Fonctions et composants lmentaires de llectronique EREN 1

Fonctions et composants élémentaires de l’électronique ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 1

Objectifs Connaître les signaux usuels § Sinus § Carré , Rectangle § Triangle Découverte des grandes fonctions de l’électronique § Convertir énergie et alimenter § Amplifier § Interfacer Etude des composants passifs § Résitor § Bobine § Condensateur Connaître les symboles usuels électroniques ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 2

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Généralités Dispositifs électroniques § Objectifs: traiter , distribuer de l’information sous différentes formes § Les protagonistes – – Signaux d’entrées: stimule le système Source d’énergie : nécessaire au bon fonctionnement des composants constituants le système Le dispositif: traite les signaux d’entrée et fournit des résultats en sortie Signaux de sorties: résultat attendu de la fonction réalisée par le système Signaux Entrées Dispositif électronique Signaux Sortie Source d’ énergie ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 3

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Signaux: potentiels et de différence de potentiels Analogie 1 La différence de potentiels ne dépend pas de la référence choisie § potentiel = altitude Je choisis une référence des altitudes +3000 m Mon 0 m -3000 m Le téléski: c’est la pile A dérivation Fléchage des 2 parcours: Courant des skieurs I 1 et I 2 I 1 I 2 M Intensité du courant I 1 =débit des skieurs parcours 1 ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 4

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Signaux: potentiels et de différence de potentiels Analogie 2 § hydraulique (Jean-François Pochon) ER/EN 1 - IUT GEII Différence de potentiel Intensité du courant Juan Bravo Différence de pression Débit hydraulique 5

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Signaux: potentiels et de différence de potentiels Exemples de dispositifs hydrauliques débit PAB PBM PAM=PA-PM Mise en // d’éléments résistifs Mise en série d’éléments résistifs Stockage d’énergie PAM t ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 6

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Signaux électriques usuels 400 Vs 300 400 300 200 100 0 -200 -300 -400 200 100 t 0 -100 0 0. 02 0. 04 -200 -300 -400 Influence amplitude v 1(t) v 2(t) 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 Influence fréquence 400 300 200 100 0 -200 -300 -400 v 1(t) v 2(t) 0. 01 ER/EN 1 - IUT GEII 0. 02 0. 03 0. 04 Influence phase à l’origine 400 300 v 1(t) 200 100 0 -200 -300 -400 v 2(t) 0. 02 Juan Bravo 0. 04 7

Dispositifs électroniques Généralités Signaux électriques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Représentations fréquentielles Signaux électriques usuels [V] 6 5 4 4 3 V 3 v 1 v 2 2 2 1 1 t 0 0 5 E-05 ER/EN 1 - IUT GEII 0. 00015 0. 0002 0 0. 0 E+0 5. 0 E-5 Juan Bravo 1. 0 E-4 1. 5 E-4 2. 0 E-4 t [s] 2. 5 E-4 8

Dispositifs électroniques Généralités Signaux électriques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Représentations fréquentielles Signaux électriques usuels 10 V 1 [V] 8 6 4 2 0 -5 0 t [s] 5 10 8 V 6 v 2(t) 4 2 0 0. 0 E+00 -2 t 5. 0 E-05 -4 1. 5 E-04 2. 0 E-04 v 1(t) -6 ER/EN 1 - IUT GEII 1. 0 E-04 Juan Bravo 9

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Représentation fréquentielle Information: je joue une note Représentation temporelle de la vibration de la corde ER/EN 1 - IUT GEII Représentation fréquentielle LA= 440 Hz Juan Bravo 10

Dispositifs électroniques Généralités Signaux électriques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Représentations fréquentielles Représentation fréquentielle: analyse spectrale Exemples de représentation spectrales 1 ms Amplitude 1 Khz 3 Khz 5 Khz f Sinus pur Decoupage 1 k. Hz Amplitude f Mélangeur ER/EN 1 - IUT GEII 1 k. Hz 4 k. Hz Modulation d’amplitude Juan Bravo 90 k. Hz 11

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Découpage fonctionnel Décomposition en fonctions élémentaires § Découpage d ’un problème complexe en problèmes plus simples § Approche TOP-DOWN On part des fonctionnalités attendus puis on scinde le système en blocs fonctionnels o Les blocs fonctionnels sont à leur tour décrit sous forme plus détaillés o Avantages § Travail collaboratif § Test unitaires des fonctions § Réutilisation de blocs Achat ou création d’IP (Intellectual Property) cores réutilisables. o Réduction du Time To Market. o ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 12

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Découpage fonctionnel Un exemple: alarme d’accessoires § Le contexte Diagramme avec les différents acteurs o Etablissement des liens entre les protagonistes o – matière : transferts physiques – énergie : échanges de puissance – information : contrôles, commandes, ordres, . . . § La fonction globale o « L´alarme vérifie en permanence la présence des accessoires à protéger. Si elle a été placée en position "on", elle devra envoyer un ordre de commande du klaxon à l´automobile quand les conditions d´effractions sont réunies» § Architectures Niveau 2 Niveau 1 ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 13

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Amplifier filtrer Amplifier § Objectif: amplifier la tension ou le courant d’entrée d’un capteur par exemple o Le rapport de la grandeur de sortie sur grandeur d’entrée à une fréquence donnée définit le coefficient d’amplification – Valide si pas de distorsion ( exemple saturation) o Lorsque cette amplification varie en fonction de la fréquence on parle plutôt de fonction de 20 transfert vs(t) – Forme complexe de l’amplification: gain, phase Ve(t) Filtrer A Vs(t) v 1 10 ve(t) 0 -10 0 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 -20 § Objectif: supprimer ou conserver que certaines fréquences du signal d’entrée § On distingue 4 grandes familles de filtrage PASSE-HAUT ER/EN 1 - IUT GEII PASSE-BAS PASSE-BANDE Juan Bravo REJECTEUR DE BANDE 14

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Amplifier filtrer Exemple d’un filtrage passe-bas 1 k. Hz Représentation temporelle Représentation fréquentielle V V f 1 k. Hz ER/EN 1 - IUT GEII f 4 k. Hz 1 k. Hz Juan Bravo 4 k. Hz 15

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Alimenter en énergie DC DC e 15 6 s 4 10 5 2 0 0. 05 0 0. 1 t 0. 02 0. 04 0. 06 t AC DC 400 e 6 s 4 200 0 -0. 01 -200 -400 ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo t 0. 04 2 0 0 0. 02 0. 04 0. 06 t 16

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Conversion DC-DC 14 ve 12 10 8 vs 6 4 2 0 0 ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 0. 02 0. 04 0. 06 0. 08 17

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Conversion AC-DC: fonctions secondaires Adapter niveau secteur Adapter tension § Objectif: abaisser (en général) le niveau de tension du secteur § Un composant privilégié o 400 Le transformateur de tension 100 ve(t) 200 symbole vs(t) 0 composant -200 50 0 t 0 0. 04 -50 0. 02 -400 -100 Redresser tension § Objectif: obtenir une tension à valeur moyenne non nulle o Vs Vac -> Vdc § Un composant privilégié o Ve Vs La diode Ve ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 18

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Conversion AC-DC: fonctions secondaires Filtrer Interprétation temporelle § Objectifs: atténuer les ondulations du redressement o Obtenir la tension la « plus lisse » possible o Filtrer Interprétation fréquentielle Stabiliser ou réguler § Déjà vu ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 19

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Générer 6 Fonction astable V § Objectifs: créer signal périodique à 2 états o 4 2 0 0 Notion haut/bas , vrai/faux 0. 0001 0. 0002 t Fonction oscillateur § Objectifs: créer signal périodique sinusoïdal Fonction temporiser (thème 1) § Objectifs: générer une impulsion calibrée en temps déclenchement Périodique ou non o Nécessite une entrée de déclenchement (trigger) o Fonction comparer § Objectifs: comparer deux tensions entre elles Résultat du type haut/bas , vrai/faux o Signaux fixes ou variables o ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 20

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Méthodologie Fonctions usuelles Interfacer ( Coupler) Interface § Objectif: terme générique pour désigner une adaptation des grandeurs électriques entre 2 blocs § Notions connexes: coupleur, driver Drivers § Drivers de ligne de communication o Usb, CAN, RS 232 § Drivers de composant o Transistor de puissance Interface de puissance § Interrupteur commandé o Relais, transistor § Convertisseurs commandés o AC/DC, DC/AC ( variateur de vitesse pour moteur) ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 21

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Résistor Le composant Effet Résistif § résistance au passage des électrons § Cette résistance se traduit par un échauffement: effet Joule Symboles R=résistance du résistor Modèles § Résistor idéalisé i A B ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 22

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Résistor § Modèle hautes fréquences A b Paramètre du résistor § Sa résistance nominale normalisé o marquage Ne Manger Rien Ou Je Vous Bats Violemment Gros Bêta ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 23

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Résistor § Tolérance o Série normalisée par tolérances associées § Puissance nominale Puissance normalisées [W] § Technologie – Couche carbone • • – Couche métallique • • – Prix faible 1/4 W -> 2 W 1 -> 2 M 5% à 0. 05% Bobinées • • – Usage courant en E 12 et 24 1/8 W -> 3 W -> 10 M Fréquence ->10 Mhz Moulées série E 24 ->2 W Vitrifiées: 13 à 320 W CMS • • • ER/EN 1 - IUT GEII Prix faible 1/4 W -> 2 W 1 -> 10 M Juan Bravo 24

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Résistor Autres composants § Potentiomètre composant principe symbole modèle § Réseaux de résistances ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 25

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur Le composant structure céramique structure électrolytique Effet capacitif § Accumulation de charges électriques sur les armatures § Relation entre la charge stockée et la tension aux bornes du condensateur [C] Symbole [F] [V] U Charge d’un électron e≈ - 1, 602 × 10 -19 C ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 26

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur Modèles A i B Il ne peut y avoir de discontinuité de tension aux bornes d’un condensateur § Condensateur idéal § Modèle hautes fréquences t Paramètre du condensateur § Sa capacité normalisée ( utilisation des séries E 6 à E 24 en ER) o marquage Marquage direct Marquage type exposant Marquage autre Marquage couleur en p. F Du bon sens Utiliser la techno du condensateur La taille du condo donne une indication 1. 0 ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 27

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur § Tolérance o Code Lettre § Tension nominale o Tension max à ne pas dépasser sous peine de claquage du diélectrique § Technologie o Plastique – – Polyester polycarbonates. . Céramique o Tantale o Electrolytique …. o MKS, réalisée avec un isolant en polystyrène (polysulfone métallisé, styroflex, . . . ) tantale céramique multi-couches MKP polypropylène ER/EN 1 - IUT GEII CMS Juan Bravo Électrolytiques polarisés . 28

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur Choisir la technologie ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 29

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Bobine Le composant Effet inductif § Un courant dans un conducteur crée un champ magnétique § Le flux représente la quantité d’induction magnétique au travers d’une surface Symboles Modèle § Bobine parfaite ER/EN 1 - IUT GEII i Juan Bravo 30

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Bobine ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 31

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Pile et accumulateurs Composants Objectif § Alimenter en énergie des dispositifs électronique § Stockage d’énergie sous forme électrochimique o accumulateur: stockage réversible / pile: non réversible § Mise en série de cellules élémentaires pour former des batteries (d’accumulateurs) Symboles Modèle § Source de tension parfaite i i Différents symboles ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 32

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Pile et accumulateurs i A B i I Hyperbole de dissipation maximale U Le point de fonctionnement est défini par la solution (U 0, I 0) ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 33

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Semi-conducteurs discret Famille des diodes § Redressement, source de tension, capacité contrôlée, source lumineuse Famille des transistors § Interrupteurs commandés, source de courant contrôlée canal N Transistors bipolaires ER/EN 1 - IUT GEII canal P Transistors JFET Transistors MOS Transistors à effet de champs Juan Bravo 34

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Semi-conducteurs composants Les fonctions logiques Divers Régulateur de tension Maintenir tension constante en sortie ER/EN 1 - IUT GEII Amplificateur opérationnel Amplifier les signaux d’entrées 555 Fonction astable et monostable Juan Bravo Microcontrôleur Fonction de commande numérique 35

Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Les sources (synthèse) Symboles des modèles § Source de tension o Notation que nous utiliserons principalement E E Source de tension indépendante § Source de courant I Source de tension liée (dépend d’une autre grandeur électrique) Exemple: E=k. Ve I Source de courant indépendante ER/EN 1 - IUT GEII I I Source de courant liée Juan Bravo 36