Applications des diodes : résistance dynamique Laboratoire 2

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Laboratoire 2
ELE2302 - Circuits électroniques
Département de Génie Electrique
Hiver 2012
Titre
Applications des diodes : résistance dynamique
Chargé de laboratoire
Nom Mohammed Mekideche
Bureau L-5661
Téléphone (514) 340-4711 – 7539
Courriel [email protected]
Disponibilité Sur rendez-vous
Date de la séance
Horaire et salle
01 février 2012 (Gr.02)
08 février 2012 (Gr.01)
13h45 à 16h35
Local L-5656
École Polytechnique de Montréal
Date de remise
Chute M-5405
14 février 2012 (Gr. 02)
21 février 2012 (Gr.01)
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1. Note
La préparation au laboratoire et les simulations doivent être effectuées avant la séance de laboratoire.
La feuille de préparation en page 7 ainsi que les résultats des simulations demandées doivent être
remises en début de séance.
2. Objectifs
Familiariser l’étudiant aux limites et imperfections des diodes, l’amener à utiliser ces particularités
dans des applications notamment par l’étude d’un atténuateur commandé.
L’étudiant devrait, à la fin de cette manipulation, être capable de savoir quel type de diodes
conviendrait le mieux pour une application donnée, et quels types de signaux pourraient être traités.
.
3. Introduction
Ce laboratoire est constitué de deux parties distinctes, la première consiste en l’étude et la mise en
évidence des limitations et spécificités des diodes en particulier la vitesse de commutation, tandis que
la seconde partie utilisera une de ces caractéristiques, soit la résistance dynamique rD = nVT / ID, pour
étudier et réaliser un atténuateur commandé.
Dans le domaine de l’électronique, un atténuateur est un dispositif passif que l’on insère dans un
circuit dont le gain est trop élevé ou que le signal est trop fort afin d’en diminuer l’intensité. Il est, par
exemple, fréquent de placer un atténuateur à l’entrée d’antenne des récepteurs de télévision lorsqu’on
est trop proche de l’émetteur.
Dans l’atténuateur présenté en Fig. 2, la résistance R1 forme avec les résistances dynamiques rD1, et
rD2 des diodes D1 et D2 un diviseur de tension dont le facteur d’atténuation dépendra de la valeur de la
résistance dynamique. Cette valeur dépend elle-même du courant moyen de contrôle Icontrol injecté à
partir de la source de contrôle Vcontrol. En faisant varier Vcontrol il est possible de contrôler et d’agir
sur le facteur d’atténuation du montage.
4. Mandat
Monter et tester deux types d’atténuateurs commandés avec des diodes.
5. Travail préparatoire (à faire avant de venir au laboratoire)
1. Étudier le chapitre 2-1 du cours.
2. Répondre, sur la feuille de préparation (page 7), aux questions 1 à 4 de la page 4.
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3. Simuler la tension de sortie Vout du circuit de la Fig. 1 pour des tensions d’entrée Vin carrée
d’amplitude +1V et -4V et de fréquence 100Hz, 10KHz et 1MHz. (1.5pt)
4. Remplacez la diode D du montage de la Fig.1 par une diode de type 1N4148 et refaire l’étape
précédente (simulation). (1.5tp)
Suggestion : Faire la simulation des montages de la Fig. 2 et tracer Vout pour Vcontrol= 5V et
pour une tension d’entrée Vin sinusoïdale de fréquence 5kHz et d’amplitude adéquate (pas de
distorsion du signal). Les circuits de la Fig. 2 représentent deux atténuateurs commandés l’un avec
diodes en série pour le signal et la polarisation (Fig. 2A), l’autre avec diodes en série pour la
polarisation et en parallèle pour le signal (Fig. 2B).
6. Travail à effectuer au niveau du laboratoire (12pts)
1. Monter le circuit de la Fig. 1 avec une diode de type 1N4002 ou 1N4005 (diode de
redressement). Appliquer tour à tour sur l’entrée Vin des tensions carrées de fréquence 100Hz,
10kHz et 1MHz, en considérant les amplitudes suivantes : +4V et -4V, et +4V et 0V. Que
peut-on conclure ?
2. Refaire l’étape précédente avec une diode de type 1N4148 (diode de signal).
3. Faire les montages (2A et 2B) de la Fig. 2 avec des diodes 1N4148. Appliquer une tension
Vcontrol de +5V et un signal sinusoïdal de 5kHz à l’entrée VinA, (respectivement VinB)
d’amplitude adéquate (i.e. pas de distorsion au niveau de la sortie).
Remarque : si vous planifiez bien votre montage, vous n’aurez qu’à bouger un seul fil de
connexion et à ajouter le condensateur de 470μF pour passer du circuit 2A au circuit 2B.
4. Noter respectivement les gains VoutA/ VinA et VoutB/ VinB, ainsi que les formes des signaux aux
entrée et sortie de chaque montage.
5. Déterminer et noter la fréquence la plus basse, pour les deux montages, pour laquelle le circuit
semble bien fonctionner (fréquence de coupure basse).
6. Pour une fréquence raisonnable bien choisie, estimer la plus grande amplitude du signal de
sortie Vout2A (respectivement Vout2B) obtenue sans distorsion visible.
7. Pour cette même fréquence (raisonnable) déterminer le gain des deux circuits pour les
tensions de contrôle suivantes : 5V et 10V (vous pouvez aussi essayer d’autres valeurs !).
7. Contenu du rapport
Introduction : Décrivez le sujet de ce laboratoire (une demi-page de texte différent de l’énoncé).
Analyse des circuits : Donnez les schémas des circuits utilisés et détaillez les étapes de calcul (s’il y a
lieu) des valeurs des composants réellement utilisés.
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Résultats : Tous les résultats obtenus doivent être portés sur ce rapport (ne pas oublier les
caractéristiques et les formes d’ondes).
Discussion : Commenter les résultats obtenus au niveau du laboratoire, les comparer à ceux de la
simulation. En vous basant sur les circuits équivalents obtenus et sur la relation établie entre rD et
Vcontrol, déduisez une relation théorique entre Vcontrol et le gain pour chaque montage de la Fig. 2.
Note : Il faut respecter les dates limites de remise des rapports (-1 pt/jour de retard).
8. Questions à répondre sur la feuille de préparation (5pts)
Q1 : Donner la valeur du courant à travers la résistance R1 de la Fig. 1 (admettre VD = 0.7V).
Q2 : Pour chaque circuit de la Fig. 2, et en supposant une tension VD de l’ordre de 0.7V, exprimer la
résistance dynamique des diodes rD1 et rD2 , en fonction de Vcontrol (pour l’application numérique,
prendre Vcontrol = 5V et nVT = 50mV).
Q3 : Dessiner le circuit équivalent aux fréquences moyennes (les condensateurs de couplage-découplage
sont remplacés par des courts-circuits) de chacun des deux montages de la Fig. 2, en tenant compte
des résistances dynamiques des diodes et en supposant que les AOPs utilisés sont idéaux.
Q4 : Donner la valeur du gain en tension de l’amplificateur aux fréquences moyennes pour chaque
montage de la Fig. 2.
Fig. 1 : Redresseur simple alternance.
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Fig. 2A : Atténuateur commandé avec diodes en série pour la polarisation et le signal.
Fig. 2B: Atténuateur commandé avec diodes en série pour la polarisation et en parallèle pour le signal.
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9. Feuille de préparation personnelle à conserver
Nom et prénom :
Q1.
Vin
- 4V
0V
+1V
+4V
I(R1)
Q2.
Montage Fig. 2A
rD1 :
rD2 :
Montage Fig. 2B
rD1 :
rD2 :
Q3. Circuit équivalent aux fréquences moyennes (pour chaque atténuateur) :
Q4.
GainA :
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GainB :
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10. Feuille de préparation personnelle à remettre en arrivant au laboratoire (5pts)
Nom et prénom :
Q1.
Vin
Note :
- 4V
0V
+1V
/5
+4V
I(R1)
Q2.
Montage Fig. 2A
rD1 :
rD2 :
Montage Fig. 2B
rD1 :
rD2 :
Q3. Circuit équivalent aux fréquences moyennes (pour chaque atténuateur) :
Q4.
GainA :
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GainB :
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