle est la valeur de C1 si
R1 =10kΩ.
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