QCM : Circuits non linéaires et diodes (56 questions)

Explication

L’électronique étudie les composants et circuits qui traitent l’information ou convertissent l’énergie électrique. L’électrotechnique concerne un domaine plus large de l’énergie, la physique des matériaux étudie les propriétés de la matière et la théorie de l’information porte sur l’information elle-même.

Explication

Les résistances, condensateurs et bobines sont linéaires et ne réalisent pas l’amplification; cette fonction relève de composants non linéaires comme les transistors. Le redressement et la commutation sont également associés aux composants non linéaires, et non aux bobines seules.

Explication

Le hacheur abaisse la tension délivrée par le panneau tout en réalisant une conversion continu-continu. Le redressement alternatif-continu concerne notamment la conversion de la tension du réseau pour recharger une batterie; élever la tension ou la convertir en alternatif ne répond pas au besoin décrit.

Explication

Le réseau fournit une tension alternative, alors que la batterie doit être rechargée en tension continue; l’électronique réalise donc une conversion alternatif-continu. La conversion continu-continu correspond au hacheur solaire, tandis que les autres propositions supposent à tort une tension réseau déjà continue ou inversent l’adaptation requise.

Explication

La modulation associe le signal contenant l’information à une porteuse de fréquence plus élevée, dont les caractéristiques sont modifiées selon ce signal. La démodulation récupère l’information à la réception, tandis que la quantification concerne la numérisation.

Explication

Après avoir sélectionné la bande souhaitée, le récepteur récupère l’information par démodulation. La modulation prépare le signal à transmettre, l’échantillonnage mesure une tension à intervalles réguliers et l’attribution de bandes distingue plusieurs communications.

Explication

L’échantillonnage consiste à mesurer une tension analogique à intervalles réguliers. La quantification est le remplacement de chaque mesure par une valeur numérique disponible, tandis que le CAN réalise la conversion analogique-numérique.

Explication

La quantification remplace chaque mesure par l’une des valeurs numériques disponibles. L’échantillonnage porte sur le moment des mesures, et le CAN désigne le convertisseur qui transforme une tension analogique en suite de nombres.

Explication

Un convertisseur analogique-numérique, ou CAN, transforme une tension analogique en une suite de nombres. Un récepteur et un modulateur servent à la transmission, tandis qu’un capteur fournit la grandeur mesurée sous forme de tension.

Explication

La loi des nœuds exprime la conservation de la charge, tandis que la loi des mailles exprime l’additivité des tensions. L’inversion des lois confond leur rôle, la conservation de l’énergie est ici substituée à l’additivité des tensions, et la conservation de la charge ne caractérise pas la loi des mailles.

Explication

La linéarité permet d’utiliser la superposition, le théorème de Thévenin et les associations de composants en série ou en parallèle. L’option limitée à la superposition écarte à tort les deux autres outils, tandis que les autres choix excluent à tort des méthodes permises par la linéarité ou la confondent avec l’absence de stockage.

Explication

Les trois méthodes reposent sur la linéarité des équations du circuit et de ses composants. La présence d’un régime sinusoïdal ne suffit pas, les composants réactifs n’interdisent pas ces méthodes dans un circuit linéaire, et la non-linéarité n’empêche pas d’écrire les lois de Kirchhoff.

Explication

Les diodes, les transistors et les amplificateurs linéaires intégrés en saturation peuvent présenter une caractéristique courant-tension ou entrée-sortie non linéaire. Assimiler la saturation à la linéarité inverse le constat, et les autres choix excluent à tort des catégories de composants citées.

Explication

Le passage par l’origine distingue ici passif et actif, alors que linéaire ou non linéaire décrit une autre propriété du comportement électrique. Confondre ces critères ou les inverser conduit aux autres conclusions proposées.

Explication

La linéarisation par morceaux consiste à définir des zones de fonctionnement, à remplacer le composant par un modèle équivalent simple dans chaque zone, à analyser ces circuits puis à recoller les résultats. Un modèle unique néglige les changements de zone, tandis que conserver les résultats séparés ou les recoller avant l’analyse ne donne pas le comportement global recherché.

Explication

Hors claquage, la loi de Shockley relie le courant à la tension par $I(U)=I_S\left(e^{\beta U}-1\right)$. L’expression sans −1 omet le terme de la loi, l’exposant négatif en inverse le signe, et la dernière formule confond I_S et β.

Explication

En zone de claquage, le courant croît brutalement et l’absence de limitation peut détruire la diode. Un courant voisin de $-I_S$ caractérise le blocage ordinaire, tandis que la tension de seuil caractérise la zone passante.

Explication

Dans cette zone de blocage, le courant est dominé par $I_S$ et reste approximativement égal à $-I_S\simeq0$, si bien que la diode se comporte comme un interrupteur ouvert. La hausse brutale du courant relève du claquage, et la conduction rapide apparaît au-dessus du seuil.

Explication

La zone passante correspond à $U>V_{seuil}$. Le blocage concerne les tensions inférieures au seuil dans l’intervalle indiqué, alors que le claquage se produit sous une forte tension inverse.

Explication

Les trois degrés de modélisation sont le modèle idéal, celui avec tension de seuil et celui avec seuil et résistance interne. Les états bloqué et passant sont des états de fonctionnement, non des degrés de modèle.

Explication

Dans le modèle idéal passant, la diode équivaut à un interrupteur fermé unidirectionnel : le courant est positif et la tension est nulle. La tension $V_S$ appartient au modèle à seuil, tandis que $I=0$ et $U<0$ décrivent le blocage idéal.

Explication

Dans le modèle à seuil, l’état bloqué vérifie $U<V_S$ et $I=0$. La condition $U<0$ correspond au blocage idéal, tandis que $U=V_S$ avec un courant positif caractérise l’état passant à seuil.

Explication

La méthode consiste à choisir un modèle et un état hypothétique, remplacer la diode par son schéma équivalent, résoudre le circuit linéaire, puis vérifier si les résultats confirment l’hypothèse. Omettre le remplacement empêche la résolution linéaire, et ne pas vérifier laisse l’état supposé sans validation.

Explication

Lorsque l’entrée est négative, la diode idéale est bloquée et aucun courant ne traverse la résistance, donc sa tension est nulle. La valeur $-3\,\text{V}$ correspond à l’entrée, $-2{,}4\,\text{V}$ suppose un seuil de $0{,}6\,\text{V}$, et $3\,\text{V}$ inverse le signe.

Explication

Comme $e(t)>V_S$, la diode conduit et la sortie vaut $e(t)-V_S=1{,}1-0{,}7=0{,}4\,\text{V}$. $1{,}1\,\text{V}$ néglige le seuil, $0\,\text{V}$ traite à tort la diode comme bloquée, et $1{,}8\,\text{V}$ additionne le seuil.

Explication

La formule donne $u_R=\frac{R}{R+r_d}(e-V_S)=\frac{998}{1000}\times9{,}4=9{,}3812\,\text{V}$, soit environ $9{,}38\,\text{V}$. $9{,}40\,\text{V}$ omet l’effet de $r_d$, $9{,}99\,\text{V}$ néglige le seuil, et $0{,}02\,\text{V}$ résulte d’un rapport inversé.

Explication

Le redressement exige $E_{\max}>V_S$; ici $0{,}5<0{,}6$, donc le seuil n’est pas atteint. Une amplitude positive ne suffit pas, la résistance de charge n’est pas le critère donné, et le caractère alternatif du signal n’interdit pas à lui seul le redressement.

Explication

Le modèle idéal est une excellente approximation lorsque $E_{\max}\gg V_S$ et $R\gg r_d$, conditions réunies dans cette situation. La première confusion réduit ces conditions à la seule possibilité de redresser, tandis que les deux autres attribuent à tort un effet dominant à $r_d$ ou au seuil.

Explication

Le fort dopage amincit la zone de déplétion et permet un fonctionnement contrôlé en claquage inverse, à condition de limiter le courant. Une zone élargie ou un faible dopage décrit le mécanisme à l’envers, tandis que la conduction directe ne caractérise pas ce claquage.

Explication

L’intérêt principal de la diode Zener est de stabiliser une tension autour de $V_Z$, valeur déterminée par le dopage. Le redressement alternatif et la stabilisation du courant sont des fonctions différentes, et la valeur Zener ne dépend pas de la charge.

Explication

À $U=-V_Z$, la caractéristique devient quasiment verticale : le courant peut varier fortement alors que la tension change très peu. Une forte variation de tension inverse cette relation, et la conduction directe ne décrit pas le régime considéré.

Explication

En régime inverse, la tension de la Zener est plafonnée à $-V_Z$ ; la loi des mailles donne donc $e(t)=u_R(t)-V_Z$, soit $u_R(t)=e(t)+V_Z$. Le signe moins inverse le terme Zener, tandis que la sortie n’est pas nulle puisque la Zener laisse passer le courant inverse.

Explication

Le transistor bipolaire possède une base, un collecteur et un émetteur ; un faible courant de base peut contrôler un courant de collecteur beaucoup plus important. Une diode et une résistance n’ont pas cette structure à trois électrodes, et la dernière description inverse les courants de commande.

Explication

L’émetteur fortement dopé injecte les électrons, la base mince et faiblement dopée limite les recombinaisons, et le collecteur plus étendu et moyennement dopé recueille les porteurs et dissipe la chaleur. Les autres configurations déplacent ou inversent ces rôles.

Explication

La jonction base-émetteur directe injecte les électrons ; peu se recombinent dans la base mince et la majorité atteint la jonction base-collecteur inverse, dont le champ les attire vers le collecteur. La recombinaison majoritaire, le sens de déplacement inversé ou la polarisation inverse de base-émetteur contredisent ce mécanisme.

Explication

Au-dessus de la tension de saturation, la caractéristique de transfert est une droite passant par l’origine et de pente $\beta$, d’où $I_C=\beta I_B$. Le rapport inverse échange les courants, tandis que les autres expressions confondent les grandeurs ou ignorent le gain.

Explication

La droite vérifie $I_C=-\frac{V_{CE}}{R_C}+\frac{E-V_{charge}}{R_C}$ ; ici, l’ordonnée à l’origine vaut $(12-2)/2000=5\,\mathrm{mA}$. La pente positive inverse le signe, tandis que 6 mA omet la charge et 1 mA emploie la charge seule.

Explication

Le point de repos est le point commun à la droite de charge et à la caractéristique de sortie associée au courant de base imposé. Le seuil d’entrée et le courant collecteur maximal décrivent d’autres caractéristiques, et une caractéristique d’entrée n’est pas celle recherchée.

Explication

Comme $V_{BE}<0,6\,\mathrm{V}$, le transistor est bloqué : $I_B=I_C=I_E=0$ et le circuit collecteur-émetteur se comporte comme un interrupteur ouvert. La faible tension caractérise plutôt la saturation, la relation proportionnelle le régime actif et la hausse brutale le claquage.

Explication

Avec la jonction d’entrée débloquée et $V_{CE}>V_{CE,sat}$, le transistor fonctionne en régime actif : $I_C=\beta I_B$ et il peut amplifier. La saturation correspond à la limite de courant du circuit, tandis que le blocage et le claquage sont définis par d’autres conditions.

Explication

La puissance totale est $P=V_{BE}I_B+V_{CE}I_C$. Les contributions valent $0,7\times0,002=0,0014\,\mathrm{W}$ et $8\times0,1=0,8\,\mathrm{W}$, soit $0,8014\,\mathrm{W}$ ; omettre le premier terme donne 0,8000 W.

Explication

En fonctionnement normal, $P\approx V_{CE}I_C$ ; ainsi, $6\times0,25=1,5\,\mathrm{W}$. Employer une tension de 0,6 V donne une valeur trop faible, tandis que l’addition ou l’inversion des grandeurs ne suit pas la relation de puissance.

Explication

La branche de puissance maximale est définie par $I_C=P_{max}/V_{CE}$ ; ici, la limite vaut $0,8/4=0,2\,\mathrm{A}$, et le point doit rester sous cette branche. Le produit donne 3,2, tandis que l’inversion de la fraction ou la confusion des grandeurs ne respecte pas la relation.

Explication

Un semi-conducteur se définit par une conductivité intermédiaire entre celle d’un isolant et celle d’un conducteur. Une conductivité inférieure à celle d’un isolant ou supérieure à celle d’un conducteur confond les catégories, tandis que la mobilité des porteurs n’est pas la définition donnée.

Explication

Par rapport au silicium, le phosphore apporte un électron supplémentaire, alors que le bore présente un électron déficitaire, correspondant à un trou. Inverser ces effets, assimiler le trou à un électron supplémentaire ou attribuer le même effet aux deux dopants confond leurs rôles.

Explication

Un trou est l’absence d’un électron et il est traité comme une particule chargée positivement. Un électron supplémentaire, un ion fixe ou un électron mobile ne correspond pas à cette définition.

Explication

Les dopants apportent un excès d’électrons mobiles dans la région N et un excès de trous mobiles dans la région P. L’inversion des régions, la confusion avec les porteurs minoritaires ou l’attribution d’un même type de porteur aux deux régions ne respecte pas cette répartition.

Explication

Les porteurs majoritaires diffusent vers la région opposée : les électrons passent de N vers P et les trous de P vers N, ce qui produit le courant de diffusion. Inverser les directions, maintenir les porteurs dans leur région ou les faire diffuser tous deux vers N contredit ce mécanisme.

Explication

La zone de déplétion est la région de la jonction appauvrie en porteurs libres, où les ions fixes créent un champ électrique interne qui s’oppose à la diffusion. Une région riche en porteurs majoritaires, le champ lui-même ou toute la région P ne désigne pas cette zone.

Explication

À l’équilibre, le courant de diffusion dû aux porteurs majoritaires et le courant de fuite dû aux porteurs minoritaires ont des intensités égales et des sens opposés. Leur donner le même sens, des intensités différentes ou la même origine en majoritaires confond les caractéristiques des deux courants.

Explication

Une tension positive du côté P fait s’opposer le champ externe au champ interne, ce qui polarise la diode en direct. Renforcer le champ interne ou conclure à une polarisation inverse correspond à une inversion de l’effet ou de la polarité.

Explication

Le courant total suit la caractéristique exponentielle avec le terme soustrait, qui tient compte du courant des porteurs minoritaires. L’expression sans ce terme omet leur contribution, celle avec $I_d(0)$ décrit le courant majoritaire, et l’exposant négatif inverse le signe de la dépendance en tension.

Explication

L’augmentation de $V_{CE}$ étend la zone de déplétion de la jonction base-collecteur dans la base; les recombinaisons y diminuent, ce qui augmente $I_C$. Une zone qui se rétracte, des recombinaisons accrues ou l’extension de la jonction base-émetteur ne décrivent pas ce mécanisme.

Explication

Le modèle donne $I_C=I_{C0}(1+V_{CE}/V_A)=2(1+10/50)=2{,}4\,\text{mA}$. Garder $I_{C0}$ omet la correction, ajouter directement le rapport au courant mélange les unités, et inverser le rapport donne un facteur incorrect.

Explication

En 1975, Moore a révisé sa prévision pour retenir un doublement approximatif tous les deux ans. Le doublement annuel correspond à son observation initiale de 1965, tandis que les autres choix attribuent un rythme différent ou portent sur une autre grandeur.

Explication

En zone passante inverse, négliger la résistance dynamique permet de modéliser la diode Zener comme un générateur de tension idéal. Le modèle de diode en conduction directe confond les régimes, celui avec résistance interne importante contredit l’hypothèse de négligence, et l’interrupteur ouvert ne représente pas le claquage Zener.