6GEI300 - Électronique I. Examen Partiel #1

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1 6GEI3 Électroque I Autome 27 Modalté: Aucue documetato est permse. Vous avez drot à ue calculatrce o programmable. La durée de l exame est de 3h Cet exame compte pour 2% de la ote fale. Questo 1. Questos théorques. (15 pots) a) Nommez tros faços dfféretes d ameer u électro de la bade de valece a la bade de coducto (de lu fourr de l éerge). (3 pots) E augmetat la temperature (regardez la dstrbuto fermdrac) Avec la lumere (photodode) Avec u gros champ (pesez aux dodes zeer) b) Commet chage E quad o dope du slcum pur avec 1.5x1 12 atomes de phosphore? (1 pot) Ne chage pas. E reste toujours au mleu ( est pour trseque) c) E équlbre les courats de dffuso et de drft sot tous deux présets. E applquat ue teso EXTERNE (V au cote P et V du cote N), lequel de ces courats estce que je favorse? (1 pot) E applquat ue teso, o atteue l effet de V B pour favorser la dffuso. d) Qu estce qu ue dode photolumescete (LED) et commet foctoetelle? (assurezvous d clure les mots suvats das votre répose : électro, trou et éerge) (2 pots) Quad u electro se recombe avec u trou, l lasse sortr de l eerge. Cette eerge peut etre sous forme de lumere ou de chaleur selo le type de semcoducteur.

2 Pour les questos e) à h), cosdérez u semcoducteur trsèque dot la bade de valece est à 1eV et la bade de coducto est à 12eV. e) Quel est so badgap? (1 pot) 2eV f) Quel est so E F? (1 pot) 11eV g) Qu arrvetl a u électro de valece s l se fasat frapper par u photo ayat ue éerge de 3eV? (1 pot) C est plus gros que so badgap... Il passe a la bade de coducto. h) A ue température de 4K, quelles sot mes chaces de trouver u électro ayat ue éerge de 11eV? (1 pot) (zero).. o sera das la bade terdte. ) Pourquo estce que sera toujours égal a p? (1 pot) Pour du slcum trseque, UN electro qu «part e coducto» va lasser UN trou. Doc, electros e coducto vot lasser trous. Sachat que p est le ombre de trous, p. j) Quel est l avatage d avor u redresseur a cycle complet versus le redresseur a demcycle? (1 pot) O utlse les 2 «phases» du sus. Ca va fare e sorte que le codesateur va etre recharge 2 fos plus rapdemet. Doc, s o utlsat les memes valeurs de R et de C, ca va me doer ue chute de teso 2 fos plus pette. Autre faco de dre la meme chose : pour avor la meme chute de teso, j auras beso d u C qu est 2 fos plus pett. k) Doez ue applcato possble pour le crcut suvat et explquez brèvemet commet ca foctoerat : (2 pots) Fgure 1. Crcut pour la questo 1 k)

3 Ce crcut peut etre utlse pour recevor des sgaux optques. La dode est polarsee «e verse» ce qu fat grossr la zoe charge espace et fat auss augmeter so champ (V B, s vous preferez). Quad des photos frappet, ls vot doer de l eerge aux electros qu peuvet commecer a codure. Le champ va pousser ces charges vers la resstace pour doer ue teso (rappel : deplacemet de charges courat) Questo 2.. Cosdérez les 3 crcuts suvats (1 pots) V OUT 5v 7s(ωt) 7v 3s(ωt) V OUT V OUT ) ) ) Fgure 1. Crcuts pour la questo 2 a) Tracez V OUT pour le crcut à gauche. (2 pots) b) Tracez V OUT pour le crcut du cetre. (2 pots) Tracez V OUT pour le crcut à drote s c) La source susoïdale allat de v à 2v. (2 pots) d) La source susoïdale allat de 1v à 2v. (2 pots) 7.3v 4.3v e) La source susoïdale allat de 1v à 1v. (2 pots)

4 Questo 3. Pour les crcuts suvats : (6 pots) 1Ω 5v 1Ω 2Ω 5v 2Ω 2Ω Tracez leurs courbes de charge. Les 2 courbes devraet etre parelles. Das le premer cas, la resstace de 1Ω e fat absolumet re. La teso sera quad meme de 5v a l aode de la dode. Alors, c est comme s la resstace exstat pas. Doc, quad VD est, le courat est de 2.5A. Quad VD est maxmum (5v), le courat est : o trace la courbe. Das l autre cas, l faut smplemet fare la combaso e parallele des 2Ω. Ue fos que c est fat, c est la meme chose que ce qu o a fat das le cours de revso. Quad VD est, le courat est 2.5A. Quad VD est max (5v), le courat est : o trace la lge et ca doe la meme chose que l autre stuato. Questo 4 Pour le crcut suvat, répodez aux questos suvates avec le modèle ON OFF avec chute de.7v. (1 pots) D1 3v D2 D Par specto, o peut deja dever que D e va pas codure. O devrat auss avor l dee geerale que les 2 autres dodes vot codure. Alors, o fat cette hypothese et o procede. O remplt les doees traqulemet sur la fgure...

5 2.3v v1 D1 3v D2 V1.7 D O ecrt l equato au oeud v1: 2.3 v1 v v1 v v 1 v v1 v 11.5 Courat das D2 : (1.5.7)/.8mA Courat das brache parallele : 2.3mA Courat das D1 : mA La stuato est plausble. Doc, l hypothese est boe... Les tesos fot e sorte que les a) Quelles dodes coduset? D1 et D2 b) Trouvez le courat qu crcule das chaque dode qu codut (4 pots) 3.1mA das D1.8mA das D2

6 Questo 5. Vous avez u téléphoe cellulare qu a beso d ue source d almetato de 5v. Au repos, l tre 5mA. Quad l soe, l tre 75mA et quad vous parlez au téléphoe, l tre 15mA. Vous êtes allé sur l teret et avez trouve le crcut suvat. (7 pots) R S? 1v V Z 5v Cellulare Trouvez la valeur de R s votre dode devat: Au mmum avor u courat de 1mA Au maxmum avor u courat de 1mA Courat R R Quad cellulare est au repos, l cosomme le MIN de courat. Das ce cas, la dode pred le MAX de courat. S le courat max de la dode est 1mA et au repos, le cellulare pred 5mA, l faudrat que la source foursse 15mA. Das ce cas, l faudrat que la resstace RS sot au mmum: 5 15mA 33. 3Ω R La resstace etat plus grade, le courat das la dode sera MOINS que 1mA et doc, c est acceptable. S la resstace etat plus pette, l y aurat plus de courat das la dode ce qu depasserat le maxmum perms. Quad o parle au telephoe, le courat est a so max (15mA) et doc, la cosommato par la dode est a so m. Il faut au mos qu l y at 1mA das la dode e tout temps et doc, l faudrat que la source foursse 115mA. Pour ca, la resstace maxmale dot etre de : 5 115mA 43. 5Ω R S la resstace etat plus grade, le dode aurat mos de courat que la lmte mmale et doc, ce est pas bo. S la resstace etat plus pette, l y aurat AU MOINS le 1mA demade (tout serat correct). Alors, vous pouvez me doer ue repose mporte ou etre 33.3 Ω et 43.5Ω. Questo 6. Cosdérez le crcut suvat qu sert à almeter u crcut avec.7v. La source de 5v a été créée par u étudat qu e sat pas trop ce qu l fat et doc, la source fluctue pérodquemet etre 4v et 5v. Aalysez l effet de cette fluctuato sur le sgal V OUT avec 3 modèles dfférets: (12 pots)

7 5v V OUT a) ONOFF avec chute de.7v (2 pots) Avec u modele ONOFF, o remplacerat la dode par ue source de teso de.7v. N mporte quelle fluctuato qu l peut y avor affecterat jamas V OUT. 5v.7v b) Modèle segmeté léare avec R2Ω. (4 pots) I ma ΔV 4.2mA 2Ω.843 VOUT.7 ΔV. 7843v Quad la teso est a 5v, la teso foure est de.7843v I ma ΔV 3.2mA 2Ω.647 VOUT.7 ΔV. 7647v Quad la teso est a 4v, la teso foure est de.7647v Varato de.196v c) Modèle pett sgal (T3K) (6 pots) O commece par trouver le courat I avec le modele avec chute de teso de I 4. 3mA 1 Or, o coat la formule pour trouver r d : kt.25 rd Ω ID 4.3mA O vot que l approxmato qu o avat fat avec le 2Ω (e b) ) etat pas s boe que ca...

8 Questo 7. Questos sur les semcoducteurs. (1 pots) a) Das le slcum, combe d électros trouveto sur la derère orbte (ombre quatque prcpal le plus élevé)? (2 pots) 1 l ml UP DOWN 2 l ml UP DOWN 2 l1 ml1 UP DOWN 2 l1 ml UP DOWN 2 l1 ml1 UP DOWN 3 l ml UP DOWN 3 l1 ml1 UP 3 l1 ml UP Derer veau c est le veau 3, et sur ce veau, l y a 4 electros. b) Avec E F 1.3eV et T3K, trouvez la probablté d avor u électro au bas de la bade de coducto a 1.4eV. (2 pots) 1 E) ( E EF ) kt 1 e 1 f ( E) ( ) / e f ( / c) Dopos ce slcum avec 5x1 16 atomes de type N (qu partcpet tous a la coducto). Combe de trous trouveto das la bade de valece? (2 pots) 2 p p (1.5 x1 5x ) 45 d) De combe chage le veau de ferm? (2 pots) ( EF E )/ kt e kt l ( EF E ) Le veau a chage de.3755ev e) O décde mateat de coecter (théorquemet) ce bloc a u bloc de type P ayat été dope avec 1x1 18 atomes. Calculez le voltage du champ qu se forme etre ces 2 régos. (2 pots)

9 Il y a 2 facos de le fare pusqu o a 2 equatos qu fot la meme chose. L equato la plus smple serat cellec pusque toutes les doees sot la : 18 1x1 V B kt l. 8259v 45 So, o pourrat calculer les electros du cote P et esute utlser l autre equato pour V B : 1 2 (1.5 x1 ) x1 16 5x1 V B kt l. 8259v 225 Costates k : 8.62x15eV/K J/K q : 1.6x1 19 C à 3K :1.5x1 1 Équatos 1 1 e EC E N e f ( E) F / p C e 2 p ( E E ) kt ( )/ kt F ( E E )/ kt p p V B kt l p V kt I I S e 1 kt r d I D F p p e N ( EF E )/ kt V e VB kt l ( E E )/ kt V p F V R VP frc 1 V Δ t 2 ω V R P

10 I DMOY 2V P I L 1 π VR I DMAX V P I L 1 2π 2 VR

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