Fonctions et composants lmentaires de llectronique EREN 1
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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 Intensité du courant I 1 =débit des skieurs parcours 1 ER/EN 1 - IUT GEII I 1 I 2 M 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 Une même information et différentes représentations Information: je joue une note Représentation fréquentielle LA= 440 Hz Représentation temporelle de la vibration de la corde Diagramme de Bode ( cours GE 11) § La réponse à une excitation sinusoïdale reste sinusoïdale ( système SLTI) 20 Système linéaire v 1(t) 10 v 2(t) 0 -10 0 0. 02 t 0. 04 -20 ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 10
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Généralités Signaux électriques Représentations fréquentielles Représentation fréquentielle: Bode § Pour différent �� (ou f) on mesure A et �� f 100 Hz A 200 Hz 500 Hz 1 0, 9 0, 8 0 o 5 o 12 o ……. . § On trace la représentation fréquentielle Échelle logarithmique afin de pouvoir tracer de grande plage de fréquence ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 11
Dispositifs électroniques Généralités Signaux électriques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Représentations fréquentielles Représentation fréquentielle: analyse spectrale 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 100 k. Hz 90 k. Hz 110 k. Hz 12
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 13
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 14
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 15
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 16
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 17
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 18
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 19
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 20
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 21
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 22
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 23
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 24
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 25
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Résistor Autres composants § Potentiomètre composant principe symbole modèle § Réseaux de résistances ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 26
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 27
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 normalisé ( utilisation des série 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 28
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 . 29
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur Choisir la technologie ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 30
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur de découplage Des fils pas si parfaits § Comportement inductif parasite problématique lors des transitoires de fonctionnement des circuits ou modélisation § Une solution o Mise en // d’un ou plusieurs condensateurs de découplage – Si utilisation d’un C>qqu. F » mise en // de condo plastique ou céramique afin de diminuer la résistance série équivalente – Pour les grands bruiteurs utilisation de tantales (plus chers) + céramique en // Stratégie de découplage Au plus près du composant ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 31
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Condensateur: application Ne pas confondre la tension aux bornes du condensateur et la tension de sortie Charge d’un condensateur § réponse à un échelon de tension Circuit intégrateur ( passe-bas) Circuit dérivateur( passe-haut) ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 32
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 33
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Bobine ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 34
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 35
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 36
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Pile et accumulateurs: point de fonctionnement § Stabilité du point de fonctionnement o Étude des variations lors d’une perturbation d’une des grandeurs électriques – Outils et étude en cours d’automatique 2ème année – Possibilité d’interprétation graphique pour conclure sur la stabilité Exemple de perturbations en courant u UG>UR i augmente u Récepteur P P UG<UR i diminue U Récepteur U Générateur i i I” I ER/EN 1 - IUT GEII I I’ Etude rapide: on passe de I à I’ => Ug<Ur=> i va diminuer => OK UG<UR i diminue Etude plus fine: on peut faire apparaître la trajectoire de U et I Même résultat OK Juan Bravo 37
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Pile et accumulateurs § Exemple 2: point NON STABLE On remarque ici que nous allons converger vers un nouveau point de fonctionnement non désiré Etude rapide: on passe de I à I’ => Ug<Ur=> i va diminuer => KO Trajectoire: KO Le point de fonctionnement est stable si la pente de la caractéristique du générateur est inférieure à celle du récepteur ER/EN 1 - IUT GEII Juan Bravo 38
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 39
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 40
Dispositifs électroniques Fonctions Electroniques Composants Electroniques Les sources (synthèse) Symboles des modèles § Source de tension o Notation que nous utiliserons principalement – Ne vous dispense pas de connaître autres symboles E E Source de tension indépendante I Source de tension liée (dépend d’une autre grandeur électrique) Exemple: E=k. Ve § Source de courant I Source de courant indépendante ER/EN 1 - IUT GEII I I Source de courant liée Juan Bravo 41
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