Session 2 2008 - Cnam

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERSAnnée universitaire 2007-2008Examen 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), Ondésire réaliser une jonction PN.APNKFigure 11°- Par quelle procédure réalise-t-on un semi-conducteur de type P et un semiconducteur de type N ?2°- Dans quelle colonne du tableau de classification périodique allons nous choisir lesatomes 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 aumoins deux appellations ?4°- On considère maintenant la jonction PN polarisée par une tension V AK . Suivant lesigne de cette tension, énumérer les deux états de la jonction. Qu’arrive-t-il à la zonecrée 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 un220V-24V.D 1i 1MV e220 VMRi 0CR cV eV 0V in(a)D 2i 2Figure 2(b)1/5

D1 et D2 sont deux diodes identiques. La tension au secondaire admet l'expressionsuivante: Ve = 24 sinωt. La résistance R L est de 1kΩ.1°- Rappeler la caractéristique d'une diode idéale et justifier pourquoi dans ce montageon 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 surle 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 enparallèle. 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 réaliserpar le montage de la figure 2-a.II. On désire obtenir une tension régulée V out de 20V en utilisant le montage de la figure3, où V in est la tension déterminée en partie I . On considérera que V in =24 –v in (t)R pV inV outR L =2kΩFigure 3Diode1°- 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 ladiode que vous utiliseriez parmi celles proposées sur la planche de la figure 4.3°- On désire que le point de repos de la diode soit choisi au milieu de la plage derégulation. En utilisant les caractéristiques de la figure 4, quelle est cette plage et quelest 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 parle point de polarisation choisi dans la question précédente (II.3°) ?Figure 42/5

Exercice 3 (10pts): (Amplification à transistor)Les parties I, II sont indépendantes.On considère le montage suivant utilisant un transistor bipolaire NPN et une alimentationstabilisée V cc de +12V (figure 5).I. POLARISATIONFigure 51°- 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 etI C = 50mA. Donnez l'expression de la droite de charge statique qui passe par cepoint.c) En déduire la valeur de β (h FE ) et de V BE à partir des caractéristiques de la figure 6.2°- 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 dutransistor. 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 courtscircuits. On prendra, pour effectuer les calculs numériques, les valeurs suivantes desparamètres 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 enavoir 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