Electronique analogique 1 1h30.

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1 Nom : Prénom : Rendre le sujet avec votre copie Electronique analogique 1 1h30. Examen Jeudi 14 décembre Une attention particulière sera portée au soin lors de la correction et de la notation (écrire proprement, utiliser plusieurs couleurs, entourer les résultats avec une règle, etc.) Aucun document n est autorisé calculatrice autorisée. 4 pages, 2 exercices, note sur 23 ramenée sur 20. Exercice 1 Amplificateur à deux étages source-commune cascadés 13 pts. Fig. 1 Amplificateur à 2 étages. On considère le montage amplificateur représenté figure 1 dont le rôle est d amplifier un signal variable v S. Il est constitué de deux étages amplificateur source-commune identiques connectés en cascade. On considère que les capacités du montage sont suffisamment élevées pour être considérées comme des courts-circuits à la fréquence d utilisation. Les transistors NMOS du montage sont des composants discrets tels que V tn = 1,5 V, V A = 50 V (tension d Early), et k n (W/L) = 0,5 ma/v 2. On donne V DD = 15 V, R D = 6kΩ, R S = 2kΩ, R g = 100 Ω, et R L = 10 kω

2 1. Etude DC : On considère dans un premier temps un étage source-commune pris individuellement. a. Calculer R 1 et R 2 de façon à avoir I D = 1 ma (le courant de polarisation du transistor NMOS) et I pol = 100 µa (le courant traversant R 1 et R 2 ). Donner les tensions de tous les nœuds de cet étage. Vous justifierez les hypothèses relatives au régime de fonctionnement du transistor. b. Calculer g m et r 0 les paramètres petits signaux du transistor. Donner leurs noms et leurs unités. 2. Etude AC : On considère toujours l étage source-commune pris individuellement. a. Dessiner le schéma équivalent petits signaux de l étage source-commune. Calculer son gain en tension petit signaux, A v, son impédance d entrée, Z in, et son impédance de sortie Z out. 3. Déterminer le gain petits signaux en tension de l amplificateur à 2 étages de la figure 1, A v, global = v L / v s

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5 Exercice 2 Détecteur de passage 10 pts Un capteur hyper-fréquence produit une tension VE dont l amplitude A varie lors du passage d une personne devant une porte automatique. La porte devra s ouvrir à condition que la personne présente se trouve en un point compris entre 2 m et 4 m de la porte. La structure présentée figure 2 conditionne le signal VE. Pour l exercice on considerera pour VE un signal sinusoïdal VE = A.sin(31,4.t) + 0,6 Figure 2 Détecteur de passage. On donne VCC = 5 V, VSS = 0 V Les amplificateurs opérationnels sont de type RAIL to RAIL, leurs tensions de saturation sont celles de leurs alimentations (ici + 5 V et 0 V). La diode 1N914 possède une tension VF de l ordre de 0,6 V pour un courant 1 ma < IF < 30 ma Transistor NMOS Q1: VN2222 tel que R DSon = 1Ω g m = 2.2 ma/v V tn = 3 V Au préalable (non noté): Vous recherchez le mode de fonctionnement de chaque AOP (linéaire ou saturation). Vous rechercherez comment se comporte C5 (10pF) à la fréquence de VE. U3, U4, R7, R8, R9, R10, D1, D2 forment un comparateur à fenêtre. Pour la question 4, Vous calculerez VP1 et VP2, vous en déduirez les valeurs possibles de VS3 et VS2 en fonction de VS1, VP1, VP2, puis VS4 en fonction de VS2, VS

6 1. Quel est le rôle de C2? (1 pt) 2. Quel est le rôle de l ensemble R12, R13, U1? (1 pt) 3. On desire sur VS1 dans la bande passante du filtre une amplitude crête à crête de 4 V (comme sur les chronogrammes ci-dessous), quelle doit être l amplitude crête à crête de VE? Justifier votre réponse. (2 pt) 4. Compléter les graphes de la figure 3 à la règle et en correspondance de VS1. Indiquer les tensions remarquables (6 pts max) (-1 par erreur) En noir sur chaque graphe est représentée la tension VS1 comme repère. VS2 VS3 VS4 VR

7 FEUILLE REPONSE : 1) Quel est le rôle de C2 : éliminer la composante continue de VE Nom : Prénom 2) Quel est le rôle de l ensemble R12, R13, U1? Produire une referénce de tension de 2,5v 3) On desire sur VS1 une amplitude crête à crête de 4v (comme sur les chronogrammes ci-dessous), quel doit être l amplitude crête à crête de VE, justifier votre réponse (on considèrera que C5 est un circuit ouvert aux fréquence considérées)? Montage inverseur, à la fréquence de VE, C5 se comporte comme un circuit ouvert. Av=-R3/R2 = 9 il faut VE crête à crête = 4/9= 0,44v En noir sur chaque graphe est représentée la tension VS1 comme repère. 4) Tracer en correspondance et dans cet ordre : VS2, VS3, VS4, VR. Indiquer les tensions remarquables VS2 VS3 VS4 VR Page 2