Exercices de révision sur l’électronique de puissance


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TD 7

** Exercice traité en classe

 

Phénomène de claquage : champ critique, phénomène d’avalanche et Zener, VB. Diode régulatrice de tension. Exemple d’un montage élémentaire, facteurs de stabilisation.

 

exercice 7.1

On considère une jonction abrupte unilatérale dont les parties N et P admettent les

concentrations suivantes : NA = 1017 cm-3 et ND = 1019 cm-3

1.    Calculer la tension de claquage VB dans le germanium et le silicium en utilisant la relation

? 2

du cours VB =     E et la courbe donnant Ec(?m) en fonction de NB, densité des 2eN

impuretés dans la région la moins dopée (background). On donne ?r(Si) = 12 et ?r(Ge) = 16.

2.    Refaire le calcul de VB en utilisant la relation empirique :VB = 60.??? 11E,g ???.???10N16B ??? avec Eg

en eV, NB en cm-3 et VB en volts.

3.    Comparer les résultats des deux questions précédentes.

4.    Calculer la longueur de la zone de transition et comparer le résultat obtenu avec celui

donné par la courbe W en fonction de NB.

***exercice 7.2

On donne les caractéristiques des diodes BZY59 à 63 :

1.    Dans quelle plage de courant ces diodes sont-elles utilisables ?



2.    soit le schéma suivant dans lequel la diode est supposée idéale (rz = rd = 0). La résistance RL est une charge qui varie entre RLmin et +? . Quelles sont les limites de courant IL dans la charge ?

 

3.    On choisit le point de fonctionnement au milieu de la région utile de la caractéristique de la diode BZY61. Que vaut Vz ? Si E0 = 12 V, donner la valeur de R0 assurant la régulation maximale de la tension pour la charge variable. Que vaut RLmin ? Que vaut RL au point de fonctionnement choisi au début ?

4.    La diode n’est plus supposée idéale. Déterminer graphiquement sa résistance dynamique rz ou rd. Exprimer les variations de la tension aux bornes de la charge en fonction des variation de IL. Retrouver le facteur de régulation à tension constante. Application

numérique : donner les limites de Vz si 3 mA < IL < 23 mA .

5.    La charge est maintenant fixe et vaut 630 ?. La tension continue subit des fluctuations de part et d’autre de 12 V. Soit e(t) ces fluctuations. Exprimer les variations subis par Vz en fonction des variations de e(t). donner les limites de Vz si e(t) = ± 1 V.

exercice 7.3

On considère le montage régulateur de tension suivant :

 

La tension nominale du régulateur est de 10 V. La diode Zener est caractérisée de la manière suivante : puissance maximum = 1 W, Vz = 10 V pour Iz = 25 mA, rz = 5 ?. La tension nominale est égale à 20 V et peut varier de ± 25 %. Le courant de charge IL peut varier de 0 à



20 mA.

1.    Si Izmin est égal à 5 mA, déterminer la valeur de Re.

2.    Déterminer la variation maximale de la tension de sortie.

?VL 3. Déterminer la régulation de sortie      (en %). VL

Réponses 7.1

1.   Ge : |VB| = 4,52 V, Si : |VB| = 11,9 V.

2.   Ge : |VB| = 5,07 V, Si : |VB| = 10,67 V.

3.   Ge : erreur = 11,5 %, Si : erreur = 10,8 %.

4.   Par le calcul, Ge : lp = 0,28 µm, Si : lp = 0,4 µm. Les résultats sont identiques en lisant sur

la courbe.

Réponses 7.2 1. 1 mA < Iz < 25 mA.

2.    0 < IL < 24 mA.

3.    Vz = 7,6 V. R0 = 176 ?. Rlmin = 317 ?. RL = 633 ?.

4.    rz = 10 ?. Vz = -10.IL. 7,5 V < Vz < 7,7 V.

rd

5.    vz = e t( ).  .7,55 V < Vz < 7,65 V. rd + R0

Réponses 7.3

1.    Re = 400 ?.

rz

2.    ?Vz =?Ve.

Re

3.    régulation = ± 0,625 %.



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