3. Transistor bipolaire en commutation (sans ... - IUT en Ligne

Exercices sur la mise en ?uvre des transistors Ce document est une compilation des exercices posés en devoirs surveillés
d'électricité au département Génie Electrique et Informatique Industrielle
de l'IUT de Nantes. Ces devoirs se sont déroulés généralement sans
documents, sans calculette et sans téléphone portable... Les devoirs d'une durée de 80 min sont notés sur 20 points. Donc chaque
point proposé au barème correspond approximativement à une activité de 4
min. Ces exercices utilisent les connaissances développées dans la ressource
Baselecpro sur le site IUTenligne.
Un corrigé avec barème de correction est remis aux étudiants en sortie du
devoir (C'est souvent le seul moment où ils vont réfléchir à ce qu'ils ont
su (ou pas su) faire dans ce devoir) Personnellement, je me refuse à manipuler le barème d'un devoir lors de la
correction dans le but d'obtenir une moyenne présentable. (ni trop ni trop
peu...)
La moyenne d'un devoir doit refléter l'adéquation entre les objectifs de
l'enseignant et les résultats des étudiants.
Les documents proposés ici sont délivrés dans un format qui permet tout
assemblage/désassemblage ou modification à la convenance de l'utilisateur.
Les dessins et les équations ont été réalisés avec Word97. Nos étudiants disposent d'une masse considérable d'informations sur
internet. Les enseignants sont maintenant soucieux de leur apprendre à
utiliser intelligemment cet immense champ de connaissance. Ils leur
apprennent notamment à citer les sources...
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Internet autre que le site IUT en ligne est interdite Une version de Baselecpro est disponible sous forme d'un livre aux éditions
Ellipses dans la collection Technosup sous le titre
ÉlectricitÉ gÉnÉrale - Les lois de l'électricité
Michel PIOU - Agrégé de génie électrique - IUT de Nantes - France
Table des matières
1. Question de cours (1 pt) 1
2. Point de fonctionnement de la jonction base-émetteur d'un transistor
bipolaire (3 pts) 3
3. Transistor bipolaire en commutation (sans calculette) (3,5 pts) 4
4. Transistor bipolaire en commutation (avec calculette) (3,5 pts) 5
5. MOS de puissance en zone ohmique (avec calculette) (4 pts) 6
6. Commande d'une LED avec un transistor bipolaire en commutation: (4
pts) 7
7. Commande d'un transistor MOS en commutation. Droite de charge (3 pts)
8
8. Photo transistor et droite de charge (4 Pts) 9
9. Détecteur de lumière à phototransistor (9,5 Pts) 10
10. Circuit de commande d'un afficheur 4 chiffres (8 pts) 13
11. Commande d'un moteur par un hacheur réversible à 3 transistors (8 pts)
16 1 Question de cours (1 pt)
Associer par des flèches les électrodes des transistors avec leur
dénomination. Corrigé :
Variante (1 pt)
Associer par des flèches les électrodes des transistors avec leur
dénomination.
Corrigé :
Variante (1 pt)
Associer par des flèches les électrodes des transistors avec leur
dénomination.
Corrigé : 2 Point de fonctionnement de la jonction base-émetteur d'un transistor
bipolaire (3 pts) On souhaite déterminer le point de fonctionnement de la jonction base-
émetteur du transistor placé dans le montage ci-contre. a) Exprimer la relation Vbe en fonction de Ib pour le dipôle constitué de
la source « e » et de la résistance « Rb » (à gauche des points A et B) Sachant que [pic] et que [pic], représenter le graphe de cette fonction
[pic] sur le graphe ci-dessus. b) La caractéristique [pic] déjà présente (en trait gras) sur le graphe ci-
dessus représente la relation entre la tension et le courant dans le dipôle
base-émetteur (à droite des points A et B).
En déduire graphiquement la valeur de [pic] et la valeur de [pic] dans le
montage ci-dessus. c) Lorsque le courant [pic] est supérieur à quelques [pic], on peut
modéliser la jonction base-émetteur par une source de tension [pic].
Calculer la valeur numérique de [pic] obtenue avec ce modèle
(En l'absence de calculette, le résultat sera donné sous forme d'une
fraction)
Corrigé :
a) [pic] [pic]
[pic] Le point de fonctionnement du montage se situe à l'intersection de la
droite [pic] et de la courbe caractéristique [pic] de la jonction base-
émetteur.
On en déduit graphiquement [pic] et [pic]
c) [pic] [pic] 3 Transistor bipolaire en commutation (sans calculette) (3,5 pts) Un capteur de position délivre une tension « e » positive. Cette tension
doit être « adaptée » pour piloter en tout ou rien une charge qui se
comporte comme une résistance [pic] alimentée sous [pic]. Dans ce but, on
propose de mettre en ?uvre le montage ci-contre. Le transistor utilisé possède les caractéristiques suivantes : [pic] ;
[pic] ; [pic] ([1]) ; [pic] a) Déterminer l'intervalle des valeurs de « e » pour lesquelles le
transistor est bloqué. Justifier en quelques mots
b) Lorsque [pic], on souhaite que le transistor soit saturé avec un
coefficient de sursaturation (ou de sécurité) au moins égal à 2. Calculer
le courant de base nécessaire ainsi que la valeur maximum de [pic].
Corrigé :
a) Transistor bloqué [pic] [pic] [pic]
b) Lorsque [pic] : Transistor saturé de façon certaine [pic] ; [pic]
[pic][pic].
4 Transistor bipolaire en commutation (avec calculette) (3,5 pts) Un capteur de position délivre une tension « e » positive. Cette tension
doit être « adaptée » pour piloter en tout ou rien une charge qui se
comporte comme une résistance [pic] alimentée sous [pic]. Dans ce but, on
propose de mettre en ?uvre le montage ci-contre. Le transistor utilisé possède les caractéristiques suivantes : [pic] ;
[pic] ; [pic] ([2]) ; [pic] a) Déterminer l'intervalle des valeurs de « e » pour lesquelles le
transistor est bloqué.
b) Lorsque [pic], on souhaite que le transistor soit saturé avec un
coefficient de sursaturation supérieur ou égal à 2. Calculer le courant de
base nécessaire ainsi que la valeur maximum de [pic]. Corrigé :
5 MOS de puissance en zone ohmique (avec calculette) (4 pts) De façon à commander en tout ou rien une charge résistive de 10 ? sous
300 V, on veut mettre en ?uvre le transistor MOS ci-contre. a) Lorsque le transistor MOS fonctionne en zone ohmique, il se comporte
comme une résistance [pic].
Calculer dans ce cas, les valeurs de [pic] et de [pic]. Corrigé : a) [pic] [pic]. 6 Commande d'une LED avec un transistor bipolaire en commutation: (4 pts)
Les caractéristiques du transistor bipolaire utilisé sont les suivantes :
[pic] ; [pic] ; [pic]
On suppose [pic] lorsque le transistor est bloqué.
La LED présente une tension [pic] de l'ordre de 1,8 V. La tension de commande « e » est une tension carrée 0V / 5V. En déduire la valeur que doit présenter [pic] pour que le courant dans la
LED soit de l'ordre de 10 mA lorsque le transistor est saturé. Déterminer la valeur limite de [pic] qui permet de saturer le transistor de
manière certaine, avec un coefficient de sursaturation supérieur ou égal à
2. (Le coefficient « 2 » assure une marge de sécurité garantissant la
saturation).
Cette valeur de [pic] est-elle un maximum ou un minimum (Justifier en
quelques mots) Corrigé : Lorsque le transistor est saturé : [pic], [pic], [pic] et [pic], donc [pic]
avec [pic].
On en déduit que [pic]
Pour que le transistor soit saturé, il faut [pic]. Pour que la relation soit toujours vérifiée, quelque soit [pic], il faut
considérer le cas le plus défavorable :
Il faut prendre [pic]. On propose de prendre un coefficient de sursaturation de 2 [pic] Loi d'Ohm : [pic] 7 Commande d'un transistor MOS en commutation. Droite de charge (3 pts)
Dans le montage ci-contre, [pic]. a) On suppose [pic] lorsque le transistor MOS est bloqué et [pic] lorsque
le transistor MOS est passant en zone ohmique.
Positionner sur le schéma ci-contre les tensions fléchées [pic] et [pic] Déterminer la valeur approchée de [pic] lorsque le transistor est passant
en zone ohmique. b) En réalité, lorsque le transistor MOS est passant (en zone ohmique), la
tension [pic] n'est pas tout à fait nulle. On veut maintenant étudier le
montage de façon plus précise : La loi des mailles permet de montrer que [pic].
(Le graphe de cette droite est tracé en superposition sur le réseau de
courbes ci-contre (extrait de la documentation constructeur du MOS)). Le point de fonctionnement du transistor MOS est à la fois sur la droite
[pic] précédente car la relation [pic]doit être vérifiée, et en même temps
sur une caractéristique du réseau de courbes [pic] du constructeur. Estimer les valeurs de la tension [pic] et la valeur du courant [pic] si
[pic]. Corrigé :
8 Photo transistor et droite de charge (4 Pts)
a) Déterminer l'équation de la droite de charge [pic] en fonction de
[pic].
Représenter cette droite de charge Sur le graphe ci-contre. b) Faire figurer le point de fonctionnement sur le graphe ci-contre lorsque
le phototransistor est éclairé avec 1 mW/cm2 .
En déduire la valeur de [pic] dans ce cas c) Faire figurer le point de fonctionnement sur le graphe ci-contre lorsque
le phototransistor e