Physqe applqée 1 re STI Géne électronqe Mare-Clade Dder Lycée les Irs, Lormont Jacqes Lafarge Lycée Gstave ffel, Bordeax Therry Lecorex Lycée Rchele, Rel-Malmason Gérard Montaster Lycée Doran, Pars Sos la drecton de Robert Le Goff
VNT-PROPOS Destnée ax élèves de 1 re STI, Géne électronqe, cette novelle édton tent compte des aménagements de programme pars a BO d 20 décembre 2001. Il propose n cors évtant tote nflaton, constrt ator d approches expérmentales et des savor-fare qe l élève dot acqérr. La rbrqe L ssentel résme les connassances à retenr. Des exercces nombrex, varés, progressfs, présentés dans le cors (applcatons avec soltons) o en fn de chaptre (QCM, exercces résols, exercces avec résltats et exercces à résodre) permettent à l élève de contrôler et de consolder ses acqstons. vec ce manel, l élève dspose en effet d n otl por décovrr et travaller la physqe applqée à ses tros nveax : le nvea des connassances scentfqes : défntons, los, théorèmes, ordres de grander, ntés ; le nvea des savor-fare expérmentax : tlsaton des apparels de mesre classqes, protocoles expérmentax, méthodes de mesre ; le nvea des savor-fare théorqes : tlsaton des los, des théorèmes, des formles, des méthodes de rasonnement et des technqes de calcl. Les aters
SOMMIR Los générales de l électrcté en contn 1. Crct électrqe, ntensté, tenson... 7 1. Crct électrqe... 7 2. Intensté d corant électrqe... 8 3. Lo des noeds... 11 4. Dfférence de potentel o tenson électrqe... 12 5. Lo des malles... 14 6. Pssances mses en je dans n crct... 15 2. Lo d Ohm por n dpôle passf... 21 1. Q appelle-t-on résstor?... 21 2. Lo d Ohm por n résstor lnéare... 21 3. Résstvté et condctvté... 24 4. Résstor non lnéare... 25 5. Résstor commandé... 26 6. ssocatons de résstors lnéares... 26 3. Les dpôles actfs... 33 1. Dpôle actf... 33 2. Fonctonnement en générater... 34 3. Fonctonnement en récepter... 39 4. Transformaton de Thévenn... 41 5. Transformaton de Norton... 45 6. Théorème de sperposton... 46 4. Pssance et énerge électrqes. 53 1. Pssance électrqe... 53 2. Énerge électrqe... 54 3. Conservaton de l énerge... 56 4. Rendement d n convertsser... 58 5. Conséqences de l effet Jole... 59 5. Les condensaters... 65 1. Comment forme-t-on n condensater?... 65 2. Proprétés d n condensater... 66 3. Champ électrqe et force électrostatqe... 70 4. ssocatons de condensaters... 72 Électromagnétsme 6. Le champ magnétqe... 79 1. Q appelle-t-on champ magnétqe?... 79 2. Vecter champ magnétqe... 81 3. cton d n champ magnétqe sr ne partcle chargée en movement... 84 4. Intensté d champ magnétqe et ntensté d corant dans n crct... 86 7. ctons électromagnétqes... 93 1. Q est-ce q ne force électromagnétqe?... 93 8. Indcton électromagnétqe... 101 1. Q est-ce qe l ndcton électromagnétqe?... 101 2. Q appelle-t-on corant ndt?... 104 9. to-ndcton... 109 1. Force électromotrce d atondcton... 109 2. Relaton entre la fém d ato-ndcton et le corant varable... 111 3. Modèles de dpôles ndctfs... 113 4. Énerge électromagnétqe emmagasnée par ne bobne... 115 5. pplcatons de l atondcton... 116 Régmes varables 10. Granders pérodqes... 123 1. Valer nstantanée... 123 2. Grander pérodqe... 124 3. Fréqence d ne grander pérodqe... 124 4. Valer moyenne d ne grander pérodqe... 125 5. Valer effcace d ne grander pérodqe... 127 6. Généralsaton... 129 11. Régmes transtores... 137 1. Dpôles lnéares passfs... 137 2. Charge et décharge d n condensater à travers ne résstance... 138 3
3. Établssement et annlaton d n corant dans ne bobne... 143 4. Charge et décharge d n condensater dans n crct ndctf... 146 12. Régmes snsoïdax... 153 1. Q est-ce q n régme snsoïdal?... 153 2. xpresson d ne grander snsoïdale... 154 3. Valer moyenne... 155 4. Valer effcace... 156 5. Comment représenter ne grander snsoïdale?... 156 6. Déphasage entre dex granders snsoïdales de même fréqence... 160 13. Dpôles lnéares élémentares en régme snsoïdal... 165 1. Objectf de l étde... 165 2. Condcter ohmqe... 166 3. Bobne parfate... 169 4. Condensater parfat... 172 14. ssocatons de dpôles - Résonance... 179 1. Objectf de l étde... 179 2. Dpôle R, L, C sére... 180 3. Dpôle R, L, C parallèle... 184 15. Pssances en régme snsoïdal.. 193 1. Pssance nstantanée... 193 2. Pssance actve o pssance moyenne... 195 3. Pssance apparente... 197 4. Facter de pssance... 198 5. Wattmètres... 199 16. Systèmes trphasés éqlbrés... 205 1. Q appelle-t-on tensons smples?... 205 2. Q appelle-t-on tensons composées?... 207 3. Comment copler des récepters trphasés éqlbrés?... 209 4. Pssance actve reçe... 210 Fonctons de l électronqe 17. Dodes et transstors... 215 1. Q est-ce q ne dode à joncton?... 215 2. Dode Zéner et applcaton... 218 3. Transstor bpolare... 220 18. Redressement monophasé... 227 1. Prncpe de redressement d ne tenson alternatve... 227 2. Comment effecter n redressement doble alternance?... 229 3. Fltrage d ne tenson redressée... 233 19. Transstor, régme contn, régme varable... 241 1. Polarsaton d n transstor... 241 2. Modes de fonctonnement... 245 3. Transstor en régme varable... 246 4. Compléments... 249 20. mplfcater opératonnel... 259 1. mplfcater opératonnel... 259 2. Caractérstqes d n amplfcater opératonnel... 260 3. mplfcater en régme lnéare... 263 4
17 DIODS T TRNSISTORS Je de dodes : DL, dodes Zéner, dodes de redressement. Je de transstors dvers : d transstor de commtaton a transstor de pssance. 1. q est-ce q ne dode à joncton? 1.1. Prncpe de réalsaton Des matérax comme le slcm et le germanm, à l état pr, à très basse températre et dans l obscrté, sont solants. Un apport d énerge pet les rendre condcters : ls sont alors qalfés de sem-condcters. Por amélorer ler condcton, on réalse des sem-condcters mprs par apport d ne fable qantté d atomes (dts dopants) : trvalents (ls ont tros électrons sr la coche pérphérqe) comme l almnm et le gallm, por réalser des sem-condcters dopés P ; pentavalents (cnq électrons sr la coche pérphérqe) comme le phosphore et l arsenc, por réalser des sem-condcters dopés N. xemple Une dode de redressement a slcm est consttée d n fragment de crstal dont ne parte est dopée P et l atre parte dopée N (fg. 17.1). La zone de séparaton (dte zone de transton) entre la parte P et la parte N constte ne joncton appelée joncton PN. Joncton P N Fgre 17.1. Joncton PN 215
fonctons de l électronqe Ve de l extérer, ne dode est n dpôle présentant dex bornes : les électrodes. L ne est l anode (), c est celle q est relée à la parte dopée P ; l atre est la cathode (K), c est celle q est relée à la parte dopée N. La fgre 17.2 donne le symbole général d ne dode assocé à ne conventon d'orentaton : la conventon récepter. Svant la natre d sem-condcter, la concentraton en mpretés, l épasser de la zone de transton, etc., on réalse plsers catégores de dodes à joncton : dodes de redressement, dodes tnnel, dodes électrolmnescentes, dodes Zéner, dodes laser, etc. 1.2. Étde qaltatve Réalsons le montage de la fgre 17.3, dans leqel les dodes D 1 et D 2 sont des dodes électrolmnescentes (elles émettent de la lmère lorsq n corant les traverse). lles sont almentées par ne sorce de tenson contne de fém = 15 V assocée à ne résstance de protecton R = 470 Ω. Un nverser permet l applcaton d ne tenson postve o négatve à l assocaton en parallèle nverse des dex dodes. Lorsqe l nverser est en poston 1, la DL verte D 1 est allmée et la DL roge D 2 est étente : on dt qe la dode D 1 est passante car n corant la traverse (de l anode vers la cathode) et qe la dode D 2 est bloqée (acn corant ne la traverse). Lorsqe l nverser est en poston 2, la DL verte D 1 est étente et la DL roge D 2 est allmée : la dode D 1 est bloqée et la dode D 2 est passante. Conclsons : R 2 D 1 Fgre 17.3. Mse en évdence des états passant et bloqé Inverser 1 D = v v K K Fgre 17.2. Symbole d ne dode et conventon d orentaton chose Une dode est n composant dssymétrqe q ne lasse passer le corant qe dans n sens : de l anode vers la cathode. Qand la tenson entre l anode et la cathode est négatve, la dode ne condt pas : on dt q elle est polarsée dans le sens nverse. Qand la dode condt, on dt q elle est polarsée dans le sens drect. D 2 216 1.3. Caractérstqe statqe coranttenson d ne dode de redressement L étde expérmentale pet se fare avec ne dode de référence 1N4007. Les ntenstés des corants et les tensons povant être fables, la consommaton des apparels de mesre pet fasser les résltats. Une poston adéqate de ces apparels, mnmsant lers effets, permet ne bonne qalté de mesres.
17. Dodes et transstors 1.3.1. Étde expérmentale Polarsaton drecte Réalsons le montage de la fgre 17.4. La dode tlsée pet être traversée par des corants dont l ntensté dot être nférere à 1 ampère. Le chox de la pssance maxmale admssble par la résstance (P = RI 2 ) est ne atre lmtaton : avec ne résstance de 100 Ω et 4 W, les ntenstés des corants pevent attendre la valer maxmale î = = 0,2. 4 100 L almentaton fornssant ne tenson contne réglable, relevons la caractérstqe () en fasant attenton de ne pas dépasser 0,2 (por ne pas détrre la résstance). Nos obtenons la caractérstqe de la fgre 17.5. Polarsaton nverse Réalsons le montage de la fgre 17.6. L ntensté d corant est mesrée avec n mcroampèremètre. Remarqe : La résstance de 68 kω protège le mcroampèremètre dans le cas où la dode tlsée serat branchée à l envers o cortcrctée. L almentaton réglable permet de relever la caractérstqe (). Nos obtenons la caractérstqe de la fgre 17.7. 1.3.2. xplotaton Les dex caractérstqes précédentes pevent être regropées en ne sele (fg. 17.8). La caractérstqe obtene en polarsaton drecte montre qe le dpôle n est pas lnéare (la caractérstqe () n est pas ne drote). Por ne tenson nférere à 0,6 V envron, l ntensté d corant q traverse la dode est nlle : elle est bloqée. -delà de cette tenson, appelée tenson de sel s, elle se met à condre ; l ntensté d corant q la traverse agmente très rapdement alors qe la tenson à ses bornes agmente très pe : la dode est passante. (m) 10 200 100 R = 100 Ω + Fgre 17.4. Relevé de la caractérstqe drecte d ne dode 1N4007 0 0,6 Fgre 17.5. Caractérstqe drecte d ne dode 1N4007 Fgre 17.7. Caractérstqe nverse d ne dode 1N4007 (m) 200 100 R = 68 kω Fgre 17.6. Relevé de la caractérstqe nverse d ne dode 1N4007 0 (µ) 1 s 0,6 V (V) (V) Fgre 17.8. Caractérstqe statqe d ne dode 1N4007 + + V (V) V + 217
fonctons de l électronqe La caractérstqe obtene en polarsaton nverse montre qe l ntensté d corant q traverse la dode est pratqement nlle : elle vare très pe avec la tenson ; la dode est bloqée. 1.3.3. Modélsaton L observaton de la caractérstqe de la fgre 17.8 permet de défnr dex modèles smples de la dode de redressement : l n tent compte de la tenson de sel s (fg. 17.9), l atre néglge cette tenson de sel (fg. 17.10). Ce second modèle est le modèle éqvalent d ne dode déale ; l est sffsant dans de nombreses applcatons. D K = v v K 0 s s = 0 K < 0 Dode bloqée <=> nterrpter overt > 0 K = s > 0 Dode passante <=> sorce de tenson Fgre 17.9. Modèle éqvalent d ne dode = 0 K 0 < 0 Dode bloqée <=> nterrpter overt Fgre 17.10. Modèle éqvalent d ne dode déale > 0 K = 0 Dode passante <=> nterrpter fermé Une dode déale se comporte comme n nterrpter électronqe ndrectonnel q serat fermé lorsqe la dode est passante ( > 0 et = 0), et overt lorsqe la dode est bloqée ( < 0 et = 0). 2. dode Zéner et applcaton n électronqe, n atre type de dode est très employé : la dode Zéner. 2.1. Présentaton Cette dode pet être traversée par n corant en nverse et, s l on reste dans le domane des pssances compatbles avec la pssance maxmale fxée par le constrcter, le claqage de la joncton n est pas destrctf : l y a reconsttton de la joncton après sppresson de la tenson nverse applqée. Très sovent les orentatons choses sont nversées par rapport à celles prses por la dode de redressement. Son symbole est légèrement dfférent de cel d ne telle dode (fg. 17.11). z D z z K Fgre 17.11. Symbole et conventon d orentaton por ne dode Zéner 218
17. Dodes et transstors 2.2. Étde expérmentale de la caractérstqe corant-tenson d ne dode Zéner 2.2.1. Montage Réalsons le montage de la fgre 17.12. Lorsqe l nverser est en poston 1, la dode Zéner est polarsée en drect. Lorsqe l nverser est en poston 2, la dode Zéner est polarsée en nverse. n procédant comme por l étde de la dode de redressement, nos obtenons la caractérstqe () de la fgre 17.13. (m) R = 100 Ω Inverser 0 10 V 2 1 V 5,6 V 0 1 V (V) 40 m Fgre 17.12. Relevé de la caractérstqe () d ne dode Zéner V z = 5,6 V Fgre 17.13. Caractérstqe statqe d ne dode Zéner 2.2.2. Observatons Dans le sens drect, nos retrovons ne caractérstqe semblable à celle de la dode de redressement : elle est passante por ne tenson spérere à la tenson de sel s de l ordre de 0,7 V (la résstance R = 100 Ω lmte l ntensté d corant drect à mons de 100 m). Dans le sens nverse, la dode est bloqée jsq à 5,6 V envron. Dès qe cette tenson est attente, l ntensté d corant q la traverse croît brtalement : la résstance de 100 Ω permet de lmter l ntensté d corant nverse à 44 m. 5,6 V est appelée tenson Zéner, elle est symbolsée par V z. Les constrcters proposent des dodes Zéner dont les tensons pevent être comprses entre 2,4 V et 270 V. 2.2.3. Modélsaton Le modèle éqvalent d ne dode Zéner déale est donné fgre 17.14. Polarsaton nverse : Por V z < < 0 : D z <=> nterrpter overt Polarsaton drecte : D z <=> nterrpter fermé = 0 K Por = V z : D z <=> récepter parfat de tenson V z 0 > 0 K = 0 V z < 0 K Fgre 17.14. Modèle éqvalent d ne dode Zéner déale 219
fonctons de l électronqe 3. transstor bpolare 3.1. Q appelle-t-on transstor bpolare? Un transstor bpolare est n sem-condcter comportant dex jonctons PN. Svant l orentaton de ces jonctons, on obtent dex types de transstors : les transstors PNP et les transstors NPN. Il y a donc tros partes : P, N, P por n transstor PNP et N, P, N por n transstor NPN. Un nom est donné à chacne de ces partes : base por la parte centrale, émetter et collecter por les dex atres partes (fg. 17.15). Sr le symbole d n transstor (fg. 17.16), ne flèche est portée par l émetter : elle ndqe le sens passant de la joncton base-émetter ; le sens de la flèche permet d dentfer le type d transstor. Émetter P N P Base Transstor PNP Collecter B T C V C B T C V C V B V B Émetter N P N Collecter I I Base Transstor NPN Fgre 17.15. Transstors bpolares Transstor NPN : totes les granders sont postves. Transstor PNP : totes les granders sont négatves. Fgre 17.16. Représentatons des transstors bpolares Conventons de représentaton Nos chosssons les mêmes conventons por les dex types de transstors. La représentaton sos la forme d n qadrpôle est la pls corante (fg. 17.17) : et V B sont des granders d entrée, et V C sont des granders de sorte. À chaqe nstant nos povons applqer la lo des nœds : I = +. v B ntrée Fgre 17.17. Qadrpôle à transstor NPN v C Sorte 3.2. Caractérstqes statqes d n transstor Les caractérstqes statqes d n transstor forment n résea constté : des caractérstqes d entrée V B ( ) tracées à tenson V C constante ; des caractérstqes de transfert ( ) tracées à tenson V C constante ; des caractérstqes de sorte (V C ) tracées à ntensté constante. Les jonctons étant très sensbles à la températre, por relever ces caractérstqes à températre pratqement constante l fat des ntenstés et des tensons très fables afn qe la pssance dsspée dans le transstor reste néglgeable. 220
17. Dodes et transstors 3.2.1. Montage Prenons l exemple d transstor NPN de référence 2N1711. Le montage de la fgre 17.18 permet n relevé de ses caractérstqes. Nos obtenons le résea de caractérstqes de la fgre 17.19. C aractérstqes de sorte V C = 10 V = 800 µ = 600 µ 100 m = 400 µ Caractérstqes de transfert en corant = 200 µ = 0 µ 5 V 4,7 kω 100 kω B V C V 0, 15 V 1m Caractérstqe d entrée 0,5 V V 15 V C Fgre 17.18. Montage por le relevé des caractérstqes statqes d transstor NPN 2N1711 V B Fgre 17.19. Résea de caractérstqes statqes d transstor 2N1711 3.2.2. Observatons Por ne ntensté d corant de base nlle, acn corant ne traverse le collecter : = 0, le transstor est bloqé. Por ne ntensté d corant de base non nlle, n corant traverse le collecter : 0, le transstor est passant. Por ne ntensté d corant de base constante, l ntensté d corant traversant le collecter agmente très légèrement avec la tenson V C. n mantenant la tenson V C constante, l ntensté agmente en même temps qe l ntensté d corant de base. Le fonctonnement d n transstor est commandé par la base. Remarqe : Dans cette expérence, la joncton base-émetter est polarsée dans le sens drect ; la joncton collecter-base, polarsée en nverse, lasse passer n corant d ntensté non néglgeable : c est ce qe l on appelle l effet transstor. Ce résltat pet être généralsé. Por n transstor NPN passant, la tenson base-émetter (V B ) est vosne de 0,6 V. Dans le cas d n transstor PNP passant, la tenson base-émetter serat vosne de 0,6 V. 221
fonctons de l électronqe La tenson V C nfle légèrement sr les caractérstqes de transfert en corant ( ). Ce sont sensblement des drotes dont les coeffcents drecters sont symbolsés par la lettre β, qe l on appelle «coeffcents d'amplfcaton en corant». Por le transstor 2N1711, nos trovons ne valer moyenne de β de 200. À tenson V C constante, l ntensté d corant traversant le collecter est proportonnelle à l ntensté d corant traversant la base : = β. L ensemble transstor-almentaton se comporte comme n générater de corant commandé par le corant de base. Les caractérstqes de sorte sont des drotes pratqement éqdstantes por des accrossements égax de l ntensté. Le transstor passe très rapdement en régme de satraton. 3.3. Valers lmtes d tlsaton d n transstor Por les transstors bpolares, l y a : ne lmtaton de fonctonnement en corant à l entrée lm et à la sorte lm : ces valers d'ntenstés ne dovent pas être dépassées afn d évter ne destrcton probable d transstor ; ne lmtaton de fonctonnement en tenson : por de fortes valers de la tenson V C, l ntensté d corant traversant le collecter pet croître brtalement ; on attent alors la zone de claqage d transstor q pet être détrt par effet d avalanche. Il y a donc ne valer lmte V C lm de la tenson entre collecter et émetter à ne pas dépasser ; ne lmtaton de fonctonnement en pssance : la pssance d entrée étant tojors néglgeable, la pssance dsspée dans n transstor a por expresson P = V C ; cette pssance dot être nférere à ne valer maxmale P lm q, dans le repère {, V C }, est représentée par ne hyperbole dte de dsspaton de pssance (fg. 17.20). Remarqe : Dans ce chaptre, nos ne nos sommes ntéressés q a transstor bpolare. Il exste d atres types de transstors très tlsés ndstrellement, comme les transstors à effet de champ. lm 0 re de fonctonnement P lm V C lm V C Fgre 17.20. Lmtes d tlsaton d n transstor 222
17. Dodes et transstors L essentel Dode de redressement Symbole et orentatons node D K Cathode Modèle d ne dode déale = v v K = 0 K < 0 Dode bloqée <=> nterrpter overt 0 > 0 K = 0 Dode passante <=> nterrpter fermé Dode Zéner z Symbole et orentatons D z z K Modélsaton V z 0 Polarsaton nverse Polarsaton drecte Por V z < < 0 : D z <=> nterrpter overt D z <=> nterrpter fermé = 0 K Por = V z : D z <=> récepter parfat de tenson > 0 = 0 K V z < 0 K Transstors bpolares Symboles et orentatons B : base C : collecter : émetter À chaqe nstant : I = + Por n transstor NPN passant, V B 0,6 V. B V B Por n transstor PNP passant, V B 0,6 V. n fonctonnement lnéare : = β avec β : coeffcent d'amplfcaton en corant. T C I V C Transstor NPN : totes les granders sont postves. B V B T C I V C Transstor PNP : totes les granders sont négatves. 223
fonctons de l électronqe Contrôle des connassances Cocher la (les) bonne(s) réponse(s). 1. Dans le montage de la fgre 17.21 la dode est spposée parfate. On donne : 1 = 24,0 V ; 2 = 6,0 V et R = 200 Ω. Qelle est l ntensté d corant q traverse la dode? R 1 R 2 Fgre 17.21 0 30 m 60 m 90 m. 3. Dans le montage de la fgre 17.23, la dode Zéner de réglaton D z est consdérée comme parfate et sa tenson Zéner est égale à 6,0 V. L'ntensté z d corant dans D z est égale à 10,0 m et R 1 = 100 Ω, R 2 = 200 Ω. Qelle est la valer de? 7,0 V 7,5 V 9,0 V 10,0 V. 4. Dans le montage de la fgre 17.23, on donne à présent : R 1 = 500 Ω ; R 2 = 200 Ω. D z est spposée parfate, la tenson Zéner V z = 12,0 V et la pssance maxmale q elle pet dssper est égale à P^Dz = 1,8 W. Qelle valer maxmale pet-on donner à por attendre la lmte maxmale d tlsaton de la dode Zéner? 42,0 V 46,8 V 60,0 V 117 V. 2. Les dodes D 1 et D 2 d montage de la fgre 17.22 sont spposées parfates. On donne : = 48,0 V ; I 0 = 4,0. Por qelles valers de la résstance R la dode D 2 est-elle bloqée? 5. Le coeffcent d amplfcaton en corant d transstor de la fgre 17.24 est β = 75. On donne = 2,0 m, R C = 100 Ω et V cc = 24 V. Qelle est la valer de V C? R C C V CC D D 2 1 I 0 R C R B B Fgre 17.22 V BB R 12,0 Ω R 12,0 Ω la qeston ne se pose pas, D 2 est tojors passante la qeston ne se pose pas, D 2 est tojors bloqée. 1 R 1 z D z Fgre 17.23 2 R 2 Fgre 17.24 0V 9V 15 V réponse mpossble à donner sans connaître. 6. Le transstor de la fgre 17.24 a cette fos por coeffcent d amplfcaton en corant β = 120, por tenson de satraton V Csat = 0 V. On donne R C = 50,0 Ω et V cc = 48,0 V. Qelle est l ntensté mnmale B1 q permet de satrer le transstor? 0,96 m 2,4 m 8,0 m 48,0 m. I 224
17. Dodes et transstors xercce résol 7. La tenson Zéner de la dode d montage de la fgre 17.23, spposée parfate, est U z = 12,0 V. On donne R 1 = 1,0 kω. 1 On a mesré = 6,0 V lorsqe = 16,0 V. n dédre la valer de R 2. 2 On règle à la valer = 35,0 V. Calcler les ntenstés 1, 2 et z des corants. 3 Por qelle valer mnmale de la tenson attent-elle 12,0 V? 4 Tracer la caractérstqe de transfert en tenson = f () d montage. On donne e^ = 50,0 V. 5 Tracer les corbes 1 (), 2 () et z (). 6 Qelle pssance maxmale P^ la dode Zéner dot-elle povor dssper? Solton 1 L ntensté d corant a por expresson : = q donne = 16 6 R 1 10 3 1 = 0,01. Comme la tenson est nférere à la tenson Zéner, la dode est bloqée : 6 z = 0 ; 1 = 2 et R 2 =, sot R 2 = Ω 1 0,01 R 2 = 600 Ω. 2 Spposons qe la dode Zéner condse. On a alors : = U z = 12,0 V et z > 0 ; 35 12 1 =, sot 1 = R 10 3 1 1 = 23 m ; 2 = ; 2 = 12 2 = 20 m. R 2 600 Comme 1 = 2 + z, on en dédt z = 3 m. L hypothèse de départ est jstfée. 3 La valer mnmale de correspond à z = 0 avec 2 = 1 =20m. La relaton = R 1 1 + donne : = (10 3 20 10 3 + 12) V = 32,0 V. 4 Por 32 V, la dode Zéner condt et = U z = 12,0 V. Por < 32 V, la dode Zéner est bloqée et = (dvser de ten- 600 son) ; = = 0,375. 1000 + 600 On en dédt la caractérstqe de transfert en tenson d montage (fg. 17.25). (V) 12 5 5 Por 32 V, la dode Zéner condt : 2 = 20,0 m ; U 2 1 =, sot 1 = 12 (V ; m) ; R 1 z = 1 2 donne z = 32 (V ; m). Por < 32 V, la dode Zéner est bloqée : z = 0 ; 1 = 2 =, 1 = 2 = 0,625 (V; m). R 1 + R 2 On en dédt les corbes 1 (), 2 () et z () de la fgre 17.26. (m) 38 20 18 R 2 R 1 + R 2 10 32 Fgre 17.25 (V) 6 L ntensté maxmale d corant q traverse la dode est obtene por = 50,0 V. On a alors z = î z = (50 32) m, sot î z = 18 m. On en dédt : P^ = U z î z ; P^ = (12 32 10 3 ) W P^ = 0,216 W. 32 Fgre 17.26 2 1 z 50 (V) 225
fonctons de l électronqe xercce avec résltats 8. La tenson Zéner de la dode d montage de la fgre 17.27, spposée parfate, est U z 10,0 V. Les caractérstqes d transstor sont les svantes : V B = 0,6 V por B > 0 ; coeffcent d amplfcaton en corant β = 100 ; V cc = 16,0 V et R 2 = 500 Ω. 1 La résstance R 1 est réglée à 200 Ω : qelle est la valer de la tenson 1? en dédre les valers de V C, et I z. 2 La pssance maxmale P^T qe pet dssper le transstor est 1,0 W. On rappelle qe P^T V C. n dédre la valer mnmale R 1mn qe l on pet donner à R 1. 3 La pssance maxmale qe pet dssper la dode D z est 0,4 W. Calcler la valer mnmale R 2mn qe l on pet donner à R 2. 2 I 3 R 2 I 2 B Dz 1 Résltats 1 1 = 9,4 V ; V C = 6,6 V ; I = 47 m ; 0,465 m ; I 2 = 12 m ; I z 11,5 m. 2 R 1mn 62 Ω. 3 R 2mn = 145 Ω. T Fgre 17.27 C I R 1 V CC xercces à résodre 9. Dans le montage de la fgre 17.28, la dode est spposée parfate et R = 5,0 Ω. Calcler 1, 2 et por : = 20,0 V et I 0 = 2,0 ; = 20,0 V et I 0 = 5,0 ; = 15,0 V et I 0 = 3,0. 2 R I 0 Fgre 17.28 10. Étde d réglater de tenson à transstor de la fgre 17.29. La dode Zéner est spposée parfate, sa tenson Zéner est 12,6 V et la valer maxmale de la pssance q elle pet dssper est 1,3 W. Le transstor est n transstor de pssance dont le coeffcent d amplfcaton en corant β est 50. Qand le transstor condt : V B = 0,6 V. D 1 1 Calcler la tenson de sorte s. Précser les condtons de valdté d calcl. 2 La résstance R B est de 470 Ω et la charge est fxée à la valer R C = 30 Ω. Calcler les ntenstés s et B. Qelle est l ntensté maxmale î z d corant q pet traverser la dode Zéner? n dédre les valers lmtes de la tenson C por q l y at stablsaton. 3 Por e = 40,0 V, calcler : l ntensté e ; le rendement d montage : η = Conclre. e e RB R B D z Fgre 17.29 T B z R C s s e e. s s 226