Poly td ea

Université Mohamed Premier
Ecole Nationale des Sciences
Appliquées
Oujda – Maroc
2ème année du Cycle Intégré Préparatoire :
Sciences et Techniques Pour l’Ingénieur (STPI)
Edition 2016

Objectifs
Savoir analyser un circuit et en déduire son comportement.
Comprendre le fonctionnement des composants actuels de l'électronique :
Diode - transistor, et leurs circuits associés.
Sommaire
- Chapitre1 : Les Quadripôles
- Chapitre2 : Les Filtres passifs
- Chapitre3 : Les semiconducteurs
- Chapitre4 : Les Diodes
- Chapitre5 : Les Transistors
- Chapitre6 : Polarisation des transistors & Montages amplificateurs

/2
UNIVERSITE MOHAMMED PREMIER
Ecole Nationale des Sciences Appliquées (ENSA)
Oujda
‫اﻷول‬ ‫ﷴ‬ ‫جامعة‬
‫التطبيقية‬ ‫للعلوم‬ ‫الوطنية‬ ‫المدرسة‬
‫وجدة‬
Electronique Analogique
TD1 : Quadripôles
2ème STPI Année 2015-2016
Exercice 1 :
Soit le quadripôle ci-dessous :
On se propose de calculer ses matrices caractéristiques en
régime sinusoïdal établi.
1. Calculer la matrice de transfert ou matrice de chaîne
par la méthode directe, terme à terme et en
décomposant ce quadripôle en 2 quadripôles
élémentaires.
2. Calculer la matrice impédance. Conclure
3. On alimente le quadripôle par un générateur de tension
sinusoïdale idéal )cos(.)(1 tEtv  et chargé par une
admittance LY
a. Exprimer la tension de sortie aux bornes de la charge
2v en fonction de 1v , LY et les paramètres admittance du quadripôles.
b. Exprimer la tension de sortie en fonction de R, C, ω et
L
L
Y
Z
1

c. En déduire la fonction de transfert
1
2
)(
v
v
jT 
Exercice 2 :
Soit un quadripôle Q décrit par sa matrice de transfert :
  






DC
BA
T
1. Calculer l’impédance d’entrée du quadripôle dans chacun des cas suivants :
a. Si sa sortie est en circuit ouvert.
b. Si sa sortie est en court-circuit.
c. S’il est chargé par une résistance R.
2. Calculer son impédance de sortie lorsqu’il est alimenté par une source d’impédance interne  .
Exercice 3 :
On considère le quadripôle actif ci-contre.
I est une source de courant liée à la tension d’entrée 1V par
la relation 1kVI  .
1. Déterminer les coefficients de la matrice de chaîne.
2. Le quadripôle est attaqué par un générateur de f.e.m.
E et d’impédance interne gZ , et il est fermé sur une
charge uZ .
 Calculer, en fonction des paramètres de chaîne, les transmittances en tension et en
courant, ainsi que les impédances d’entrée et de sortie.
I2
I1
V2V1 C G
C
I=kV1
+
C
RR
I1 I2
V1
V2
C
RR
V1 V2
YL

/2
Exercice 4 :
Un quadripôle est terminé par une résistance de charge R.
1. Trouver l’expression de ⁄ en fonction des paramètres de la matrice de chaîne.
2. Trouver l’expression de en fonction des paramètres de la matrice hybrides
3. Trouver l’expression de en fonction des paramètres de la matrice Z sachant que le quadripôle
est attaqué par un générateur de tension , d’impédance
Exercice 5 :
On se propose d’étudier les caractéristiques du montage de la figure (II.1) qui inclut un quadripôle
constitué des éléments C, μ. et R.
1. Par la méthode de votre choix, déterminer les paramètres impédances de ce quadripôle
2. Déterminer l’expression du gain en tension ⁄ .
3. Déterminer l’expression du gain en tension à vide
4. Déterminer l’expression de la résistance d’entrée .
5. Déterminer l’expression du gain en tension composite et montrer qu’il est de la forme :
où G est un nombre réel. On précisera l’expression de G et de .
Exercice 6 :
Soit le quadripôle en  suivant :
1. Déterminer les paramètres .
2. Calculer ES VV lorsque 0Si à vide et lorsque le quadripôle est fermée sur une charge .
3. Calculer l’impédance d’entrée .
4. Calculer l’impédance de sortie .
VSVE
C1
L R1
C2 R2

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Oujda
‫وجدة‬
TD n°2 : Filtres passifs
Exercice 1 :
Soit le circuit suivant:
1. Donner l’expression de la fonction de transfert et calculer la
fréquence de coupure du circuit cf ?
2. Que valent SU , dBG et la déphasage  à la fréquence de
coupure ?
3. Que valent SU , dBG et la déphasage  à 10cf , 2/cf et cf.10
?
4. Tracer les diagrammes de Bode de ce circuit.
Exercice 2 :
On a réalisé un filtre passe bas à l’aide un condensateur de capacité C et d’une résistance 1 Ω. La
tension d’entrée a la valeur efficace 6 . On mesure la tension de sortie en fonction de la
fréquence, d’où le tableau suivant :
1. Tracer le diagramme de Bode en gain de ce filtre (sur une fille semi-logarithmique).
2. Déterminer la fréquence de coupure
3. En déduire la capacité C du condensateur.
Exercice 3 :
On considère le circuit suivant.
ve (t) est une tension sinusoïdale de pulsation  variable.
1. Déterminer la fonction de transfert
E
S
V
V
jH )( 
2. Représenter le diagramme de Bode.
3. Déterminer la fréquence de coupure. A.N. R = 500 k, C =
0.1 nF.
4. C = 40 nF, pour quelle valeur de R la tension de sortie est-elle affaiblie de 10dB pour f=500 Hz ?
5. On observe la tension )(tvs à l’aide d’un oscilloscope ayant une impédance d’entrée due au
groupement parallèle ( 00 ,CR ). Déterminer la nouvelle fréquence de coupure.

/2
Exercice 4 :
On considère le circuit suivant, où la tension d’entrée est sinusoïdale de
pulsation 
1. Que devient la fonction de transfert eS UUjH )(  dans les cas
extrêmes des très faibles et des très hautes fréquences ?
2. Etablir l’expression de )( jH ; on introduira la pulsation
particulière 0 que l’on exprimera en fonction des caractéristiques du circuit. Retrouver les valeurs
extrêmes précédentes.
 Dans l’exemple concret où  kR 151 ,  kR 202 , et nFC 15 , calculer H(0) et 0f . Quelle est la
fréquence de coupure à -3dB. Tracer le diagramme de Bode.
Exercice 5 :
On considère le circuit R, L, C série ci-dessous alimenté par une tension sinusoïdale de pulsation .
1. Déterminer la fonction de transfert,
e
S
V
V
jH )(  ,). On posera : 1.. 2
0 CL ,
0

x ,
R
L
Q 0

2. Tracer les diagrammes de Bode.
Exercice 6:
Soit le filtre RLC, représenté ci-dessous, alimenté par une source sinusoïdale. On donne : C = 20 nF,
L = 0.2 H et R = 100 
1. Montrer qualitativement qu’un tel filtre est passe-bande.
2. Donner l’expression de la fonction de transfert ; H( .j )
3. Déterminer la pulsation propre 0 de ce filtre, ainsi que le facteur de qualité.
4. Exprimer le gain G et la phase  en fonction de la fréquence.
5. Pour quelle valeur de le gain est-il maximal ? Calculer ce gain maximal. En déduire les
pulsations de coupure à -3dB et la bande passante du filtre ainsi constitué.

usue
R1
R2 C
C

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Oujda
‫وجدة‬
TD n°3 : Les semi-conducteurs
Exercice 1 :
Pour doper un échantillon de silicium, on peut utiliser des composés tels que le phosphore (P) ou bien
encore le bore (B).
1. Déterminer quel est le type de dopage induit par ces composés, dès lors qu'on les introduit
dans un monocristal de silicium.
2. Pour chacun des trois cas suivants, déterminer les concentrations (et le type) des porteurs
majoritaires, minoritaires
 Cas 1 : dopage au phosphore à
 Cas 2 : dopage au bore à ,
 Cas 3 : co-dopage au phosphore à et au bore à
On donne
Exercice 2:
I. Répondre brièvement aux questions suivantes.
1. Quelles sont les charges qui se déplacent dans une jonction pn les électrons ou les trous ?
2. Quelle la charge globale d’un semi-conducteur dopé N ?
3. Qu’est-ce qui crée le déplacement des porteurs dans une jonction pn ?
II. On réalise une jonction semi-conductrice à partir de silicium dopé.
1. Expliquez pourquoi dans une jonction pn la région située au voisinage du plan de séparation des deux
semi-conducteurs est une zone de désertion.
2. Préciser sur un schéma la nature des charges fixes qui s’établissent de part et d’autre du plan de
jonction.
3. Dans quelle partie de la jonction s'étend la zone de désertion si 315
10 
 cmNA et 317
10 
 cmND ?
Exercice 3 :
Calculer la résistance d’un barreau de semi-conducteur de surface 2
1mm , de longueur 1 mm dans les deux
cas suivants :
1. Le barreau est en silicium intrinsèque ( 310
10 
 cmni , 112
1500 
 sVcmn ,
112
500 
 sVcmp ).
2. Le barreau est dopé avec du Bore, qui se trouve dans la colonne 3 de la classification périodique,
pour obtenir  = 1,56 .cm.
3. Dans le deuxième cas, calculer la concentration en Bore ainsi que les concentrations en électrons et
en trous sachant que 112
1000 
 sVcmn , 112
400 
 sVcmp .
Exercice 4 :
Dans cet exercice on prendra les valeurs suivantes concernant le silicium :
La concentration intrinsèque 310
105.1 
 cmni à 300°K. Les mobilités sont pour les électrons
112
0150 
 sVcmn et pour les trous 112
050 
 sVcmp . On rappelle également les valeurs des constantes
universelles suivantes : Ce 19
106.1 
 ; 123
1038.1 
 JKk .
A. Semi-conducteur intrinsèque :

/2
1. Calculer la conductivité i et la résistivité i du silicium intrinsèque à 300°K. Préciser les unités
de ces deux grandeurs.
2. Calculer la résistance iR d’un barreau de silicium intrinsèque à 300°K ayant pour une longueur
l = 5cm et pour une section S = 2
2mm .
3. La résistance iR précédente est maintenant portée à la température de 400°K. Sans effectuer de
calculs, indiquez en justifiant votre réponse si la résistance sera nettement plus petite,
sensiblement identique ou nettement plus grande que celle obtenue à 300°K ?
B. Semi-conducteur extrinsèque, réalisation d’une jonction :
Un échantillon A de silicium intrinsèque est dopé avec des atomes d’antimoine (Sb) appartenant à la
colonne V de la classification périodique des éléments. La concentration en atomes d’impureté est de
315
10 
cm .
1. Préciser la nature du matériau obtenu (type P ou type N).
2. En déduire les concentrations en électrons libres et en trous de ce semi-conducteur extrinsèque.
3. On cherche à réaliser une jonction en associant à la partie A une partie B.
Quelle est la nature des impuretés à utiliser pour réaliser la partie B et dans quelle colonne
se situent ces atomes d’impuretés ?
4. On suppose que la concentration des atomes d’impuretés de la partie B est de 317
10 
cm . calculer
le potentiel de diffusion de la jonction réalisée. On rappelle que : 2
ln
i
DA
d
n
NN
e
kT
V 
Exercice 5 :
Dans une jonction PN, on a supposé que les semi-conducteurs P et N étaient équipotentiels en dehors de la
zone de charge d’espace (de largeur L sur la figure). Dans cette hypothèse, la d.d.p appliquée aux bornes de la
diode se retrouve intégralement aux limites de la zone de charge d’espace.
En réalité, l’expression que l’on a démontrée,








 1KT
qV
S eII est correcte lorsque V exprime la d.d.p aux
limites de la zone de charge d’espace. Le but de ce problème est d’évaluer dans quelles conditions cette
valeur V peut être confondue avec la d.d.p totale tV appliquée aux bornes de la diode.
On néglige l’épaisseur L de la zone de charge d’espace devant les longueurs nL et pL des zones N et P.
1. Déterminer les résistances nR et pR des zones N et P de la diode.
2. On fait passer un courant direct I = 10 A dans cette diode. Calculer la d.d.p V aux limites de la
zone de charge d’espace ainsi que la chute de potentiel dans les résistances nR et pR
3. Quelle erreur relative ( tV - V/ tV ) commet-on en confondant tV avec V ?
4. Même questions pour I = 10 mA, 100 mA et 1 A. Quels commentaires vous suggèrent ces
résultats ?Calculer le potentiel de diffusion de la jonction (on rappelle que






 2
.
log
i
da
d
n
NN
q
kT
V .

Oujda
‫وجدة‬
TD n°4 : Electronique Analogique
Les diodes
Exercice 1 :
Soit le circuit à diode suivant :
On veut imposer un courant mAI 100  à partir d’une source VU 20 
1. En utilisant le modèle exponentiel de la diode, calculer :
a. la chute de tension aux bornes de la diode
b. la résistance R nécessaire pour imposer le courant
c. la résistance dynamique de la diode au point de fonctionnement
2. En utilisant le modèle simplifié (à segments linéaires) de la diode ( = 0.7 V), calculer le
courant en prenant la même résistance que celle trouvée précédemment
Exercice 2 :
Le montage à étudier est donné à la figure ci dessous avec la caractéristique de la diode. R = 175 , 1.4
1. Déterminer la tension de seuil et la résistance série (dynamique) de la diode
2. Donner l’expression et la valeur du courant, I, qui circule dans le montage et de la tension aux bornes
de la diode. Placer ce point de polarisation sur la figure
3. Retrouver ce courant par une méthode graphique (droite de charge).
4. Trouver le point de polarisation si 1.4 et R = 150 

Exercice 3 :
La tension u est sinusoïdale alternative. D est une diode supposée parfaite (tension de seuil nulle).
La charge est une résistance R.
1. Quel est l'état de la diode quand u>0, En déduire la relation entre v et u.
2. Quel est l'état de la diode quand u<0, En déduire la tension v.
3. Tracer u et v en concordance de temps.
4. Montrer que la valeur moyenne de la tension v est : 〈 〉 . On rappelle que :
 Application numérique : La valeur efficace de la tension u est de 10 V, R = 22 
Calculer < v > et < i >. Calculer la valeur efficace de la tension v.
On rappelle que :

Exercice 4 :
Soit le montage suivant :
On applique au transformateur une tension sinusoïdale de 220V et 50Hz. Le
nombre de spires du primaire : PN = 440. La charge résistive R=100 Ω. La
tension directe de chaque diode est : DV = 0,6V.
1. Calculer le nombre de spires des enroulements du secondaire pour
que la valeur efficace des tensions )(1 tus et )(2 tus soit de 12V (le transformateur est supposé parfait).
2. Calculer les valeurs moyennes de la tension Ru , le courant Ri , le courant 1Di et le courant 2Di .
3. On branche un condensateur en parallèle avec la résistance. Calculer la capacité du condensateur
pour avoir un taux d’ondulation de la tension de 10 %.
Exercice 5 :
On considère la Figure ci-dessous dans laquelle les diodes sont supposées
idéales.
Le pont est alimenté par une tension alternative sinusoïdale :u(t) = 48⋅sin (ωt)
1. Représenter en concordance de temps sur une période les tensions u(t)
et )(tuR (tension aux bornes de R). Pour chaque demi-période,
indiquer quelles sont les diodes passantes et les diodes bloquantes.
Quel est l’intérêt de ce montage en pont ?
2. L’intensité maximale supportable par chaque diode est 6 A. Calculer la valeur minimale de la
résistance R permettant d’assurer la protection des diodes.
3. Calculer la valeur moyenne Imoy de i(t), si R a la valeur minimale déterminée au 2.
Exercice 6 :
Soit le circuit suivant :
1. Dessiner l'allure de , et indiqués dans la figure, en
supposant que le courant ZI ne s’annule jamais et que les
diodes D et DZ ont une résistance différentielle (dynamique)
nulle.
2. En admettant que ne descend pas en dessous de 14 V, calculer
R pour que le courant ne descende jamais au dessous du
minimum spécifié.
3. Calculer la capacité de filtrage pour assurer que la tension 2V ne descend pas au dessous de 14 V.
4. Déterminer les conditions de charge qui entraînent un courant maximum. Calculer maxZI , et en
déduire la puissance moyenne maximum dissipée dans la diode Zener.
Exercice 7 :
On considère le montage de la Figure ci-contre dans lequel les
diodes ont pour caractéristique la courbe se la figure 2.
On donne E=5V, 10 Ω, 100 Ω et 0.7 .
et sont des tensions égales à 0V ou 5V.
1. Déterminer l’état des diodes et calculer les valeurs des
tensions , , Vs dans chacun des cas suivants:
b. = 0V et = 0V
c. = 5V et = 0V
d. = 0V et = 5V
e. = 5V et = 5V
2. En supposant que l’on attribue le niveau logique 0 à des
tensions comprises entre 0V et 0,8V et le niveau logique 1 à des tensions comprises entre 3V et 5V,
donner la table de vérité de ce montage. Quelle est la fonction logique réalisée ?

Oujda
‫وجدة‬
TD n°5 : Les Transistors
Exercice 1
E=12V
RC
100 
RB
15 k
Le gain en courant du transistor = 100, = 0.7 = 0
1. Pour = 10 Ω, calculer les courants , et la tension
2. Calculer le courant de base minimal pour saturer le transistor et la résistance
correspondante
On change le transistor NPN par un transistor PNP qui a les mêmes caractéristiques
3. Faire le schéma du montage.
4. Quelle est la tension entre la base et l’émetteur ?
5. Reprendre la question 1 et la question 2
Exercice 2
RC
470
RB
1 k
Vcc=12V
RC
220
D4 LED
A
B
D1
D2
D3
Q1
= 100, = 0.6 , = 0.7 , 4 = 1.4 , = 0
Les interrupteurs A et B sont ouverts
1. Calculer les courants
2. Quel est l’état du transistor ?
3. Le LED est allumée ou éteinte ? Justifier la réponse
4. Calculer la tension au point commun des diodes , , .
On ferme l’interrupteur A ( B ouvert)
5. Calculer la tension et le courant . Quel est l’état du transistor ?
6. Calculer le courant I qui circule dans . Quel est l’état de la LED ?
7. Calculer la tension .
8. Compléter le tableau suivant :
Interrupteur B Interrupteur A Etat du transistor Etat de la LED
Ouvert Ouvert
Ouvert Fermé
Fermé Ouvert
Fermé Fermé
9. Quelle est la fonction réalisée par ce montage ?

Exercice 3
RC
R
E
DZ
T
= 40, = 6 , = 0.7 , = 10 , = 500Ω, = 200Ω
1. Comment appelle-t-on ce montage ?
2. Calculer la tension de la sortie aux bornes de
3. Calculer le courant de base du transistor
4. Calculer le courant I circulant de R et le courant
5. Calculer la valeur maximale que peut prendre le courant qui circule pour qu’il y ait
stabilisation. En déduire la valeur minimale de la résistance de charge
6. Calculer la puissance maximale dissipé par le transistor ?
EXERCICE IV
1. Calculer la valeur iBMIN de iB permettant de saturer le transistor.
2. e(t) = 5V. Calculer iB . En déduire l’état du transistor et la valeur de uS.
3. e(t) = 0V. Calculer iB . En déduire l’état du transistor et la valeur de uS.
4. Dessiner en concordance de temps les formes d’onde de uS et de VCE lorsque e(t) est un
signal carré alternatif d’amplitude égale à 5V.
5. Quelle est la puissance moyenne dissipée par le transistor ?
E = 20ViB
RB
e(t)
VCE
iC
iE
C
E
RC
uS RC = 50
RB = 100
 = 50
VBE = 0,7V si iB >0A
VCESAT = 0VB

Oujda
‫وجدة‬
TD n°6 : Polarisation des transistors
& Montages amplificateurs
Exercice 1 : Polarisation par contre-réaction au collecteur.
On a VCC = 15 V, RC = 1 ket = 200
1. Ajustez RB de façon à placer le point de repos Q au milieu de la
Droite de charge.
2. Le transistor du circuit est remplacé par un transistor bipolaire de gain trois
fois plus élevé. Que devient Q dans ce cas ?
Exercice 2: Polarisation par diviseur de tension
Déterminez le point de repos du transistor de la figure ci-contre. On donne
= 200
Exercice 3 : Polarisation par diviseur de tension : conception
En reprenant le schéma de la figure précédente, déterminez les résistances R1, R2,
RC, RE telles que :
 IC = 1.3 mA,
 VCE = 4 V,
 le gain RC/RE est égal à 5.
On dispose d’une tension d’alimentation VCC de 12 V et on peut supposer que ≫ 1.
Exercice 4 :
Dans le montage ci-dessous, l’électrode commune est le collecteur. Comme pour le montage émetteur
commun, on impose le potentiel de la base pour stabiliser le potentiel de l’émetteur, donc le courant
d’émetteur, et par la suite le courant de collecteur.
1. Faire le schéma équivalent du montage en moyennes fréquences.
2. Calculer la résistance d'entrée Ze et la résistance de sortie Zs.
3. Calculer le gain en tension Av= Vs / Ve.
4. Calculer l'amplitude de la sortie Vs.
5. Calculer le gain en courant, c'est-à-dire le rapport entre le courant dans la charge RL et le courant
d'entrée dans l'étage amplificateur.

Exercice 5 :
On se propose d'étudier le montage de la figure ci-contre. Le transistor
a un gain β=100 et on admettra, a priori, qu'il fonctionne dans son régime
linéaire ("effet transistor"). On prendra VBE = 0,7V.
1. Calculer les impédances associées aux condensateurs Cin, Cout et CB
lorsque le circuit fonctionne en régime sinusoïdal à 1 kHz. Que peut-on
en conclure ?
2. Quel est le type de ce montage à transistor (base commune ?
émetteur commun ? collecteur commun ?). Justifier la réponse.
3. Etude de la polarisation. On fera l'hypothèse que le courant de base
du transistor IB est faible devant le courant Ip qui traverse R1 et R2.
Déterminer les diverses tensions de noeuds (VB, VE, VC) et les divers courants de branche (Ip, IC, IE, IB).
Vérifier a posteriori la validité de l'hypothèse émise plus haut.
4. Donner le schéma équivalent petit signaux alternatifs du circuit. Déterminer la valeur de la
résistance 11du modèle du transistor.
5. Déterminer la valeur numérique du gain en tension du montage :
6. Déterminer la valeur numérique de sa résistance de sortie Rout.
7. Déterminer la valeur numérique de sa résistance d'entrée Rin.
Exercice 6 :
1. On considère le montage ci-dessous où on utilise une polarisation par pont de base et résistance
d’émetteur. Dans cette première partie, la capacité CE relie directement l’émetteur à la masse.
a. Faire le schéma équivalent du montage dans la bande passante (moyennes fréquences).
b. Donner l’expression des résistances d’entrée Ze et de sortie Zs de l'étage amplificateur.
c. Montrer que le gain en tension de l’étage s'écrit :
//
′ où r'e est définie par la
relation h11 = r'e. Calculer G lorsque :
(i) RL = (pas de charge)
(ii) RL = 10 k.
2. La résistance de l’émetteur se compose de deux résistances RE = 500 et R'E = 1 k. On considère que
l'amplificateur a une résistance de charge RL = 10 k
a. Faire le schéma équivalent du montage dans la bande passante (moyennes fréquences).
b. Calculer les impédances d’entrée et de sortie de l'étage amplificateur et les gains G et G' dans les
cas où :
 il n’y a aucun découplage sur l’émetteur (pas de capacité CE).
 la résistance R'E est découplée mais pas la résistance RE.
c. Quel est l’intérêt de ce découplage partiel de l’émetteur ?

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