EXERCICES DE DISPOSITIFS MICROONDES

EXERCICES DE DISPOSITIFS MICROONDES


Exercice1.1 : La diode à jonction
On propose le montage suivant :
[pic]
On donne : R1 = 1 [pic], R2 = 10 [pic] , C = 1µF et UD = 0.7 V.
Vin est un signal carré à 1 KHz.
Tracez sur un même graphe VIN et VOUT en fonction du temps.


Exercice1.2 : La diode à jonction
Pour chacun des montages suivant, déterminer l'état de la diode, et
calculer la valeur du courant qui la traverse. Les valeurs des résistances
sont exprimées en k?.
[pic]


Exercice2 : Le transistor MESFET
La structure d'un MESFET est représentée à la figure 1. On donne les
caractéristiques suivantes :
Température : T = 300° K
Densité des atomes donneurs du semi-conducteur n (AsGa) : Nd = 5*1016
atomes/cm3
Mobilité des électrons du semi-conducteur n : ? n = 6 000 cm2/Vs
Affinité électronique du semi-conducteur (AsGa) : ? = 4.07 eV
Potentiel interne : ? i = 5.1 eV
Densité effective NC des électrons de la bande de conduction pour AsGa : NC
= 4.45*1017 atomes/cm3
Epaisseur du semi-conducteur n : a = 0.25 ? m
Longueur du canal : L = 2 ? m
Largeur du transistor : Z = 25 ? m
?s = 13.1 ?0 (?0 = 8.85*10-12)
[pic]
On suppose que VGS < 0 (la jonction métal semi-conducteur est polarisé en
inverse).
1. Déterminer la largeur W de la zone de déplétion de la jonction métal
semi-conducteur lorsque la tension VDS = 0.
2. Déterminer la tension de seuil VT du transistor.
3. La tension VDS étant positive, déterminer la largeur W( y) de la
largeur de la zone de déplétion à l'ordonnée y en fonction du
potentiel V( y) à l'ordonnée y.
4. On suppose que la tension VGS est négative et supérieure à la tension
seuil VT et que VDS > 0. Déterminer la tension VDSsat pour laquelle
le canal est pincé au niveau du drain (W(L) = a).
5. Déterminer le courant IDS en fonction de la largeur W de la zone de
déplétion.
6. Déterminer le courant IDSsat qui correspond à la tension VDSsat.

Exercice 3.1 : Adaptation d'un transistor et stabilité


À 550 MHz, un transistor bipolaire a la matrice [S]
[pic]
1. En supposant le transistor unilatéral, calculer le gain maximal que
l'on peut attendre de ce composant.
2. Calculer le rayon et la position du centre du cercle de stabilité en
entrée. Ce cercle coupe-t-il l'abaque ? On donne le déterminant de la
matrice [S], ? = 0.2 - j0.12 = 0.23e-j31°.
3. Sachant qu'il en est de même pour la stabilité en sortie, quelle est
votre conclusion en ce qui concerne la stabilité de ce composant.
4. On choisit d'adapter ce transistor avec les coefficients de réflexion
?1 = 0.7213e+j180°, ?2 = 0.7386e+j23° à l'entrée et à la sortie.
Calculer les coefficients de réflexion S'11 et S'22 vus à l'entrée et
à la sortie du transistor.
5. En déduire le gain transducique. Comparez au gain du transistor
unilatéral. Que réalisent ?1 et ?2 ? Comment peut-on déterminer leurs
valeurs ?
6. On se propose de réaliser les adaptateurs par des éléments localisés.


o Pour la cellule d'entrée on choisit le schéma de la figure 1.
Calculer les valeurs des éléments pour réaliser l'adaptation.
o Pour la cellule de sortie on choisit le schéma dual de celui de
la figure 1 - c'est-à-dire que C1 est remplacé par L2 et L1 est
remplacé par C2 -. Calculer les valeurs des éléments pour
réaliser l'adaptation.
[pic]
Figure 1 - Cellule d'adaptation

Exercice 3.2 : Adaptation d'un transistor unilatéral
Un transistor a les matrices [S] suivantes :
[pic]
Ce transistor est placé entre deux lignes d'impédance caractéristique 50 ?.
Le générateur et la ligne de sortie sont adaptés à 50 ?.
1. Justifier la supposition d'unilatéralité du composant.
2. Calculer le gain en puissance composite (gain transducique) à 3 GHz
et 5 GHz.
3. On adapte l'entrée à l'aide d'un quadripôle sans pertes. Calculer le
nouveau gain transducique. Si on adapte aussi la sortie, quel serait
le gain du transistor ?
4. Le quadripôle d'adaptation est réalisé à l'aide d'une cellule du type
capacité C1 en parallèle et self L1 en série - voir figure 1 -.
Calculer les valeurs des éléments qui réalisent l'adaptation à 3 GHz
et à 5 GHz en montrant que cette cellule permet de réaliser
simultanément :
o l'adaptation vis-à-vis du générateur en présentant à ce dernier
une impédance de 50 ?,
o l'adaptation vis-à-vis du transistor en présentant à ce dernier
le facteur de réflexion S*11.
Note : Ceci devra être réalisé soit grâce à l'abaque de Smith, soit par un
calcul direct.
[pic]
Figure 1 - Cellule d'adaptation

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