Applications des diodes : résistance dynamique

Transcription

1 Laboratoire 2 ELE 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) Courriel mohammed.mekideche@polymtl.ca Disponibilité Sur rendez-vous Date de la séance 01 février 2012 (Gr.02) 08 février 2012 (Gr.01) Horaire et salle 13h45 à 16h35 Local L-5656 Date de remise Chute M février 2012 (Gr. 02) 21 février 2012 (Gr.01) École Polytechnique de Montréal 1

2 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 r D = nv T / I D, 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 R 1 forme avec les résistances dynamiques r D1, et r D2 des diodes D 1 et D 2 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. École Polytechnique de Montréal 2

3 3. Simuler la tension de sortie V out du circuit de la Fig. 1 pour des tensions d entrée V in 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 V in 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 V control de +5V et un signal sinusoïdal de 5kHz à l entrée V ina, (respectivement V inb ) 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 V outa / V ina et V outb / V inb, 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 V out2a (respectivement V out2b ) 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. École Polytechnique de Montréal 3

4 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 r D et V control, déduisez une relation théorique entre V control 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 R 1 de la Fig. 1 (admettre V D = 0.7V). Q2 : Pour chaque circuit de la Fig. 2, et en supposant une tension V D de l ordre de 0.7V, exprimer la résistance dynamique des diodes r D1 et r D2, en fonction de V control (pour l application numérique, prendre V control = 5V et nv T = 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. École Polytechnique de Montréal 4

5 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. École Polytechnique de Montréal 5

6 9. Feuille de préparation personnelle à conserver Nom et prénom : Q1. Vin - 4V 0V +1V +4V I(R 1 ) Q2. Montage Fig. 2A r D1 : r D2 : Montage Fig. 2B r D1 : r D2 : Q3. Circuit équivalent aux fréquences moyennes (pour chaque atténuateur) : Q4. Gain A : Gain B : École Polytechnique de Montréal 6

7 10. Feuille de préparation personnelle à remettre en arrivant au laboratoire (5pts) Nom et prénom : Note : / 5 Q1. Vin - 4V 0V +1V +4V I(R 1 ) Q2. Montage Fig. 2A r D1 : r D2 : Montage Fig. 2B r D1 : r D2 : Q3. Circuit équivalent aux fréquences moyennes (pour chaque atténuateur) : Q4. Gain A : Gain B : École Polytechnique de Montréal 7