diode et transistor cours+exo
TRANSCRIPT
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7/25/2019 Diode et transistor cours+exo
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Physiqueapplique1
re
STIGnie lectronique
Marie-Claude DidierLyce les Iris, Lormont
Jacques LafargueLyce Gustave Eiffel, Bordeaux
Thierry LecourieuxLyce Richelieu, Rueil-Malmaison
Grard MontastierLyce Dorian, Paris
Sous la direction de Robert Le Goff
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AVANT-PROPOS
Destine aux lves de 1re STI, Gnie lectronique, cette nouvelle dition tient
compte des amnagements de programme parus au BOdu 20 dcembre 2001.Il propose un cours vitant toute inflation, construit autour dapproches exp-rimentales et des savoir-faire que llve doit acqurir. La rubrique LEssentielrsume les connaissances retenir. Des exercices nombreux, varis, progressifs,prsents dans le cours (applications avec solutions) ou en fin de chapitre (QCM,exercices rsolus, exercices avec rsultats et exercices rsoudre) permettent llve de contrler et de consolider ses acquisitions.
Avec ce manuel, llve dispose en effet dun outil pour dcouvrir et travaillerla physique applique ses trois niveaux :
le niveau des connaissances scientifiques : dfinitions, lois, thormes, ordresde grandeur, units ; le niveau des savoir-faire exprimentaux : utilisation des appareils de mesureclassiques, protocoles exprimentaux, mthodes de mesure ; le niveau des savoir-faire thoriques : utilisation des lois, des thormes, desformules, des mthodes de raisonnement et des techniques de calcul.
Les auteurs
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Lois gnrales de llectricit
en continu
1. Circuit lectrique, intensit,tension .................................................... 7
1. Circuit lectrique ........................ 72. Intensit du courant lectrique ... 83. Loi des noeuds ............................ 114. Diffrence de potentiel ou
tension lectrique ....................... 125. Loi des mailles ............................ 146. Puissances mises en jeu
dans un circuit ............................ 15
2. Loi dOhm pour un diple passif ... 211. Quappelle-t-on rsistor ? ....... 212. Loi dOhm pour un rsistor
linaire ............................................ 213. Rsistivit et conductivit ...... 244. Rsistor non linaire ................. 255. Rsistor command ................... 266. Associations de rsistors
linaires .......................................... 26
3. Les diples actifs ............................... 33
1. Diple actif .................................... 332. Fonctionnement engnrateur ...................................... 34
3. Fonctionnement enrcepteur ........................................ 39
4. Transformation de Thvenin ... 415. Transformation de Norton ...... 456. Thorme de superposition ... 46
4. Puissance et nergie lectriques . 531. Puissance lectrique ................. 532. nergie lectrique ...................... 543. Conservation de lnergie ....... 564. Rendement dun
convertisseur ................................ 585. Consquences de leffet Joule ... 59
5. Les condensateurs ............................. 651. Comment forme-t-on un
condensateur? ............................. 652. Proprits dun condensateur ... 663. Champ lectrique et force
lectrostatique ............................. 70
4. Associations decondensateurs .............................. 72
lectromagntisme
6. Le champ magntique ..................... 79
1. Quappelle-t-on champmagntique? ................................. 792. Vecteur champ magntique .... 813. Action dun champ magntique
sur une particule charge enmouvement ................................... 84
4. Intensit du champ magntiqueet intensit du courant dansun circuit ....................................... 86
7. Actions lectromagntiques .......... 931. Quest-ce quune force
lectromagntique? ................... 938. Induction lectromagntique ....... 101
1. Quest-ce que linductionlectromagntique? ................... 101
2. Quappelle-t-on courantinduit? ............................................ 104
9. Auto-induction ................................... 1091. Force lectromotrice dauto-
induction ....................................... 1092. Relation entre la fm
dauto-induction et lecourant variable .......................... 111
3. Modles de diples inductifs ... 1134. nergie lectromagntique
emmagasine par une bobine ... 1155. Applications de lauto-
induction ....................................... 116
Rgimes variables
10. Grandeurs priodiques ................ 1231. Valeur instantane ..................... 123
2. Grandeur priodique ................ 1243. Frquence dune grandeur
priodique ..................................... 1244. Valeur moyenne dune grandeur
priodique ..................................... 1255. Valeur efficace dune grandeur
priodique ..................................... 1276. Gnralisation .............................. 129
11. Rgimes transitoires ...................... 1371. Diples linaires passifs .......... 1372. Charge et dcharge dun
condensateur travers unersistance ....................................... 138
SOMMAIRE
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3. tablissement et annulationdun courant dans une bobine ... 143
4. Charge et dcharge duncondensateur dans un circuitinductif ........................................... 146
12. Rgimes sinusodaux .................... 1531. Quest-ce quun rgime
sinusodal ? ................................... 1532. Expression dune grandeur
sinusodale .................................... 1543. Valeur moyenne .......................... 1554. Valeur efficace ............................. 1565. Comment reprsenter une
grandeur sinusodale? ............. 1566. Dphasage entre deux
grandeurs sinusodalesde mme frquence ................... 160
13. Diples linaires lmentairesen rgime sinusodal ..................... 1651. Objectif de ltude ...................... 1652. Conducteur ohmique ................ 1663. Bobine parfaite ............................ 1694. Condensateur parfait ................ 172
14. Associations de diples -Rsonance .......................................... 1791. Objectif de ltude ...................... 1792. Diple R,L,Csrie .................... 180
3. Diple R,L,Cparallle ............ 18415. Puissances en rgime sinusodal .. 193
1. Puissance instantane .............. 1932. Puissance active ou puissance
moyenne ......................................... 1953. Puissance apparente ................. 1974. Facteur de puissance ................ 1985. Wattmtres .................................... 199
16. Systmes triphass quilibrs ... 2051. Quappelle-t-on tensions
simples? ......................................... 2052. Quappelle-t-on tensions
composes? .................................. 2073. Comment coupler des rcepteurs
triphass quilibrs ? ................ 2094. Puissance active reue ............. 210
Fonctions de llectronique
17. Diodes et transistors ...................... 2151. Quest-ce quune diode
jonction? ........................................ 2152. Diode Zner et application .... 2183. Transistor bipolaire ................... 220
18. Redressement monophas .......... 2271. Principe de redressement
dune tension alternative ........ 2272. Comment effectuer un
redressement doublealternance? ................................... 229
3. Filtrage dune tensionredresse ........................................ 233
19. Transistor, rgime continu,rgime variable ................................ 2411. Polarisation dun transistor ... 2412. Modes de fonctionnement ...... 245
3. Transistor en rgime variable ... 2464. Complments ................................ 249
20. Amplificateur oprationnel ....... 2591. Amplificateur oprationnel ... 2592. Caractristiques dun
amplificateur oprationnel .... 2603. Amplificateur en rgime
linaire ............................................ 263
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DIODESETTRANSISTORS
1. quest-ce quune diode jonction?
1.1. Principe de ralisationDes matriaux comme le silicium et le germanium, ltat pur, trs basse tem-prature et dans lobscurit, sont isolants. Un apport dnergie peut les rendreconducteurs : ils sont alors qualifis de semi-conducteurs.Pour amliorer leur conduction, on ralise des semi-conducteurs impurs par
apport dune faible quantit datomes (dits dopants) : trivalents (ils ont trois lectrons sur la couche priphrique) comme lalumi-nium et le gallium, pour raliser des semi-conducteurs dops P; pentavalents (cinq lectrons sur la couche priphrique) comme le phosphoreet larsenic, pour raliser des semi-conducteurs dops N.
Exemple Une diode de redressement au siliciumest constitue dun fragment de cristal dont une par-tie est dope P et lautre partie dope N (fig. 17.1).La zone de sparation (dite zone de transition) entre
la partie P et la partie N constitue une jonction appe-lejonction PN.
Figure 17.1.Jonction PN
Jonction
NP
Jeu de transistors divers : du transistor de commutation au transistor de puissance.
Jeu de diodes : DEL, diodes Zner, diodes de redressement.
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fonctions de llectronique
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Vue de lextrieur, une diode est un diple prsen-tant deux bornes: les lectrodes. Lune est lanode (A),cest celle qui est relie la partie dope P; lautreest la cathode (K), cest celle qui est relie la par-tie dope N. La figure 17.2 donne le symbole gn-
ral dune diode associune convention d'orien-tation : la convention rcepteur.Suivant la nature du semi-conducteur, la concentration en impurets, lpais-seur de la zone de transition, etc., on ralise plusieurs catgories de diodes jonction : diodes de redressement, diodes tunnel, diodes lectroluminescentes,diodes Zner, diodes laser, etc.
1.2. tude qualitativeRalisons le montage de la figure 17.3,
dans lequel les diodes D1 et D2 sontdes diodes lectroluminescentes (ellesmettent de la lumire lorsquun courantles traverse). Elles sont alimentes parune source de tension continue de fmE= 15 V associe une rsistance de pro-tection R = 470 . Un inverseur permetlapplication dune tension positive oungative l association en parallleinverse des deux diodes.
Lorsque linverseur est en position 1, la DEL verte D1 est allume et la DELrouge D2 est teinte : on dit que la diode D1 est passante car un courant la tra-verse (de lanode vers la cathode) et que la diode D2 est bloque (aucun courantne la traverse).Lorsque linverseur est en position 2, la DEL verte D1 est teinte et la DEL rouge D2est allume : la diode D1 est bloque et la diode D2 est passante.Conclusions :
1.3. Caractristique statique courant-tension dune diode de redressementLtude exprimentale peut se faire avec une diode de rfrence 1N4007. Lesintensits des courants et les tensions pouvant tre faibles, la consommation des
appareils de mesure peut fausser les rsultats. Une position adquate de cesappareils, minimisant leurs effets, permet une bonne qualitde mesures.
D2D1R
E
Figure 17.3.Mise en vidence des tatspassant et bloqu
12
Inverseur
D KA i
u = vA
vK
Figure 17.2.Symbole
dune diode et conventiondorientation choisie
Une diode est un composant dissymtrique qui ne laisse passerle courant que dans un sens : de lanode vers la cathode.Quand la tension entre lanode et la cathode est ngative, la diodene conduit pas : on dit quelle est polarise dans le sens inverse.Quand la diode conduit, on dit quelle est polarise dans le sens direct.
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17. Diodes et transistors
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1.3.1. tude exprimentale Polarisation directe
Ralisons le montage de la figure 17.4.La diode utilise peut tre traverse par descourants dont lintensitdoit tre infrieure1 ampre. Le choix de la puissance maxi-male admissible par la rsistance (P= RI2)est une autre limitation : avec une rsis-tance de 100 et 4 W, les intensits descourants peuvent atteindre la valeur maxi-
male = = 0,2 A.
Lalimentation fournissant une tensioncontinue rglable, relevons la caractris-
tique i(u) en faisant attention de ne pasdpasser 0,2 A (pour ne pas dtruire la rsis-tance). Nous obtenons la caractristique dela figure 17.5.
Polarisation inverse
Ralisons le montage de la figure 17.6. Lin-tensitdu courant est mesure avec unmicroampremtre.Remarque :La rsistance de 68 k protge
le microampremtre dans le cas ola diodeutilise serait branche lenvers ou court-circuite.Lalimentation rglable permet de releverla caractristique i(u). Nous obtenons lacaractristique de la figure 17.7.
1.3.2. Exploitation
Les deux caractristiques prcdentes peu-
vent tre regroupes en une seule (fig. 17.8). La caractristique obtenue en polarisa-tion directe montre que le diple nest paslinaire (la caractristique i(u) nest pas unedroite). Pour une tension infrieure 0,6 Venviron, lintensitdu courant qui traversela diode est nulle : elle est bloque. Au-delde cette tension, appele tension de seuil us,elle se met conduire ; lintensitdu cou-rant qui la traverse augmente trs rapide-
ment alors que la tension ses bornes aug-mente trs peu : la diode est passante.
Figure 17.8.Caractristique statiquedune diode 1N4007
u (V)
i (mA)
200
100
0
0,6 Vu
s
Figure 17.7.Caractristique inversedune diode 1N4007
u (V)
i (A)
1
10
u
i
R= 68 k
E
Figure 17.6.Relevde la caractristiqueinverse dune diode 1N4007
V
A +
+
Figure 17.5.Caractristique directedune diode 1N4007
u (V)
i (mA)
200
100
0 0,6
4
100
u
i
R= 100
E
Figure 17.4.Relevde la caractristiquedirecte dune diode 1N4007
V
A
+
+
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La caractristique obtenue en polarisation inverse montre que lintensitducourant qui traverse la diode est pratiquement nulle : elle varie trs peu avec latension ; la diode est bloque.
1.3.3. Modlisation
Lobservation de la caractristique de la figure 17.8 permet de dfinir deuxmodles simples de la diode de redressement : lun tient compte de la tensionde seuil us (fig. 17.9), lautre nglige cette tension de seuil (fig. 17.10). Ce secondmodle est le modle quivalent dune diode idale ; il est suffisant dans de nom-
breuses applications.
2. diode Zner et application
En lectronique, un autre type de diode est trs employ: la diode Zner.2.1. PrsentationCette diode peut tre traverse par un courant en inverseet, si lon reste dans le domaine des puissances compa-tibles avec la puissance maximale fixe par le construc-teur, le claquage de la jonction nest pas destructif : il ya reconstitution de la jonction aprs suppression de latension inverse applique. Trs souvent les orientationschoisies sont inverses par rapport celles prises pour
la diode de redressement. Son symbole est lgrementdiffrent de celui dune telle diode (fig. 17.11).
Dz i
z
uz
KA i
u
Figure 17.11.Symbole etconvention dorientationpour une diode Zner
Diode bloque interrupteur ouvert Diode passante interrupteur ferm
u
i
u< 0
Ai= 0
K
u= 0
Ai> 0
K
Figure 17.10.Modle quivalent dune diode idale
0
Diode bloque interrupteur ouvert Diode passante source de tension
uus
i
u< 0
A
i= 0
K
u= us> 0
us
Ai> 0
K
D KA i
u = vA
vK
Figure 17.9.Modle quivalent dune diode
0
Une diode idale se comporte comme un interrupteur lectroniqueunidirectionnel qui serait fermlorsque la diode est passante(i > 0 et u = 0), et ouvert lorsque la diode est bloque (u < 0 eti = 0).
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17. Diodes et transistors
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2.2. tude exprimentalede la caractristiquecourant-tension dune diode Zner
2.2.1. Montage
Ralisons le montage de la figure 17.12.Lorsque linverseur est en position 1, la diode Zner est polarise en direct.Lorsque linverseur est en position 2, la diode Zner est polarise en inverse.En procdant comme pour ltude de la diode de redressement, nous obtenonsla caractristique i(u) de la figure 17.13.
2.2.2. Observations
Dans le sens direct, nous retrouvons une caractristique semblable celle dela diode de redressement : elle est passante pour une tension u suprieure latension de seuil us de lordre de 0,7 V (la rsistance R = 100 limite lintensit
du courant direct moins de 100 mA). Dans le sens inverse, la diode est bloque jusqu5,6 V environ. Ds que cettetension est atteinte, lintensitdu courant qui la traverse crot brutalement : larsistance de 100 permet de limiter lintensitdu courant inverse 44 mA.5,6 V est appele tension Zner, elle est symbolise par Vz .Les constructeurs proposent des diodes Zner dont les tensions peuvent trecomprises entre 2,4 V et 270 V.
2.2.3. ModlisationLe modle quivalent dune diode Zner idale est donnfigure 17.14.
Pour Vz< u < 0 :
Dz interrupteur ouvert
Pour u= Vz:
Dz rcepteur parfait de tension
u
Vz
i
Ai= 0
K
u= 0
Ai> 0
K
Polarisation inverse :D
z interrupteur ferm
Polarisation directe :
u
u
Vz
Ai< 0
K
Figure 17.14.Modle quivalent dune diode Zner idale
0
Figure 17.13.Caractristiquestatique dune diode Zner
u (V)
i (mA)
1 V0
40 mA
5,6 V
u
R = 100
E
Figure 17.12.Relevde la caractristiquei (u) dune diode Zner Vz= 5,6 V
i
12
0 10 V
InverseurA
V
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3. transistor bipolaire
3.1. Quappelle-t-on transistor bipolaire ?Un transistor bipolaire est un semi-conducteur comportant deux jonctions PN.Suivant lorientation de ces jonctions, on obtient deux types de transistors : lestransistors PNP et les transistors NPN. Il y a donc trois parties : P, N, P pour untransistor PNP et N, P, N pour un transistor NPN. Un nom est donnchacunede ces parties : base pour la partie centrale, metteur et collecteur pour les deuxautres parties (fig. 17.15). Sur le symbole dun transistor (fig. 17.16), une flcheest porte par lmetteur : elle indique le sens passant de la jonction base-met-teur ; le sens de la flche permet didentifier le type du transistor.
Conventions de reprsentationNous choisissons les mmes conventionspour les deux types de transistors. La repr-sentation sous la forme dun quadriple estla plus courante (fig. 17.17) : IB et VBE sont
des grandeurs dentre, IC et VCE sont desgrandeurs de sortie.
chaque instant nous pouvons appliquerla loi des nuds : IE = IC + IB.
3.2. Caractristiquesstatiques dun transistorLes caractristiques statiques dun transistor forment un rseau constitu: des caractristiques dentre VBE(IB) traces tension VCE constante ; des caractristiques de transfert IC(IB) traces tension VCE constante ; des caractristiques de sortie IC(VCE) traces intensitIB constante.Les jonctions tant trs sensibles la temprature, pour relever ces caractristiques
temprature pratiquement constante il faut des intensits et des tensions trsfaibles afin que la puissance dissipe dans le transistor reste ngligeable.
IC
IB
vCE
vBE
Figure 17.17. Quadripletransistor NPN
Entre Sortie
IC
IB
IE
VCE
VBE
B
E
T T
C
Transistor NPN :toutes les grandeurssont positives.
Figure 17.16.Reprsentations des transistors bipolaires
IC
IB
IE
VCE
VBE
B
E
C
Transistor PNP :toutes les grandeurssont ngatives.
metteur
Base
CollecteurP PN
metteur
Base
CollecteurP NN
Transistor PNP
Transistor NPN
Figure 17.15.Transistors bipolaires
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17. Diodes et transistors
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3.2.1. Montage
Prenons lexemple du transistor NPN de rfrence 2N1711. Le montage de lafigure 17.18 permet un relevde ses caractristiques.Nous obtenons le rseau de carac-tristiques de la figure 17.19.
3.2.2. Observations
Pour une intensitIB du courant de base nulle, aucun courant ne traverse lecollecteur : IC = 0, le transistor est bloqu. Pour une intensitIB du courant de base non nulle, un courant traverse le col-lecteur : IC 0, le transistor est passant.
Pour une intensitIB du courant de base constante, lintensitIC du couranttraversant le collecteur augmente trs lgrement avec la tension VCE . En maintenant la tension VCE constante, lintensitIC augmente en mme tempsque lintensitdu courant de base.
Remarque :Dans cette exprience, la jonction base-metteur est polarise dansle sens direct ; la jonction collecteur-base, polarise en inverse, laisse passerun courant dintensitnon ngligeable : cest ce que lon appelle leffet tran-sistor.Ce rsultat peut tre gnralis.
IB
= 800 A
IB
= 600 A
IB
= 400 A
IB
= 200 A
IB
= 0 A
IC
IB
VCE
VCE
= 10 V
VBE
1mA
0,5 V
15 V
Caractristiquesde transfert encourant
Caractristiques de sortie
Caractristique
dentre
Figure 17.19.Rseau de caractristiquesstatiques du transistor 2N1711
100 mA
4,7 k 100 k
Figure 17.18. Montage pour le relevdes caractristiques statiquesdu transistor NPN 2N1711
5 V
0, 15 V
A
B
IB
IC
C
E
A
VV
Le fonctionnement dun transistor est commandpar la base.
Pour un transistor NPN passant, la tension base-metteur (VBE) estvoisine de 0,6 V.
Dans le cas dun transistor PNP passant, la tension base-metteur seraitvoisine de 0,6 V.
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La tension VCE influe lgrement sur les caractristiques de transfert encourant IC(IB). Ce sont sensiblement des droites dont les coefficients directeurssont symboliss par la lettre , que lon appelle coefficients d'amplificationen courant . Pour le transistor 2N1711, nous trouvons une valeur moyennede de 200.
Les caractristiques de sortie sont des droites pratiquement quidistantes pourdes accroissements gaux de lintensitIB. Le transistor passe trs rapidement enrgime de saturation.
3.3. Valeurs limitesdutilisation dun transistorPour les transistors bipolaires, il y a : une limitation de fonctionnement en courant lentre IBlim et la sortie IClim :ces valeurs d'intensits ne doivent pas tre dpasses afin dviter une destruc-tion probable du transistor ; une limitation de fonctionnement en tension : pour de fortes valeurs de latension VCE, lintensitdu courant traversant le collecteur peut crotre brutale-ment ; on atteint alors la zone de claquage du transistor qui peut tre dtruit pareffet davalanche. Il y a donc une valeurlimite VCElim de la tension entre collecteuret metteur ne pas dpasser ; une limitation de fonctionnement en puis-sance : la puissance dentre tant toujoursngligeable, la puissance dissipe dans untransistor a pour expression P= VCE IC ; cettepuissance doit tre infrieure une valeurmaximale Plim qui, dans le repre {IC, VCE},est reprsente par une hyperbole dite dedissipation de puissance (fig. 17.20).Remarque :Dans ce chapitre, nous ne nous sommes intresss quau transistor
bipolaire. Il existe dautres types de transistors trs utiliss industriellement,comme les transistors effet de champ.
IC
IC lim
VCEVCElim
0
Aire defonctionnement
Plim
Figure 17.20. Limites dutilisationdun transistor
tension VCE constante, lintensitIC du courant traversant le collecteurest proportionnelle lintensitIB du courant traversant la base :IC = IB. Lensemble transistor-alimentation se comporte comme ungnrateur de courant commandpar le courant de base.
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Lessentiel
Diode de redressement
Symbole et orientations
Modle dune diode idale
Diode Zner
Symbole et orientations
Modlisation
Polarisation inverse Polarisation directe
Transistors bipolaires
Symboles et orientationsB : baseC : collecteurE : metteurchaque instant :
IE = IC + IBPour un transistor NPNpassant, VBE 0,6 V.Pour un transistor PNP passant, VBE 0,6 V.En fonctionnement linaire : IC = IB avec : coefficient d'amplificationen courant.
IC
IB
IE
VCE
VBE
B
E
T T
C
Transistor NPN : toutes lesgrandeurs sont positives.
IC
IB
IE
VCE
VBE
B
E
C
Transistor PNP : toutes lesgrandeurs sont ngatives.
Pour Vz< u < 0 : Dz interrupteur ouvert
Pour u= Vz: Dz rcepteur parfait de tension
u
Vz
i
Ai= 0
K
u= 0
A
0
i> 0
K
Dz interrupteur ferm
u
u
Vz
Ai< 0
K
Dz iz
uz
KA i
u
Diode bloque interrupteur ouvert Diode passante interrupteur ferm
u
i
u< 0
Ai= 0
K
0u= 0
Ai> 0
K
D KAAnode Cathodei
u = vA
vK
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Contrle des connaissancesCocher la (les) bonne(s) rponse(s).
1. Dans le montage de la figure 17.21 ladiode est suppose parfaite. On donne :E1 = 24,0 V ; E2 = 6,0 V et R = 200 .Quelle est lintensiti du courant qui tra-verse la diode ?
0 A 30 mA 60 mA 90 mA.
2. Les diodes D1 et D2 du montage de lafigure 17.22 sont supposes parfaites. Ondonne : E= 48,0 V ; I0 = 4,0 A. Pourquelles valeurs de la rsistance R ladiode D2 est-elle bloque ?
R 12,0 R 12,0 la question ne se pose pas, D2 est tou-jours passante la question ne se pose pas, D2 est tou-jours bloque.
3. Dans le montage de la figure 17.23, ladiode Zner de rgulationDz est consi-
dre comme parfaite et sa tension Znerest gale 6,0 V. L'intensitiz du courantdansDz est gale 10,0 mA etR1 = 100,R2 = 200 . Quelle est la valeur deE?
7,0 V 7,5 V 9,0 V 10,0 V.
4. Dans le montage de la figure 17.23,on donne prsent : R1 = 500 ;R2 = 200. Dz est suppose parfaite, latension Zner Vz = 12,0 V et la puissancemaximale quelle peut dissiper est galeP^Dz = 1,8 W. Quelle valeur maximalepeut-on donner Epour atteindre la
limite maximale dutilisation de la diodeZner?
42,0 V 46,8 V 60,0 V 117 V.
5. Le coefficient damplification en cou-rant du transistor de la figure 17.24 est= 75. On donneIB = 2,0 mA,RC = 100et Vcc = 24 V. Quelle est la valeur de VCE?
0 V 9 V 15 V rponse impossible donner sansconnatre IC.
6. Le transistor de la figure 17.24 a cettefois pour coefficient damplification encourant = 120, pour tension de satura-tion VCEsat = 0 V. On donneRC = 50,0 etVcc = 48,0 V. Quelle est lintensitmini-maleiB1 qui permet de saturer le tran-sistor?
0,96 mA 2,4 mA 8,0 mA 48,0 mA.
IC
IB
RB
RC
IE
VCC
VBB
uC
B
E
C
Figure 17.24
E
ui2i
z
i1
R2
Dz
R1
Figure 17.23
E
D1D2 I0
R
Figure 17.22
E1
E2
iR
R
Figure 17.21
-
7/25/2019 Diode et transistor cours+exo
15/16
17. Diodes et transistors
225
7. La tension Zner de la diode du mon-tage de la figure 17.23, suppose parfaite,est Uz = 12,0 V. On donneR1 = 1,0 k.1 On a mesur u = 6,0 V lorsqueE= 16,0 V. En dduire la valeur deR2.2 On rgleEla valeurE= 35,0 V. Cal-culer les intensitsi1,i2 etiz des courants.3 Pour quelle valeur minimale de Elatension u atteint-elle 12,0 V ?4 Tracer la caractristique de transferten tension u =f(E) du montage. On donnee = 50,0 V.5 Tracer les courbesi1(E),i2(E) etiz (E).
6 Quelle puissance maximaleP^
la diodeZnerdoit-elle pouvoir dissiper?
Solution
1 Lintensitidu courant a pour expres-
sion : i= qui donne i= A
i= 0,01 A.
Comme la tension u est infrieure latension Zner, la diode est bloque :
iz = 0; i1 = i2 et R2 = , soit R2 =
R2 = 600 .
2 Supposons que la diode Zner con-duise. On a alors :
u = Uz = 12,0 V et iz > 0 ;
i1 = soit i1 = A
i1 = 23 mA;
i2 = i2 = A i2 = 20 mA.
Comme i1 = i2 + iz, on en dduit iz = 3 mA.Lhypothse de dpart est justifie.3 La valeur minimale de Ecorrespond iz = 0 avec i2 = i1 = 20 mA.
La relation E= R1i1 + u donne :
E= (103 20 103 + 12) V E= 32,0 V.
4 Pour E 32 V, la diode Zner conduitet u = Uz = 12,0 V.
Pour E< 32 V, la diode Zner est blo-
que et u = E(diviseur de ten-
sion) ; u = E u = 0,375 E.
On en dduit la caractristique de trans-fert en tension du montage (fig. 17.25).
5 Pour E 32 V, la diode Zner conduit :i2 = 20,0 mA;
i1 = , soit i1 = E 12 (V; mA);
iz = i1 i2 donne iz = E 32 (V ; mA).Pour E < 32 V, la diode Zner est blo-
que :iz = 0 ;
i1 = i2 = i1 = i2 = 0,625E(V; mA).
On en dduit les courbes i1(E), i2(E) etiz(E) de la figure 17.26.
6 Lintensitmaximale du courant qui tra-verse la diode est obtenue pour E= 50,0 V.On a alors iz = z = (50 32) mA, soitz = 18 mA.
On en dduit : P= Uz z ;P= (12 32 103) W P= 0,216 W.
i(mA)
E(V)
20
5032
18
38
Figure 17.26
i1
iz
i2
E
R1 + R2,
E U2
R1
u(V)
E(V)
12
10 32
5
Figure 17.25
600
1000 + 600
R2
R1 + R2
12
600
u
R2
;
35 12
103
E uR
1
,
6
0,01
u
i1
16 6
1 103
E u
R1
Exercice rsolu
-
7/25/2019 Diode et transistor cours+exo
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fonctions de llectronique
8. La tension Zner de la diode du mon-tage de la figure 17.27, suppose parfaite,est Uz 10,0 V.
Les caractristiques du transistor sontles suivantes : VBE = 0,6 V pouriB > 0 ;coefficient damplification en courant= 100 ; Vcc = 16,0 V etR2 = 500 .1 La rsistanceR1 est rgle 200 : quelle est la valeur de la tension u1 ? en dduire les valeurs de VCE,IB etIz.2 La puissance maximaleP^T que peutdissiper le transistor est 1,0 W. On rap-
pelle queP^
TVCEIC .
En dduire la valeur minimaleR1min quelon peut donner R1 .3 La puissance maximale que peut dis-siper la diode Dz est 0,4 W. Calculer lavaleur minimaleR2min que lon peut don-ner R2 .
Rsultats1 u1 = 9,4 V ; VCE = 6,6 V ; IE = 47 mA;IB 0,465 mA; I2 = 12 mA; Iz 11,5 mA.2 R1min 62 .3 R2min = 145 .
IC
IB
R1D
z
u1
R2
IE
VCC
I3
I2
BT
E
C
Figure 17.27
u2
Exercice avec rsultats
9. Dans le montage de la figure 17.28, ladiode est suppose parfaite et R = 5,0 .Calculer i1, i2 et u pour : E= 20,0 V et I0 = 2,0 A; E= 20,0 V et I0 = 5,0 A; E= 15,0 V et I0 = 3,0 A.
10. tude du rgulateur de tension tran-sistor de la figure 17.29. La diode Znerest suppose parfaite, sa tension Zner est12,6 V et la valeur maximale de la puis-sance quelle peut dissiper est 1,3 W.Le transistor est un transistor de puis-sance dont le coefficient damplification
en courant est 50. Quand le transistorconduit : VBE = 0,6 V.
1 Calculer la tension de sortie us. Prci-ser les conditions de validitdu calcul.
2 La rsistance RB est de 470 et lacharge est fixe la valeur RC = 30 .
Calculer les intensits is et iB.
Quelle est lintensitmaximale z ducourant qui peut traverser la diode Zner?
En dduire les valeurs limites de la ten-sion uC pour quil y ait stabilisation.3 Pour u
e= 40,0 V, calculer :
lintensitie ; le rendement du montage : =Conclure.
us
ue
RB
Dz
iB
ie i
s
iz
iR
B
RC
Figure 17.29
T
us isue ie
.
Eu
i1
I0
i2
R
Figure 17.28
D
Exercices rsoudre