Examen de fin d`études Composants électroniques SS2014

Nom:_____________________________________ Électrotechnique
Mécatronique
Examen de fin d’études
Composants électroniques SS2014
Mécatronique + électrotechnique Bachelor
Date d’examen: 16.07.2014 (90 minutes)
Examinateur: Prof. Dr.-Ing. Großmann, Prof. Dr.-Ing. Frey
Outils de travail: calculatrice
documents écrits
Remarques générales:
• Vous pouvez commencer directement avec les exercices
marqués d’une * .
• Vérifiez que l’examen soit bien complet en vous appuyant sur le nombre de pages
indiqué. Inscrivez votre nom sur l’examen et sur toutes les feuilles volantes que vous
remettez.
• Éteindre et ranger les portables!
• Les solutions ne comportant pas de raisonnement apparent ne seront pas
prises en considération.
Bonne chance!

ELBAU SS14 Fr, Gr
Seite 2/8
1. Condensateur et bobine
La fiche technique d’un condensateur électrolytique fournit les données suivantes :
nominal value
100
µF
self
-
inductance ESL
100
nH
ESR (t
ypical)
20
mΩ
a) (*) Pourquoi un condensateur a-t-il une fréquence de résonance et où se situe-t-elle ici ?
b) (*) Inscrivez dans le diagramme l’amplitude de la courbe d’impédance pour le condensateur.
Veuillez indiquer les valeurs spécifiques requises y compris les calculs.
c) (*) La caractérisation métrologique d’une bobine avec 47 µH a donné les valeurs suivantes:
ESR = 6,28 m Ω , Q = 94. À quelle fréquence la mesure a-t-elle été effectuée?
La fiche technique d’une bobine SMD fournit les données suivantes:
nominal value
100
µH
Self
-
Resonant Frequency
3,18
MHz
ESR (typical)
0,50
Ω
d) (*) Quelle caractéristique de composant parasitaire de la bobine n’est pas mentionnée dans le
tableau? Calculez une valeur pour cette caractéristique.

ELBAU SS14 Fr, Gr
Seite 3/8
e) Dessinez sur le diagramme ci-dessous l’amplitude de la courbe d’impédance pour cette bobine
SMD. Veuillez indiquer les valeurs spécifiques requises y compris les calculs. Expliquez aussi
brièvement l’origine/la signification de la formule inscrite sur le diagramme :
.
La bobine SMD est utilisée maintenant dans un circuit, qui diminue de 6 V à 2 V le niveau d’une
source de tension. C’est au-dessus de la bobine que la baisse de tension nécessaire de 4V doit être
réalisée.
f) (*) La baisse de tension pourrait aussi se faire par l’intermédiaire d’une résistance. Quelque
avantage voyez-vous en utilisant la bobine et quel désavantage présenterait la résistance ?
g) (*) La bobine est actionnée par un commutateur
(image de droite).
Au moment t
0
, quand le commutateur est fermé, il n’ n’y
a pas de courant qui circule dans la bobine. Calculez le
courant de bobine au moment t
0
+ 10 µs.
Remarque: les éléments parasitaires de la bobine ne jouent ici aucun rôle.
En ouvrant le commutateur l’augmentation du courant dans la bobine est limitée.
h) (*) Le circuit ci-dessus est problématique pour le commutateur qui s’ouvre. Expliquez le
problème (mots-clés) et complétez votre réponse en ajoutant sur le schéma de branchement le
composant approprié.
i) (*) Justifiez brièvement pourquoi limiter l’augmentation du courant est important pour
l’efficacité énergétique du circuit.

ELBAU SS14 Fr, Gr
Seite 4/8
2. Photodiode
La courbe caractéristique d’une diode pn sous l’effet d’une intensité de rayonnement a été
calculée comme le montre le diagramme à droite.
Le composant doit être utilisé comme
photodiode.
a) (*) Marquez la partie de la courbe
caractéristique qui n’est pas appropriée pour le
but recherché.
b) (*) Marquez sur le diagramme la partie
pertinente de la courbe caractéristique qui
résulte d’une intensité de rayonnement double .
Remarque: il y a un rapport linéaire entre le courant photoélectrique et l’intensité de
rayonnement .
c) (*) Pour faire fonctionner la photodiode une source de tension et une
résistance sont à disposition. Complétez la photodiode dans le circuit
(attention à l’orientation).
d) (*) Quelle doit être la grandeur maximale de , si vous voulez
mesurer des intensités de rayonnement allant jusqu’à ?
e) (*) Dessinez dans le champ de la courbe caractéristique en haut la droite de charge pour le
résultat de d).
Indiquez les calculs dont vous avez besoin pour un tracé logique.
Remarque: si vous n’avez pas fait d), utilisez ici .
f) (*) est choisi maintenant de sorte que, par l’intensité de rayonnement , une baisse de
tension de -3,0 V a lieu par l’intermédiaire de la diode. Quelle baisse de tension résulte
alors d’un courant de photodiode de -20 µA.
Remarque: résolvez cet exercice graphiquement sur le diagramme du haut.

ELBAU SS14 Fr, Gr
Seite 5/8
Pour pouvoir traiter les exercices partiels suivants vous avez besoin éventuellement des
constantes suivantes:
11,9
et des données du fabricant concernant la diode pn :
• passage pn abrupt avec: ,
• surface de diode carrée avec une longueur de côté de .
Le comportement de la diode doit être analysé quand l’intensité de rayonnement double
subitement (fonction discontinue). A cet effet les points de fonctionnement correspondants (AP)
sont pris en considération:
pour : AP1 = (-3,0 V; -10 µA ) et pour : AP2 = (-2,0 V; -20 µA ).
g) (*) La capacité des diodes change lors du passage de AP1 à AP2. Expliquez-en la raison et
indiquez à quel point de fonctionnement la capacité est plus grande.
Le changement de capacité doit être maintenant calculé, alors que la capacité en AP1 a déjà été
définie métrologiquement: .
h) (*) Pour calculer la capacité en AP2 définissez d’abord la tension de diffusion de la
photodiode.
Remarque: .
i) (*) Quelle est la grandeur maintenant du changement de capacité en doublant l’intensité
de rayonnement?
Remarque: si vous n’avez pas fait h), utilisez ici .
j) Estimez la durée du passage de AP1 à AP2.
Remarque: utilisez .