01- composants electroniques tp

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  • 8/19/2019 01- Composants Electroniques TP

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    V.Tourtchine. COMPOSANTS ELECTRONIQUE. Travaux pratiques.

    - 1 -

    REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOKRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L€ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

    RECHERCHE SCIENTIFIQUE

    UNIVERSITE M€HAMED BOUGARA DE BOUMERDES

    FACULTE DES SCIENCES - D•PARTEMENT PHYSIQUE

    Option : INFOTRONIQUE

    V.Tourtchine

    COMPOSANTS ELECTRONIQUES TRAVAUX PRATIQUES

    Manuscrit ‚labor‚ selon le programme officiellement agr‚e et confirm‚ par le

    conseil Scientifique de la Facult‚ des Sciences

    BOUMERDES - 2008

    R'2

    +15 V

    -15 V

    -15 V

    P

    1 k €

    R 1

    100 €

    100 € +15 V

    V1 V2

    U1

    U2

    R'1

    R  2

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    TP Nƒ01

    CARACTERISTIQUE D€UNE DIODE A JONCTION

    But Le but du TP est de tracer la caract€ristique I  D = f(U  D ) d•une diode ‚ jonction P-N en sens direct et de valider la loi de variation tension - intensit€ du courant.

    Mat‚riel

    Plaque perfor€e DIN A4 57674 1

    R€sistance 100 € 5% 2W 57732 1R€sistance 10 € 5% 2 W 57720 1 Diode Si 1N 4007 57851 1 Diode Ge AA 118 57850 1 Alimentation CC 0ƒ•15 V 52145 1 Multim„tre analogique 531120 1 Multim„tre num€rique GDM 352A 1 Paire de c…bles 50 cm, rouge/bleu 50145 3 Cavalier 50148 2

    Sch‚ma

    mA

    VD

    A

    R1

    R2

    +

    +

    E

    100 €

    10 €

    Fig.1

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    Montage

    Fig.2

    I. Taches „ r‚aliser avant le TP

    Exp€rimentalement, on constate qu•une jonction P-N se comporte comme une valve qui laisse  passer le courant €lectrique quand la tension appliqu€e est positive entre P et N, puis qui le  bloque totalement si la tension est invers€e. Dans le sch€ma (figure 1), on d€signe par anode A la borne P et par cathode K la borne N. La diode est repr€sent€e par un triangle orient€ dans le sens passant. On rappelle l•€quation du courant I  D dans une diode ‚ jonction

    1  D

    U   D S 

     I I  e€‚ ƒ „… †‡ ˆ ‰ Š

    , o† (1)

    U  D est la tension aux bornes d•une diode.

    U T  est la tension thermique, donn€e par T  e

    kT  U 

    q€ … , avec k : constante de Boltzmann, T :

    temp€rature en Kelvin, qe : charge €lectrique d•un €lectron. Pour la jonction id€ale ‚ la temp€rature ordinaire U T  = 26 mV.

    est le facteur du semi-conducteur et de l•intensit€; il d€pend de la temp€rature et il n•a pas la m‡me valeur, pour un semi-conducteur donn€, en courants forts et en courants faibles.

    100 €

    1   0 

    mA

    +-

    V +-

    V

    +-

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     I  S est le courant inverse de saturation de la diode, il est de l•ordre du nA (nA = 10 -9 A) ‚ la

    temp€rature ordinaire et qui ne d€pend pas de la tension pour U  D ‹ 0. Consid€rons, avec la relation (1), les deux sens : passant et bloquant.

    a) Cas de VAK = U  D ‹ 0 (sens passant)

    Pour U  D ‹ 0,1 V,  D

    U  U e€ ‚   ‹‹ 1 et donc

     D

    U   D S  I I  e€‚ (2)

     b) Cas de VAK = U  D Œ0 (sens bloquant)

    Si  DU    ‹ 0,1 V,  D

    U e€‚   ŒŒ 1 on consid„re que  I  D - I S .

    Dans le tableau ci-dessous sont repr€sent€s les r€sultats de mesures du courant I  D en fonction

    de tension U  D dans le cas passant d•une diode.

    U  D (V) 0.6 0.65 0.68 0.7 0.72 0.73 0.75 0.76 0.77

     I  D (mA) 1,0 3,5 6.4 10,0 16,0 20,0 31,0 40,0 50,0

    T.1. Tracer sur le papier millim€tr€ (annexe 1) la courbe repr€sentante la variation  I  Den fonction de U  D, c'est-‚-dire la caract€ristique courant - tension de cette diode I  D =  f (U  D ).

    € T.2. D€terminer, d•apr„s la courbe obtenue, la tension seuil U S  de la diode pour laquelle le courant commence ‚ passer, de faˆon non n€gligeable.

    € T.3. D€terminer la tension maximale aux bornes de la diode D (figure 1) dans le cas o† la source de tension E est r€gl€e sur la valeur maximale : E = 15,0 V. Quel est le r‰le de r€sistances R1 et R2 si on consid„re l•intervalle de r€glage de la tension U  D entre 0,1 et 1,0 V ?

    € T.4. D€terminer le point de fonctionnement de la diode si la tension d•alimentation est r€gl€e sur la valeur E = 7,7 V.

    € T.5.Calculer la r€sistance dynamique directe  R D de la diode au point de fonctionnement d€termin€ pr€c€demment :

    2 1

    12

     D D D  D

     D D D

    U U U   R

     I I I 

    † … …

     †

    € T.6. Redessiner sur le papier millim€tr€ (annexe 2) la caract€ristique da la diode dansl•€chelle semi- logarithmique :

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    Ln ( I  D) = f (U  D) (3)

    € T.7. Exprimer la relation (2) dans la m‡me €chelle. Quelle est la pente de cette courbe ?

    € T.8. D€terminer le courant I S et la valeur du produit Ž•U T  en d€duire le facteur Ž. On utilisera la transformation (3) pour la caract€ristique de la diode I  D = f (U  D ) puis on la traitera par la m€thode des moindres carr€s (voire annexe 3).

    II. D‚roulement de l€exp‚rience

    1. ETUDE D€UNE DIODE AU SILICIUM

    a) Relev€ de la caract€ristique d•une diode au silicium

    € 1A.1. R€aliser le montage du circuit d•apr„s le sch€ma €lectrique (figure 1) en utilisant une plaque perfor€e. Disposer le mat€riel, par exemple, comme c•est indiqu€ sur la figure 2.

    € 1A.2. Faire v€rifier le montage (par l€enseignant). .

    € 1A.3. Mettre le circuit sous tension.

    € 1A.4. Faire varier la valeur de la tension d•alimentation E ‚ partir de 0 V et lire sur le

    voltm„tre les valeurs correspondantes de la tension U  D aux bornes de la diode. Pour chaque valeur de U  D avec la pr€cision • 0,002 V indiqu€e dans le tableau 1, lire l•intensit€ de courant correspondante sur l•amp„rem„tre. Compl€ter le tableau 1.

    Tableau 1

    U  D (V) 0.5 0.55 0.60 0.65 0.70 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77

     I  D (mA)

    € 1A.5. Tracer sur le papier millim€tr€ le graphique  I  D =f (U  D) de faˆon qui permet d•obtenir une courbe bien continue reliant les points exp€rimentaux.

    € 1A.6. R€gler la source de tension pour obtenir la valeur de E = 7,7 V. Mesurer U  D et  I  D pour ce point de fonctionnement et l•indiquer sur le graphique repr€sent€ dans 1A5.

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    b) Observation qualitative

    € 1B.1. Retirer la diode D et inverser le sens de branchement (sens bloquant). R€ins€rer la diode.

    € 1B.2. Retirer la r€sistance R2.

    € 1B.3. Faire varier progressivement la tension d•alimentation de 0 ‚ 15 V. Observer la variation du courant inverse traversant la diode. Noter le r€sultat d•observation.

    € 1B.4. R€ins€rer la r€sistance R2.

    € 1B.5. Eteindre la source de tension.

    c) Exploitation du graphique exp€rimental

    € 1C.1. D€terminer la tension seuil U S  de la diode.

    € 1C.2. D€terminer la r€sistance dynamique R D au point pr€cis€ dans 1A6.

    € 1C.3. En utilisant la m€thode des moindres carr€s pour le lissage de la caract€ristique obtenue exp€rimentalement I  D =f (U  D) d€terminer :

    a) Le courant inverse de saturation I S .

     b) Le facteur € en prenant la tension thermique U T  pour une jonction id€ale.

    € 1C.4. Tracer sur le papier millim€tr€ (annexe 4) la courbe th€orique ( )  D

    U   D D S  It U I  e€… .

    € 1C.5. Sur le m‡me papier millim€tr€ tracer une droite de charge statique pour la tension d•alimentation E = 7,7 V et d€terminer le point de fonctionnement sur la caract€ristique r€elle I  D(U  D) et celle th€orique It  D(U  D).

    2. ETUDE D€UNE DIODE AU GERMANIUM

    a) Relev€ de la caract€ristique d•une diode au germanium

    € 2A.1. Remplacer dans le montage pr€c€dent la diode au silicium par la diode au germanium.

    € 2A.2. Mettre le circuit sous tension.

    € 2A.3. Faire varier la tension U  D aux bornes de la diode avec la pr€cision • 0,002 V et compl€ter le tableau 2.

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    Tableau 2

    U  D (V) 0.3 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65

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