Examens électronique analogique

Université Mohammed Premier
ENSAO
Filière : STPI (S4)
Année 2015/2016
Examen d'électronique Analogique - Session de rattrapage
Durée : 1H 30 min
Il sera tenu compte de la clarté de la rédaction.
Les notations employées dans l'énoncé doivent être respectées et toute
notation supplémentaire introduite par le candidat devra être dénie.
Exercice On désire réaliser un amplicateur ayant un gain en tension
|AV | = 150. Sa résistance d'entrée doit être supérieure à 2kΩ. La résistance
de charge RL de l'amplicateur est de 15kΩ. L'amplicateur doit être ali-
menté sur une batterie de VCC = 12V . On dispose d'un transistor bipolaire
de type NPN caractérisé par β = 160. On néglige sa résistance de sortie
h22 = 0 et on prend VBE = 0, 7V . Rappelons que la transconductance est
donnée par : gm = β
h11
= IC0
VT
. Le potentiel thermique VT = 25mV à 300K.
Le schéma du circuit est donné à la gure 1.
On va tout d'abord commencer par déterminer les expressions des grandeurs
dynamiques de l'amplicateur pour en déduire les coordonnées du point de
repos et les valeurs des résistances de polarisation.
1. Quel est le type de montage utilisé ? justier le choix d'un tel montage
pour réaliser le circuit demandé.
2. Nous supposons dans un premier temps que les condensateurs ont
une capacité susamment grande pour que l'on puisse négliger leur
impédance. Donner le schéma équivalent dynamique du montage.
3. Déterminer l'expression du gain en tension AV .
4. Trouver l'expression de la résistance d'entrée Ze.
5. Déterminer l'expression de la résistance de sortie Zs.
6. En utilisant le fait que RC//RL RL, déterminer la valeur minimale
du courant de repos IC pour que |AV | = 150.
7. Quelle est la valeur maximale du courant de repos IC pour que Ze 2kΩ.
Utiliser aussi le fait que h11//RB h11.
8. Pour respecter les caractéristiques du circuit à réaliser, choisissons
une valeur de IC0 de repos comprise entre ICmin et ICmax. Prenons
par exemple IC0 = 1mA. Calculer la valeur de la transconductance
gm.
9. Pour des raisons de stabilité du point de repos nous choisissons RE =
RC/5, calculer les valeurs des résistances RC et RE.
10. En appliquant la loi des mailles au circuit de polarisation, calculer la
tension de repos VCE0 entre le collecteur et l'émetteur.
11. Le courant dans la résistance R1 est Ip = 10IB, calculer les valeurs
des résistances R1 et R2.
12. Donner l'expression de la droite de charge statique.
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ENSAO
Filière : STPI (S4)
Année 2015/2016
Figure 1 circuit amplicateur
13. Déterminer l'expression de la droite de charge dynamique
14. Tracer sur le même graphique les droites de charge statique et dyna-
mique. L'excursion de la tension de sortie est-elle symétrique ?
15. Déterminer graphiquement l'amplitude maximale de la tension de
sortie.
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ENSAO
Filière : STPI (S 4)
Année 2015/2016
Examen d'électronique Analogique - Session normale
Durée : 1H 30 min
Exercice 1. On considère le montage de la gure 1. La diode est représen-
tée par son modèle linéarisé (V0, rD).
1. Quelle est la condition sur Ve pour que la diode soit bloquée ? Expri-
mer dans ce cas la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée.
2. Quelle est la condition sur Ve pour que la diode soit passante ? Expri-
mer dans ce cas la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée.
3. Tracer la caractéristique de transfert sortie-entrée : Vs = f(Ve).
4. Tracer l'allure du signal de sortie Vs(t) Dans le cas où Ve(t) est une
tension triangulaire symétrique d'amplitude VM E et de période
T.
Exercice 2. La gure 2 donne le schéma d'un amplicateur à transistor.
Le transistor utilisé est caractérisé par : β = 200, VBE = 0, 6V et h11 = 2kΩ.
1. Déterminer l'expression du courant de repos IC0 en fonction de β,
VCC, VBE0, R1, R2 et RC.
2. Déterminer l'expression de la tension de repos entre le collecteur et
l'émetteur VCE0.
3. Indiquer comment faire pour stabiliser le point de fonctionnement,
justiez votre réponse. Calculer IC0 et VCE0.
4. Dessiner le schéma équivalent du montage pour les petites variations
aux fréquences moyennes, on suppose que la résistance de sortie du
transistor est inni (h22 = 0) et que h12 = 0.
5. Déterminer l'expression du gain en tension Av = vs/ve. Calculer sa
valeur.
6. Calculer la résistance d'entrée du montage Ze.
7. Calculer l'impédance de sortie Zs.
Données : VCC = 12V , RC = 500Ω, RL = 2kΩ, R1 = 10kΩ, R2 = 1kΩ et
Rg = 50Ω.
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ENSAO
Année 2015/2016
Figure 1 Ecrêteur à diode
Figure 2 Amplicateur à transistor
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ENSAO
Année 2014/2015
Durée : 1H 30 min
Questions de cours
1. Quelle est la diérence entre un conducteur, un isolant et un semi-
conducteur ?
2. Quelle est la diérence entre la résistance dynamique rd et la résis-
tance rD du modèle linéarisé ?
Exercice 1. Le circuit de la gure 1 est alimenté par un générateur de
tension ve(t) = 10
√
2 sin ωt. La diode est représentée par son modèle linéarisé
(V0 = 0, 6V et rD = 10Ω). Prenons RL = 220Ω.
1. Tracer sur un même graphe les deux tensions ve et vs en fonction du
temps.
2. Déterminer l'expression de la valeur moyenne de la tension de sortie.
Calculer sa valeur.
3. Calculer la valeur ecace de la tension de sortie.
4. Calculer le taux d'ondulation du signal redressé. Pourquoi faut-il cal-
culer ce facteur ?
5. Calculer la puissance fournie par le générateur Pe.
Exercice 2. On considère le circuit de la gure 2. On prenda pour la diode
le modèle à seuil avec V0 = 0, 7V .
1. Quelle est la condition sur Ve pour que la diode soit bloquée ?
2. Tracer la caractéristique Vs en fonction de Ve.
3. Donner l'allure de la tension de sortie si Ve est un signal triangulaire
variant entre ±16V .
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ENSAO
Année 2014/2015
Figure 1 redressement mono-alternanace
Figure 2 écrêteur à diode
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ENSAO
Année 2014/2015
Durée : 1H 30 min
Les notations employées dans l'énoncé doivent être respectées.
Exercice 1. Soit le circuit de la gure 1. La tension d'entrée Ve est sinusoï-
dale alternative. Sa valeur ecace est de 10V . La diode est supposée idéale.
Prenons RL = 220Ω.
1. Quel est l'état de la diode quand Ve 0 ? En déduire la relation entre
Ve et VS.
2. Quel est l'état de la diode quand Ve 0 ? En déduire la valeur de la
tension VS.
3. Tracer sur un même graphe les courbes représentant Ve et VS en
fonction du temps.
4. Calculer la valeur moyenne de la tension VS.
5. Calculer le taux d'ondulation du signal redressé. Quel est l'intérêt de
ce facteur ?
6. Dénir le rendement du redresseur. Calculer sa valeur.
7. Conclure sur l'ecacité du montage étudié.
Exercice 2. Soit le montage de la gure 2. La diode Zéner a pour carac-
téristiques VZ = 5.16V et RZ = 4.2Ω. Prenons Rp = R = 500Ω.
1. Exprimer la tension de sortie us en fonction de la tension d'entrée
lorsque la diode est bloquée ?
2. Exprimer us en fonction de u lorsque la diode est passante ?
3. Tracer la caractéristique de transfert us = f(u).
4. On suppose que la diode assure la stabilisation quand 10mA Iz 30mA,
et pour simplier, on suppose également, pour cette question, que
RZ = 0Ω. Déterminer la plage de la tension u dans laquelle il y a
stabilisation, c'est-à-dire les valeurs de umin et umax.
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ENSAO
Année 2014/2015
Figure 1 redressement mono-alternanace
Figure 2 stabilisateur de tension par diode Zéner
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ENSAO
Année 2013/2014
Examen d'électronique Analogique
Session de rattrapage
Durée : 1H 30min
Questions de cours.
1. En se basant sur un schéma simplié, décrire le principe de fonc-
tionnement d'un transistor npn. Les jonctions sont-elles polarisées en
direct ou en inverse ?
2. Quels sont les diérents modes de fonctionnement d'un transistor ?
Donner les caractéristiques de chaque mode.
3. quel critère doit-on regarder pour bien choisir le point de polarisation.
Exercice 1. On considère le circuit de la gure 1. On prenda pour la diode
le modèle à seuil (V0 = 0, 6V ). On donne : R1 = R2 = 1kΩ.
1. Pourquoi remplace-t-on la diode par des modèles linéaires ?
2. Simplier le circuit de la gure 1 en utilisant le théorème de Thevenin.
3. Quelle est la condition sur la tension d'entrée pour que les deux diodes
soient blouqées ?
4. Tracer la caractéristique de transfert Vs = f (Ve).
5. Tracer la tension de sortie si Ve = 16 sin (100πt). Prendre pour l'échelle :
1cm pour 2V et 1cm pour 1ms.
Exercice 2. Le schéma d'un étage amplicateur à transistor est donné à
la gure 2.
- Quel est le type de montage utilisé pour réaliser cet amplicateur ? Justiez
votre réponse. Quelles sont ses caractéristiques ?
1. On veut polariser le transistor à IB0 = 20µA et VCE0 = 6V , trouver
les valeurs des résistances Re1 et R2 assurant ce point de repos.
On prend :VBE = 0, 6V , β = 150, VCC = 12V , R1 = 90kΩ, Re2 =
500Ω et Rc = 1kΩ.
2. Donner le schéma équivalent 1 au montage aux petites variations im-
posées par le générateur (eg, Rg). On prend : h12 = 0.
3. Calculer le gain en tension de l'étage Av = vS/ve. En déduire le gain
en tension à vide Av0.
5. Calculer la résistance de sortie de l'étage Zs.
Prenons : h11 = 1kΩ, ρ = 1
h22
= 4kΩ, Rg = 5kΩ et RL = 1kΩ.
1. Pour cette question, on suppose que les capacités ont une impédance négligeable à
la fréquence de travail
1

ENSAO
Année 2013/2014
2

ENSAO
Année 2013/2014
Examen d'électronique Analogique
Durée : 1H 30 min
Questions de cours.
1. En se basant sur un schéma simplié, décrire le principe de fonc-
tionnement d'un transistor npn (donner uniquement les processus les
plus importants). Les jonctions sont-elles polarisées en direct ou en
inverse ?
2. Quels sont les diérents modes de fonctionnement d'un transistor ?
Donner les caractéristiques de chaque mode.
3. Y-a-il une relation entre le circuit de polarisation et le point de repos
d'un transistor ? Justier votre réponse. Quels sont les paramètres
physiques qui pourraient inuencer la stabilité du point de polarisa-
tion ?
Exercice 1. On considère le circuit de la gure 1. On prenda pour les deux
diodes le modèle idéal.
1. Dénir les valeurs de la tension d'entrée ve pour lesquelles les deux
diodes sont bloquées.
2. Donner, dans ce cas (les deux diodes sont bloquées), le schéma équi-
valent du circuit et l'expression de ie en fonction de ve.
3. Tracer la caractéristique ie en fonction de ve lorsque La tension d'en-
trée varie entre 0 et 10V .
Exercice 2. Le schéma d'un étage amplicateur à transistor, alimenté sous
une tension Vcc = 15V , est donné par le montage de la gure 2. Il uti-
lise, à T = 25◦C, un transistor caractérisé par : β = 100, VBE = 0, 6V ,
ρ = 26, 5kΩ = 1/h22 et h11 = 625Ω.
1. Quel est le type de montage utilisé pour réaliser cet amplicateur et
quelles sont ses propriétés principales ?
2. Quelle valeur doit-on donner aux résistances R1 et R2 pour polariser
le transistor avec un courant de repos de collecteur IC = 4mA, et que
le courant Ip circulant dans R2 soit 10 fois supérieur à IB ?
3. Dessiner le schéma équivalent du montage pour les petites variations
aux fréquences moyennes, prenons h12 = 0.
4. Montrer que iC = αiB. Donner l'expression et la valeur de α.
5. Calculer le gain en tension de l'étage Av = vS/ve. En déduire le gain
en tension à vide Av0.
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ENSAO
Année 2013/2014
7. Calculer l'impédance de sortie de l'amplicateur Zs.
Données : RC = 1, 2kΩ, RE = 1kΩ, R = 50Ω et RL = 6kΩ.
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ENSAO
Année 2013/2014
Figure 1 générateur à diode
Figure 2 Apmlicateur à transistor
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ENSAO
Année 2012/2013
Durée : 1H 30
Exercice 1. Soit le circuit de la gure 1. On prenda pour les deux diodes
le modèle idéal. La tension d'entrée est comprise entre 0 et 40V , E2 = 20V
et E1 = 10V .
1. Dénir les valeurs de Ve pour lesquelles les deux diodes sont bloquées,
en déduire celles pour lesquelles la diode D1 est passante.
2. Donner, dans ce premier cas (les deux diodes sont bloquées), le schéma
équivalent du circuit et l'expression de Vs en fonction de Ve.
3. Dans le cas où D1 est passante, quelle est la condition sur Ve pour
que D2 soit bloquée.
4. Donner, dans ce deuxième cas, le schéma équivalent du circuit et
l'expression de Vs en fonction de Ve.
5. En déduire les valeurs de Ve pour lequelles les deux diodes sont pas-
santes.
6. Donner, dans ce troisième cas, le schéma équivalent du circuit et l'ex-
pression de Vs en fonction de Ve.
7. Dans ce dernier cas, quelle est le rapport des résistances R2/R pour
avoir une pente de 1/4 sur la caractéristique de la gure 2.
8. Compléter la caractéristique de transfert donnée à la gure 2. Quelle
est la tension de sortie maximale ?
Exercice 2. On se propose d'étudier le montage élémentaire de la gure 3
utilisant deux alimentations symétriques +V cc et −V cc.
1. Etude statique
(a) Quel est le type de montage utilisé pour réaliser cet amplicateur
et quelles sont ses propriétés principales ?
(b) Quel sont les rôles des condensateurs C1 et C2 ?
(c) On désire que le point de repos soit IC0 = 1, 5mA et VCE0 = 5V ,
calculer la valeur de Rb. β = 180 et VBE = 0, 65V .
2. Etude en petits signaux 1
(a) Dessiner le schéma équivalent du montage, prenons h12 = h22 = 0.
(b) Donner les expressions littérales puis numériques du gain en ten-
sion Av = vS/ve et de l'impédance d'entrée Ze.
(c) Donner l'expression de l'impédance de sortie de l'amplicateur Zs.
Données : h11 = 3kΩ, Re = RL = 10kΩ, Rg = 1kΩ et VCC = 10V .
1. Pour cette étude on supposera que les condensateurs présentent une impédance nulle
à la fréquence de travail.
1

ENSAO
Année 2012/2013
Figure 2 caractéristique sortie-entrée
2

ENSAO
Année 2012/2013
Durée : 1H 30
Exercice 1. Le circuit de la Figure 1a est alimenté par la tension d'entrée
représentée à la gure 1b.
1. Prenons pour la diode le modèle à seuil V0 = 0, 7V . Donner la forme
graphique, les schémas équivalents et la forme analytique de ce mo-
dèle.
2. Tracer la caractéristique de transfert vs = f (ve).
3. Donner la forme de la tension de sortie vs(t) en fonction du temps en
utilisant les résultats de la question précédente.
4. Déterminer la valeur de la résistance R pour que le courant traversant
la diode ne dépasse pas 30mA.
5. Calculer le courant moyen (sur une période).
Exercice 2. Le schéma d'un étage amplicateur à transistor est donné à
la gure 2.
- Quel est le type de montage utilisé pour réaliser cet amplicateur(EC, BC
ou CC) ? Justiez votre réponse.
1. Déterminer les coordonnées du point de fonctionnement IC0 et VCE0.
Données : R1 = 22kΩ, R2 = R = 10kΩ, RE = 1kΩ et RC = 2, 2kΩ.
VBE = 0, 7V , β = 180 et VCC = 10V .
2. Donner le schéma équivalent 1 au montage aux petites variations im-
posées par le générateur (Eg, Rg). On prend : h12 = 0.
3. Prenons R//h11 ≈ h11, simplier le schéma équivalent précédent.
4. Déterminer l'expression du gain en tension du montage Av = vS/ve.
5. Déterminer la résistance d'entrée du montage Ze.
6. Donner l'expression de la résistance de sortie du montage Zs.
1. Pour cette question, on suppose que les capacités ont une impédance négligeable à
la fréquence de travail
1

ENSAO
Année 2012/2013
2

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