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Travaux Pratiques d’Electronique Analogique Le contenu avec les titres en couleur
CARACTERISTIQUE STATIQUE D’UNE DIODE
Identification rapide d’une diode
Réaliser le montage de la figure représentée ci-dessous dans lequel D représente la diode à identifier. Régler la fréquence du générateur sinusoïdal à environ 1KHZ et l’offset à zéro. Observer à l’oscilloscope les tensions u et v. Augmenter éventuellement l’amplitude de u de manière à observer l’effet zener. Déduire des observations précédentes :• Les positions respectives de l’anode et de la cathode de la diode D,• La nature du matériau constituant la diode• La valeur de la tension zener Vz.
Relevé de la caractéristique i = f(v)
On réalisera le montage ci-dessous dans lequel E représente la tension d’offset du générateur.
La résistance R1 est une résistance de protection. R2 permet de visualiser le courant dans la diode. Entre les points A et M on a donc un dipôle. VAM représente la tension aux bornes de ce dipôle et VBM le courant (VBM = R2 i)Si le générateur de tension continue E était le seul générateur du circuit, la droite de charge serait définie par VAM = E – R1 i et le point de fonctionnement serait Q. Le générateur de tension sinusoïdale u permet de faire varier la droite de charge entre 2 positions extrêmes. Le point de fonctionnement va donc se déplacer entre P et R sur la caractéristique du dipôle. On visualisera donc sur l’oscilloscope cette portion de courbe PQR.
En modifiant les valeurs de E et de u on peut donc visualiser telle ou telle partie de la caractéristique du dipôle.
Caractéristique directe
Pour les valeurs suivantes du courant I = 0.1 ; 1mA relever les valeurs de VAM ainsi que celle de la résistance dynamique du dipôle :rd = VAM / iEn déduire les valeurs de la résistance dynamique de la diode r = VAM / i = rd – R2 .Comparer ces dernières aux valeurs théoriques déduites de l’expression :I = I0exp(qV/kT) qui entraîne dI/dV = 1/r = qI/kT
Avec q=1.6 10-19 C ; k = 1.38 10-23 J/K et T = 300 K.
Caractéristique inverse
Changer la polarité de la f.e.m E ( c’est-à-dire de la tension d’offset) de manière à observer la caractéristique du dipôle dans le 3ème quadrant (I et V négatifs).Mesurer alors la valeur de la tension de coude Vz ainsi que la valeur de la résistance dynamique de la diode dans la région Zener. On fera cette dernière mesure pour un courant inverse de 1mA.
APPLICATIONS ELEMENTAIRES
On commencera par ramener la tension d’offset à zéro
Redressement
Redressement sur charge résistive ( R=1K)
On prendra pour u une amplitude de l’ordre de 3V et une fréquence de 1KHz. Relever les courbes u(t) et v(t).Augmenter ensuite l’amplitude de u jusqu’à ce que l’effet Zener de la diode apparaisse. Expliquer la nouvelle forme de v(t).
Redressement sur charge capacitive
Recommencer l’expérience précédente en ajoutant le condensateur C = 0.22F en parallèle sur la résistance R = 1K.
Redressement par pont de Graetz sur charge capacitive
En utilisant un pont de Graetz relever la forme de v(t).
•Quel est le rôle du transformateur
•Augmenter la valeur de la résistance R jusqu’à 100K. que constatez-vous ?
•Démontrer ces résultats de manière théorique.
Circuit d’alignement
Mêmes questions que ci-dessus. Comment expliquez-vous les formes de v(t). TP N°2 ETUDE D’UNE ALIMENTATION STABILISEE
MATERIEL NECESSAIRE :Appareils
•Un oscilloscope 2 voies
•Une alimentation stabilisée variable (0-15V)
•Un générateur de tension sinusoîdale possédant une tension d’offset.
•Une platine de câblage
Composants
•Une diode Zener (6,8V, de puissance max : Pmax = 110mW
•Un transistor NPN
•Un condensateur C = 0,47 F
Résistances: deux de 4,7 K et une des valeurs suivantes: 2,7 k ; 2,2 K ; 1,8 K ; 1,5 K ; 1,2 K ; 1 K ; 470 ; 330 ; 220 ; 100
SOURCE DE TENSION NON REGULEE
On utilise le générateur de tension sinusoïdale avec un offset E = 10 V et une amplitude du signal sinusoïdal égale à 2 V , la fréquence étant de 5 KHz. La résistance interne de ce générateur pouvant être non négligeable on commencera par la déterminer. Pour cela on utilisera la méthode du diviseur potentiométrique illustrée ci-dessus.
ALIMENTATION ELEMENTAIRE
Elle est réalisée suivant le schéma ci-dessous. Montrer tout d’abord que compte tenu des valeurs numériques E =10 V; u =2V ; Pmax=ll0mW et Vz =6,8V , la résistance de protection R a une valeur suffisante. Déterminer théoriquement la valeur maximale du courant d’utilisation qui conduit à un fonctionnement correct de l’alimentation. La charge étant constituée d’une résistance Ru, déterminer la valeur minimale de Ru qui permet un fonctionnement correct. Quel est alors le courant moyen Iu dans la charge. La tension V aux bornes de l’utilisation est une fonction de la force électromotrice E’ = E + u de la source et du courant d’utilisation Iu .On a donc : V=f (E’, Iu) d’où :dV = f/E’ . dE’ + f/ Iu . d Iu = k.dE’ – .d Iu .expression dans laquelle K est le coefficient de régulation et la résistance interne. On a donc K = ( dV/dE’ )dIu=0 soit K = (V /u) Iu=cste et = -(dV/dIu) dE’=0 = – (V/Iu) u=0
Détermination de k
Pour avoir Iu = constante nous allons remplacer l’utilisation par un générateur de courant. On réalisera le montage ci-contre utilisant un transistor NPN silicium. Le courant de base étant négligé le potentiel de la base est donc sensiblement égal à 5 V et celui de l’émetteur VEM=4,4V. Le choix de RE imposera donc le courant d’émetteur et par voie de conséquence le courant de collecteur égal au courant d’utilisation Iu .u Rechercher expérimentalement la valeur maximale du courant Iu qui permet un fonctionnement correct de l’alimentation. Pour cela on prendra successivement pour RE les valeurs 2,7 K ; 2,2 K ; 1,8 K ;1,5 K et 1,2 K en contrôlant la tension V à l’oscilloscope. Prendre RE = 2,2 K ce qui conduit à Iu = 2 mA. Mesurer alors l’amplitude de la variation de V, la comparer à u et en déduire la valeur de K Déterminer également K pour Iu =0.
Détermination de P
Vérifier que u=0 et faire varier le courant d’utilisation. On réalisera pour cela le montage ci-contre. Les variations du potentiel de base imposées par le générateur eg entraîneront des variations du courant Iu .Régler eg pour que VE ait une variation vE= VE d’amplitude crête à crête voisine de 2V.On aura alors Iu = VE / RE Mesurer alors la variation v =V. Vérifier que v et vE sont en opposition de phase et déduire la valeur de la résistance interne.
AMELIORATION DES PERFORMANCES
La principale limitation de l’alimentation précédente est la faible valeur du courant d’utilisation qu’elle est susceptible de fournir. Pour remédier à cet inconvénient on utilise un transistor appelé » ballast » destiné à fournir le courant Iu à l’utilisation sans que ce courant traverse la diode Zener. Le montage de l’alimentation stabilisée avec transistor ballast est représenté sur le schéma ci-dessous, sur lequel la résistance R = 1K permet d’alimenter la diode Zener. L’utilisation étant une résistance Ru, déterminer la valeur minimale de Ru qui permet un fonctionnement correct de l’alimentation. Quel est alors le courant moyen 1 dans la charge? Comparer les performances de cette alimentation avec celles obtenues lors de l’étude similaire effectuée sur l’alimentation élémentaire.
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