Examen final aut. 06 - Polytechnique Montréal

ELE2302 – Circuits électroniques
Examen final - Automne 2006
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
ELE2302 : CIRCUITS ÉLECTRONIQUES
EXAMEN FINAL
Notes :
1. Documentation : Feuilles manuscrites autorisées.
2. Calculatrice autorisée.
3. Nombre de pages : 4 (à vérifier avant de commencer à répondre aux questions).
4. Justification des réponses : les réponses non justifiées seront considérées incomplètes.
5. Justification des calculs : pour les questions d’applications numériques, les résultats balancés sans
explication ne seront pas pris en compte.
Conseils :
1. Lire tous les exercices avant de commencer à répondre aux questions.
2. Commencer toujours par les questions les plus faciles.
3. Bien répartir votre temps en fonction du barème.
4. Pour les calculs numériques, donner toujours le calcul analytique avant de remplacer par les
valeurs numériques.
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ELE2302 – Examen final A2006
1/4
A. Khouas
18/12/2006
1. Exercice 1 (4pt)
X
X
Répondre brièvement aux questions suivantes en justifiant vos réponses :
1.1
Dessiner un montage de polarisation d’un transistor bipolaire NPN par une tension
base-émetteur fixe. Pourquoi cette polarisation ne convient-elle pas pour une production
en série ?
1.2
Dessiner un montage de polarisation d’un transistor NMOS avec une tension grillesource et une résistance de source. Quel est l’avantage de cette polarisation ?
1.3
Expliquer en utilisant un graphique l’influence de la valeur de la résistance de collecteur
sur la polarisation d’un transistor NPN.
1.4
Pourquoi utilise-t-on les modèles petits signaux des transistors ?
2. Exercice 2 (8 pts)
X
X
On considère le montage émetteur commun de la Figure 2-1. On suppose qu’on a VCC=15V, la
tension thermique VT = 25 mV, et que le transistor NPN a β=100 et VA=100V. On suppose aussi
que toutes les capacités de couplage/découplage sont infinies (équivalentes à des courtscircuits pour les fréquences considérées) et qu’on néglige les capacités internes du transistor.
X
X
B
B
B
B
Figure 2-1
2.1
On souhaite polariser cet amplificateur avec un courant de collecteur IC=1mA et les
tensions VCE=VE=VCC/3. Calculer les valeurs de toutes les résistances.
2.2
Calculer les paramètres petits signaux (gm, rπ,, re, et ro) du transistor pour la polarisation
de la question 2.1.
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ELE2302 – Examen final A2006
2/4
A. Khouas
18/12/2006
2.3
Dessiner le circuit petit signal équivalent de l’amplificateur en remplaçant le transistor
par son modèle petit signal en π.
2.4
Dessiner le circuit petit signal équivalent de l’amplificateur en remplaçant le transistor
par son modèle petit signal en Τ.
2.5
En négligeant la résistance ro, donner l’expression et la valeur du gain en tension
Gv=vout/vin. Pour l’application numérique, on prendra RL=10kΩ.
B
B
B
B
B
B
2.6
Calculer la plage de variation permise de la tension d’entrée. On suppose que
Vce_sat=0.3V.
2.7
On suppose maintenant qu’on a RC=RE=2.5kΩ et RB=462.5kΩ, calculer les courants (IB, IC,
et IE) et les tensions de polarisation (VB, VC, et VE).
2.8
Pour la polarisation de la question 2.7, calculer le pourcentage de variation du courant
de polarisation IC si on utilise un autre transistor ayant β=75. Que peut-on conclure ?
2.9
Proposer une solution au problème de la question 2.8.
3. Exercice 3 (3 pts)
X
X
Soit le circuit de la Figure 3-1. On suppose qu’on a VDD=10V, et que le transistor NMOS a Vt=2V,
Kn=μnCoxW/L=0,5mA/V2 et VA=100V.
X
B
B
B
B
B
B
B
X
B
B
B
B
B
Figure 3-1
3.1
Calculer les valeurs des résistances RD et RG, pour polariser le circuit avec un courant
ID=1 mA.
B
B
3.2
B
B
On suppose qu’on a RD=1kΩ, calculer le courant de polarisation ID et les tensions VGS et
VDS.
B
B
B
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ELE2302 – Examen final A2006
3/4
A. Khouas
18/12/2006
3.3
Quel est le rôle des condensateurs de couplage/découplage dans un montage
d’amplification ?
3.4
Tracer et expliquer l’allure du gain du montage en fonction de la fréquence.
4. Exercice 4 (2 pts)
X
X
On considère la technologie CMOS pour laquelle l’inverseur est réalisé avec un transistor
PMOS ayant (W/L)p=4μm/0.25μm et un transistor NMOS ayant (W/L)n=1μm/0.25μm.
B
B
4.1
Donner le schéma en transistors de la porte qui permet de réaliser la fonction suivante :
Y = A + BCD
4.2
Donner les dimensions des transistors qui permettent d’obtenir dans les pires cas les
mêmes délais de propagation que l’inverseur.
5. Exercice 5 (3 pts)
X
X
5.1
Dessiner le schéma en transistors d’un inverseur CMOS.
5.2
On suppose qu’on a un inverseur CMOS fonctionnant avec VDD=5V, et qu’on a Vtn=Vtp=1V, μnCox=4μpCox=1mA/V2 et (W/L)n=(W/L)p=1μm/0.25μm. Calculer les résistances
RDSN (résistance équivalente du transistor NMOS lorsqu’il conduit) et RDSP (résistance
équivalente du transistor PMOS lorsqu’il conduit).
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
5.3
On suppose que l’inverseur de la question 5.2 est connecté à une capacité C=10pF, et que
l’entrée de l’inverseur varie instantanément de 0 à VDD et de VDD à 0. En remplaçant le
transistor par sa résistance équivalente, calculer le temps tPLH nécessaire à la sortie pour
passer de 0 à VDD/2 et le temps tPHL nécessaire à la sortie pour passer de VDD à
VDD/2.
5.4
Quelle est la puissance dissipée par l’inverseur lorsque connecté à une capacité de 10pF
et fonctionnant à la fréquence de 100MHz.
5.5
Pourquoi les temps tPLH et tPHL calculés à la question 5.3 sont-ils différents? Que faut-il
faire pour avoir le même temps de propagation ?
Bonne chance !
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ELE2302 – Examen final A2006
4/4
A. Khouas
18/12/2006