EN1 FONCTIONS ET COMPOSANTS ELEMENTAIRES DE L ELECTRONIQUE. TD1 : Etude de fonctions électroniques

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1 N FONCTIONS T COMPOSANTS LMNTAIS D L LCTONIQU TD : tude de fonctions électroniques xercice : Objectif: xploiter la caractéristique de transfert d une fonction donnée s Soit la fonction définie par la caractéristique de transfert cicontre. 8 Déterminer l allure du signal de sortie si on applique en entrée le signal suivant : Cas a b c d 4 4 Forme d onde sinus sinus sinus sinus e Offset (V) 0 0 Amplitude (V) 4 4 Fréquence (kz) 8 Sur la feuille réponse (au dos) : Tracer, en concordance de temps, les signaux e(t) et s(t). Quelle est la fonction réalisée, dans quelles limites? xercice : Acquisition de température Objectif: dimensionner une fonction électronique en établissant son équation de fonctionnement et sa caractéristique de transfert On se propose d étudier la mise en œuvre de l «amplificateur» à insérer entre un capteur de température (sonde au platine PT00) et un convertisseur analogique numérique 8 bits alimenté en 0 V. Le scéma de principe de l ensemble est le suivant : 0 ma CTN PT00 (θ)= 00 0,85 θ θ en C AMPLIFICATU (à dimensionner) C.A.N 8 bits UNIT D TAITMNT La plage de température à mesurer s étend de 50 C à 5 C. La correspondance de la tension présente à l entrée du CAN est donnée par le tableau cidessous : Température θ en C 50 5 Tension (V) entrée de l amplificateur Tension (V) en entrée du CAN 0 Page sur 4

2 eprendre et compléter le tableau cidessus avec les tes valeurs de la tension. Tracer la caractéristique de transfert de l amplificateur. n déduire, pour caque zone de fonctionnement l équation = f(ve). xercice : Oscillateur de relaxation Objectif: établir les cronogrammes de fonctionnement d une structure décrite par son scéma fonctionnel et les équations de fonctionnement. Soit le scéma fonctionnel suivant : Intégration V Comparaison de tension V La fonction «Intégration» est définie par l équation suivante: ( K>0) ( t) = K ( t). dt ( t0 ) t t 0 (V) Le comparateur de tension est défini par la caractéristique de transfert ci dessous: Vcc Il est conseillé de prendre une ypotèse sur l état du système à l instant t=0 s. On vous propose la suivante : A t = 0 s, V(0) =0 V et V(0) = Vcc. Vcc VT 0 VT Vcc (V) Pour tracer les signaux, on vous propose : V T = V T =/ Vcc Quelle est la fonction réalisée par cette structure, caractériser les signaux V et V. Page sur 4

3 8 s e 4 4 e t 8 ( e e(t) 4 t 4 s(t) 8 t t 8 Page sur 4

4 N FONCTIONS T COMPOSANTS LMNTAIS D L LCTONIQU TD : tude de Montages à diodes xercice : Objectif: xploiter la caractéristique statique d une diode afin de calculer la résistance de limitation du courant dans la diode à partir de sa caractéristique statique On considère un circuit constitué d une alimentation, d une résistance et d une diode dont la caractéristique statique Id=f(Vd) est donnée dans le tableau cidessous. Vd Id Pour =5V et = 0Ω, utiliser la caractéristique statique pour déterminer le courant Id 0 traversant la diode et la tension Vd 0 à ses bornes (aide : tracer la droite de carge ensemble des points Id,Vd possibles définis par ). eprésenter la droite de carge pour la valeur = 80Ω puis =0Ω. Quelle est l'influence de? Calculer la valeur de pour limiter le courant à 80 ma. 4 tablir le modèle équivalent de la diode prenant en compte sa tension de seuil et sa résistance interne dynamique d (=0Ω) Vd(V) 0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,9 Id(mA) 0 0,5µ 5µ,m 8,m 7,8m 6,m,7m xercice : Logique câblée Objectif: établir la table de vérité d'une structure en logique câblée à diode en utilisant la métode d'étude exposée en cours. 70om 70om D D 5V 4.7kom Vo On utilise des diodes au silicium modélisées par d = 0Ω, = 0,6V. Calculer la tension de sortie Vo du circuit cidessous pour les tensions d entrée suivantes V=V=5V V=5V, V=0V V 5V V 0V V=V=0V Page 4 sur 4

5 xercice : Objectif : appliquer la métode d'étude exposée en cours afin de: tablir les conditions de conduction des diodes. Tracer la fonction de transfert d'une structure à diodes. Montage : tablir la fonction de transfert Vo = f(v) D Vo V 00kom D V 00V 00kom V 5V Montage : tablir la fonction de transfert VS = f(v),7k V K 0 5,6K VS 5,6k K 7,5 5 N448 D N448 D N448 D N448 D ,5 5 Aide pour l'étude de ce montage. Déterminer le générateur de tension équivalent en et celui en, lorsque les diodes D et D sont bloquées. Que peuton dire des résistances équivalentes de Tévenin de ces générateurs, par rapport aux autres résistances du montage? Conclure. Coisir un modèle pour les diodes, justifier votre coix. Déterminer les plages de conduction et blocage de D et D en fonction de V. Déterminer le générateur de tension équivalent en VS pour cacune de ces plages. Application: Pour un signal V triangulaire, d'amplitude 4V de fréquence 50Hz, dessiner sur un même cronogramme V(t) et VS(t). Quelle est l'utilité de cette structure? Page 5 sur 4

6 N FONCTIONS T COMPOSANTS LMNTAIS D L LCTONIQU TD : générateur de courant à transistor bipolaire et utilisation xercice : Soit le montage suivant : V F IF DZ IF V Q 5,6. V VF I V CICUIT D ma CHAG DZ est une diode zener de 5,6 V dont la caractéristique statique est donnée ci dessus. Le transistor est caractérisé par : VB = 0,6 V à l état passant β =00 Calculer et pour que ce générateur de courant débite un courant I=mA. Tracer la caractéristique I = f (V) pour 0 < V <. Vous justifierez toutes vos réponses. xercice : Miroir de courant Pour l étude des montages suivant, on suppose que les transistors sont parfaitement identiques et que β = 00. Montage : 5 Ir I Calculer pour avoir Ir = ma. xprimer I en fonction de Ir. Quel est l écart en p% entre I et Ir. Montage : xprimer en % l écart entre I et I. Comparer au montage précédent. I I Page 6 sur 4

7 xercice : Application : Paire différentielle et miroir de courant Paire différentielle : Soit le montage suivant : M Is M et M sont des miroirs de courant parfaits. Les transistors sont supposés parfaitement identiques. e Ic Ic e xprimer I en fonction de (Ic Ic). n posant : Icn = Is. e V Bn U T Io M la tension collecteur Vc? Ipol tablir l expression de I en fonction de (ee). n posant l ypotèse que (ee)<<ut. Donner l expression simplifier de I en fonction de (ee). Quelle est la fonction réalisée? 4 Quelle est, en tension, l excursion maximum de Pour augmenter l excursion en tension des tensions collecteur Vcn, on réalise le montage suivant : 5 M et M4 étant des miroirs de courant parfaits, quelle est la nouvelle relation entre Isortie, Ic et Ic? 6 Quelle est l excursion, M M en tension, possible de la tension de sortie. 7 edessiner ce dernier montage en remplaçant les blocs M, M, M et M4 Ic Ic par les montages vus à l exercice. (Il faudra e e peutêtre adapter certaines structures avec des Isortie transistors PNP). Io Ipol M M4 Page 7 sur 4

8 . Transistor en commutation. 9 V N Q D? ouge Dans le montage suivant, V est un signal carré compris entre 0 et 9 V, de fréquence 0 z. Calculer les différentes résistances pour assurer un éclairement correcte de la LD (I F = 0 ma, V F =. V) lorsque le signal V est au niveau aut (9V). Vous justifierez toutes les valeurs numériques que vous utiliserez dans les calculs. Proposer les modifications à apporter au montage si on veut allumer la LD sur l état bas? V?. Montage de polarisation : Pour les deux montages cidessous : calculer les différentes résistances de façon à polariser le transistor autour du point de fonctionnement : V C0 = 6 V et I C0 = ma. On donne pour le transistor : β = 00 et V B0 = 0,6 V, et on impose = kω. A la suite d une panne, nous sommes amenés à canger le transistor par un de même référence. Cependant, la valeur de β est de 00. ecalculer la valeur de la polarisation avec ce nouveau transistor. Conclure quant au coix du montage. Page 8 sur 4

9 n considérant que les condensateurs peuvent être remplacés par des courts circuits en régime dynamique, établir pour caque montage l expression : Du gain en tension à vide A vo De l impédance d entrée Ze De l impédance de sortie Zs Montage émetteur Commun : CL Q C CL A vo Ze = c = Zs = c C Montage Base Commune : CB Q C CL CL A vo Ze = c = Zs = c Page 9 sur 4

10 Page 0 sur 4 Montage Collecteur Commun : Montage à carges réparties : Q CL CL C Q CL CL ) ( ) ( ) ( = = = Zs Ze A vo c Zs Ze c A vo ) ( ) ( = = =

11 N FONCTIONS T COMPOSANTS LMNTAIS D L LCTONIQU TD : Montages à amplificateur opérationnel Pour les montages, et cidessous, établir l expression de vs en fonction de ve, tracer la caractéristique de transfert. montage montage Pour le montage 4 cidessous, établir l expression de vs en fonction de V et V. Quelle est la fonction réalisée? Tracer la caractéristique de transfert : vs = f(vv) 4 V V 4 montage montage 4 Pour les montages 5 et 6 cidessous, établir l expression de vs en fonction de V, V et V. Quelles sont les fonctions réalisées? 4 5 V V V V V V montage 5 montage 6

12 4 Pour les montages 7 et 8 cidessous, établir l expression de (t) en fonction de (t). Quelles sont les fonctions réalisées? C C montage 7 montage 8 5 Pour les montages 9, 0, et cidessous, tracer la caractéristique de transfert = f (). montage 9 montage 0 Vref Vref montage montage Page sur 4

13 6 Structure de auc : Pour les montages,4 et 5 cidessous, établir la fonction de transfert H(jω) et tracer les diagrammes de Bode, en module et en pase. ve C C vs ve C C C vs montage montage 4 C C ve vs montage 5 7 Structure de SallenKey : Pour les montages 6,7 et 8 cidessous, établir la fonction de transfert H(jω) et tracer les diagrammes de Bode, en module et en pase. 4 C ve C vs montage 6 Page sur 4

14 4 C C ve vs montage 7 4 ve C C vs montage 8 Page 4 sur 4