Diode et transistor cours+exo

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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

    3

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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

    4

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    17

    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

    217

    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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    fonctions de llectronique

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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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    fonctions de llectronique

    220

    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

    221

    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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    fonctions de llectronique

    222

    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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    13/16

    17. Diodes et transistors

    223

    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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    fonctions de llectronique

    224

    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

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    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