Qualité de la rédaction : de +2 à -2 points (rappeler obligatoirement

Module GLEE 502
Sujet de janvier 2014
Durée 3h00
Auteur du sujet : A. Hoffmann
Calculatrice autorisée
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Aucun appareil de télécommunication autorisé.
Qualité de la rédaction : de +2 à -2 points (rappeler obligatoirement
la numérotation des questions dans vos réponses, la copie doit être
lisible et les phrases sont à rédiger et à orthographier correctement)
Exercice 1 : Stabilité d’un système en contre réaction et oscillateur sinusoïdal
Les données constructeur de l’amplificateur AD8651 présentent le diagramme de Bode du
gain en boucle ouverte. Ce diagramme est donné figure 1
Figure 1
1.1) Que représentent le gain en boucle ouverte d’un amplificateur et quelles informations peuventelles être obtenues ?
1.2) Quelles sont les conditions limites que l’on ne doit pas dépasser sur la boucle de contre-réaction
pour conserver la stabilité de l’amplificateur.
1.3) Donner le schéma synoptique d’un oscillateur sinusoïdal et en déduire les critères d’oscillation.
1.4) Donner la fonction de transfert de la boucle de contre-reaction qui permettait d’obtenir un
oscillateur sinusoïdal à 50 kHz ?
Exercice 2 : Quadripôles et schémas équivalents petit signal
Un transistor N-JFET possède comme le transistor N-MOSFET une grille, un drain et une source. Ce
type de transistor conduit tant que la tension grille source VGS est supérieure à une tension de
pincement VP (VGS >VP ). S’il est en régime actif la condition VDS ≥ VGS-VP doit être appliqué . Dans
le cas contraire et si VDS ≥ 0 V le transistor est en régime ohmique. si VDS est la tension drain-source.
En régime ohmique l’expression mathématique décrivant la dépendance du courant en fonction des
polarisations est :
1
2
2
2.1) Donner l’expression mathématique décrivant la dépendance du courant en fonction des
polarisations en régime actif.
2.2) En régime actif on prendra en compte la modulation de longueur du canal, dont l’expression
mathématique qui décrit cette effet, est le même que celui observée sur les MOSFETs. Donner alors
l’expression de ce courant en tenant compte de cet effet.
2.3) Contrairement au MOSFET un courant de grille, très faible, existe. Ce courant est lié à un
courant de jonction polarisée en inverse. L’équation d’une jonction polarisée en inverse est
l’équation de Shockley. Donner alors l’expression du courant de grille IG et définir les paramètres de
cette équation.
2.4) De façon générale, quelles sont les conditions d’utilisations des quadripôles et définir les
différents types de quadripôles que l’on peut utiliser. Donner leurs équations et les schémas
équivalents petits signaux associés.
2.5) Calculer la matrice admittance associée au transistor J-FET en régime ohmique. Toutes les
hypothèses nécessaires doivent être clairement définies.
2.6) Calculer la matrice admittance associée au transistor J-FET en régime actif. Toutes les
hypothèses nécessaires doivent être clairement définies.
2.7) Calculer les paramètres dynamiques pour un courant de saturation inverse de 10-30 A ; pour un
coefficient d’idéalité de 2 ; un potentiel thermique de 25 mV ; une tension grille source de 2 V ; une
tension drain source de 12 V ; une modulation de longueur du canal nulle, un courant de drain de
200 µA et une tension de pincement VP de -1 V.
2.8) On utilise ces transistors pour réaliser une paire différentielle dont les points de polarisation sont
ceux de la question précédente. Concevoir un miroir de courant à base de transistors bipolaires de
gain 100 permettant d’alimenter cette paire différentielle. On négligera l’effet Early. Les
alimentations à disposition sont de ± 12 V. On supposera que les transistors bipolaires ne présentent
pas d’effet Early.
2.9) Concevoir dans la totalité cet étage différentiel.
2.10) Calculer le gain de mode différentiel de cet amplificateur.
2.11) Calculer le gain de mode commun de cet amplificateur.
Exercice 3 : Transistor bipolaire en haute fréquence
Un transistor bipolaire possède comme un gain en courant statique de 100 identique à son gain
dynamique. Son point de polarisation est (12 V ; 100 mA). Sa capacité base émetteur est de 5 pF et sa
capacité base collecteur de 10 pF. La capacité collecteur émetteur sera négligée.
3.1) Donner le schéma équivalent petit signal du transistor bipolaire.
3.2) Donner l’expression du gain en courant dynamique de ce transistor (on négligera l’effet Early ).
3.3) La fréquence de transition est définie pour une tension collecteur-émetteur constante. Donner
le schéma équivalent associé à cette condition et calculer la valeur de la fréquence de transition.