Examen 2 ième Session d Electronique Analogique ELE 004 (Durée 3 heures)

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Cécile Malo
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1 CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS Année universitaire Examen 2 ième Session d Electronique Analogique ELE 004 (Durée 3 heures) Exercice 1 (4pts): (Semi-conducteurs et Jonction PN) On considère un cristal de silicium intrinsèque sous forme de barreau (figure 1), On désire réaliser une jonction PN. A P N K Figure Par quelle procédure réalise-t-on un semi-conducteur de type P et un semi conducteur de type N? 2 - Dans quelle colonne du tableau de classification périodique allons nous choisir les atomes d impuretés servant à réaliser la jonction, pour quelles raisons? 3 - Comment s appelle la région qui se crée au niveau du plan de la jonction, donner au moins deux appellations? 4 - On considère maintenant la jonction PN polarisée par une tension V AK. Suivant le signe de cette tension, énumérer les deux états de la jonction. Qu arrive-t-il à la zone crée au niveau du plan de cette jonction PN? Exercice 2 (8pts): (Diodes) I. Soit le montage de la figure 2-a, le transformateur de tension alternative utilisé et un 220V-24V. D 1 i 1 M V e 220 V M R i 0 C R c V e V 0 V in (a) D 2 i 2 Figure 2 (b) 1/5

2 D1 et D2 sont deux diodes identiques. La tension au secondaire admet l'expression suivante: Ve = 24 sinωt. La résistance R L est de 1kΩ. 1 - Rappeler la caractéristique d'une diode idéale et justifier pourquoi dans ce montage on peut utiliser ce modèle de la diode idéale. 2 - Représenter sur le même graphe l'allure des tensions V e (t) et V 0 (t). On précisera sur le graphe l'état de conduction de chaque diode. 3 - On insère entre le point M et la masse un condensateur C et une résistance R c en parallèle. Donner l allure de V in (t) la tension aux bornes de la résistance R c. 4 - Proposez un autre montage qui permet de réaliser la même fonction que celle réaliser par le montage de la figure 2-a. II. On désire obtenir une tension régulée V out de 20V en utilisant le montage de la figure 3, où V in est la tension déterminée en partie I. On considérera que V in =24 v in (t) R p V in V out R L =2kΩ Figure 3 Diode 1 - Quel est le type de diodes utilisé pour réaliser cette fonction de régulation? 2 - Dessiner la diode sur le schéma précédent (figure 3) et préciser la référence de la diode que vous utiliseriez parmi celles proposées sur la planche de la figure On désire que le point de repos de la diode soit choisi au milieu de la plage de régulation. En utilisant les caractéristiques de la figure 4, quelle est cette plage et quel est le point de polarisation qu on notera Q(V ZR,I ZR )? (Faire un schéma qualitatif). 4 - Déterminez la valeur adéquate de R p pour que la droite de charge statique passe par le point de polarisation choisi dans la question précédente (II.3 )? Figure 4 2/5

3 Exercice 3 (10pts): (Amplification à transistor) Les parties I, II sont indépendantes. On considère le montage suivant utilisant un transistor bipolaire NPN et une alimentation stabilisée V cc de +12V (figure 5). I. POLARISATION Figure Dans le cas du régime statique : a) Dessiner le schéma valable pour la polarisation. b) Le point de repos Q R du transistor est choisi de telle sorte que V CE =4V et I C = 50mA. Donnez l'expression de la droite de charge statique qui passe par ce point. c) En déduire la valeur de β (h FE ) et de V BE à partir des caractéristiques de la figure Déterminer la valeur de la résistance R E. 3 - On choisit un courant dans la résistance R 2 égal à deux fois le courant de base du transistor. En déduire la valeur des résistances R 2 et R 1. II. ETUDE EN PETITS SIGNAUX AUX FREQUENCES MOYENNES. Pour cette étude on supposera que les condensateurs sont assimilables à des courts circuits. On prendra, pour effectuer les calculs numériques, les valeurs suivantes des paramètres du transistor: h 11e = 50 Ω ; h 12e = 0; h 21e = β = 100; h 22e = 0 Ω -1. Les valeurs suivantes des résistances: R 1 //R 2 = 1,8 kω ; R E = R L = 160Ω. 1 - Dessiner le schéma équivalent de l ensemble du montage en petits signaux. 2 - Donner dans l ordre que vous voulez les valeurs des grandeurs suivantes après en avoir calculé les expressions littérales : a) Le gain en tension. b) L impédance d entrée. c) Le gain en courant. d) La résistance de sortie. 3/5

(a) Figure 6 (b) Exercice 4 (5pts): (Amplification à partir d amplificateurs opérationnels) On considère le circuit suivant. Figure 7 1 - Ce montage est il un montage inverseur ou non inverseur?

4 (a) Figure 6 (b) Exercice 4 (5pts): (Amplification à partir d amplificateurs opérationnels) On considère le circuit suivant. Figure Ce montage est il un montage inverseur ou non inverseur? 2 - Préciser l entrée inverseuse ( ) et l entrée non inverseuse (+) sur le schéma. 3 - La tension d entrée est une sinusoïde d amplitude 25 mv et dont la fréquence est comprise entre 20Hz et 20 khz. Quel doit être le gain de ce montage pour obtenir en sortie une amplitude de 10V? On supposera l amplificateur opérationnel idéal. 4 - L amplificateur réel utilisé possède un gain en boucle ouverte aux très basses fréquences de et admet une fréquence de transition de 3 MHz. Peut il convenir compte tenu du gain désiré obtenu à la question 3? 5 - On dispose maintenant en cascade de deux amplificateurs identiques à celui de la figure précédente (avec les mêmes couples de résistances). Montrer que cette solution permet d avoir la bonne amplitude en sortie. Préciser la valeur de R2 si R1 = 1kΩ. 4/5

5 Exercice 5 (5pts): (Filtre à base d amplificateur opérationnel) Soit les deux filtres à amplificateur opérationnel A et B de la figure 8. Figure Quel est l ordre du filtre A et l ordre du filtre B? 2 - Quelle est la nature de chacun de ces filtres? (Passe-bas, passe-haut, passe-bande, coupe bande)? On ne demande pas de faire de calculs pour répondre à cette question mais de justifier en une ou deux phrases votre choix pour chacun des filtres. 3 - On veut que la sortie soit en phase avec l entrée dans le domaine des fréquences où le condensateur n intervient pas. Quel montage doit on choisir? Justifier votre réponse. (Aucun calcul n est nécessaire) 4 - On se propose maintenant d étudier uniquement le filtre A : a) Déterminer la fonction de transfert de ce filtre en fonction des éléments. L amplificateur opérationnel est supposé idéal. b) On désire que le gain aux basses fréquences soit de 32 db. Quelle est la valeur de R2 si R3 = 1kΩ. c) On désire une fréquence de coupure de 20kHz. Quelle est la valeur de C1 si R1 =10kΩ. 5/5

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