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Tahar Neffati DES EXEMPLES D’APPLICATION DES SCHÉMAS DE SYNTHÈSE DES CONSEILS P

Tahar Neffati DES EXEMPLES D’APPLICATION DES SCHÉMAS DE SYNTHÈSE DES CONSEILS POUR RÉVISER 500 ENTRÉES ET DES EXEMPLES POUR COMPRENDRE ÉLECTRONIQUE de A à Z ÉLECTRONIQUE de A à Z 500 entrées et des exemples pour comprendre Tahar Neffati Maître de conférences à l’université de Cergy-Pontoise et au Conservatoire national des Arts et Métiers. © Dunod, Paris, 2006 ISBN 2 10 049487 2 AVANT-PROPOS AZ À celle qui a toujours manifesté pour moi de l’amour, de l’amitié et du soutien. À toi ma femme Cet ouvrage est spécialement destiné aux étudiants du premier cycle universitaire et aux étu- diants en BTS ou en DUT, ainsi qu’aux élèves ingénieurs, dans le domaine de l’électronique. C’est aussi un ouvrage de base pour les techniciens. L’électronique est un sujet extrêmement vaste et la littérature qui s’y rapporte est très abon- dante, mais on trouve essentiellement deux types d’ouvrages : – des ouvrages pour débutants, qui traitent souvent les sujets de base : transistors, ampliﬁ- cateurs opérationnels... – des ouvrages spécialisés qui traitent d’un sujet (ﬁltrage) ou une partie bien déterminée : transmission, traitement du signal... C’est pour répondre à un besoin intermédiaire ressenti par de nombreux étudiants que ce livre a été rédigé pour s’intégrer dans la nouvelle collection publiée par les Éditions Dunod (Les mathématiques de A à Z, La physique de A à Z, La chimie de A à Z). Ce livre permettra à de nombreux étudiants et techniciens de trouver rapidement par mot clef le sujet qui les intéresse. On peut par exemple chercher et comprendre l’essentiel sur les ﬁltres de Butterworth et trou- ver le tableau des fonctions de transmission sans passer par la théorie des ﬁltres, ni le déve- loppement mathématique qui s’y rattache. On cherche ainsi un mot (entropie, onde, ligne de transmission, champ électrique...) aﬁn de comprendre l’essentiel de sa déﬁnition. Il est évident que l’électronique, « toute l’électronique » ne peut être traitée dans un seul volume de 300 pages qui s’adresse principalement aux étudiants. L’ouvrage doit donc être efﬁcace et peu coûteux, mais, il ne doit être ni un aide-mémoire, ni un concentré de formu- laires. C’est pour cette raison que certains mots clefs qui peuvent intéresser certaines per- sonnes ne se trouvent pas forcément dans ce volume. Cet ouvrage est donc consacré à l’étude des mots les plus utilisés par les électroniciens. Cer- tains mots sont plus développés que d’autres pour permettre aux étudiants et aux autodidactes d’assimiler les principales notions de l’électronique. Il faut espérer que le présent ouvrage pourra, au-delà de son objectif premier (trouver rapide- ment une déﬁnition, une description ou une application), servir d’outils de révisions pour des examens écrits ou oraux. © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A AZ A A est le symbole de l’ampère, qui est l’unité de mesure de l’intensité du courant électrique. A (ampliﬁcateur classe) VCC R 2 R1 R E IC ve vS R C Figure A.1 Montage en classe A : émetteur commun non découplé Un ampliﬁcateur de tension classe A est souvent un ampli- ﬁcateur constitué de transistors bipolaires, ou de transis- tors à effets de champs (FET). Ce genre d’ampliﬁcateur est le plus utilisé en électronique analogique à transistors. L’entrée e(t) et la sortie s(t) sont des tensions. Le point de repos (point de polarisation) de chaque transistor doit être situé sur la droite de charges, dans la partie centrale (loin des points caractéristiques qui sont la saturation et le blocage). L’ampliﬁcateur représenté à la ﬁgure A.1 est un montage en émetteur commun non découplé. La polarisation impo- sée par les résistances R1 et R2 donne un point de repos N situé « vers le milieu » de la droite de charge statique du montage. Le rendement d’un ampliﬁcateur classe A est inférieur à 25 %. On utilise donc souvent ce genre d’ampliﬁcateur pour les faibles puissances. IC V CE V CC VCC RC+ RE V CE0 IC0 N Figure A.2 Droite de charge statique et point de fonctionnement Accepteur (voir dopage) Actif (circuit) En électronique analogique, un circuit peut fonctionner sans avoir besoin d’apport d’énergie continue. C’est le cas par exemple d’un circuit RLC série ou parallèle. Dans d’autres cas, certains composants du circuit nécessitent l’apport de l’énergie d’une alimentation stabilisée © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit 2 Actif (ﬁltre) ou d’une pile. C’est le cas des circuits intégrés et des montages à transistors. On dit alors que le circuit est un circuit actif. Actif (ﬁltre) La distinction essentielle entre un ﬁltre actif et un ﬁltre passif est due à l’utilisation ou non d’un élément actif. Un ﬁltre réalisé au moyen de résistances, de condensateurs et d’éléments actifs (transistors bipolaires, transistors à effet de champ...) est appelé ﬁltre actif. Actuellement, l’élément actif le plus utilisé est l’ampliﬁcateur opérationnel, qui permet la réalisation de ﬁltres utilisables jusqu’à des fréquences de quelques dizaines voir quelques centaines de kilohertz. Contrairement aux ﬁltres passifs, les ﬁltres actifs n’utilisent pas d’inductances. Cette diffé- rence permet de faire les remarques suivantes : – l’absence d’inductances réduit l’encombrement du dispositif, ce qui permet la réalisation sous forme intégrée, – les ﬁltres actifs sont généralement caractérisés par des impédances d’entrée très élevées et par des impédances de sortie assez faibles, ce qui permet la mise en cascade de plusieurs cellules élémentaires et la multiplication de leurs fonctions de transfert sans se soucier du problème d’adaptation, – le prix de la réalisation d’une inductance est élevé, comparé au prix d’achat d’un conden- sateur. De plus, une bobine présente toujours des pertes non négligeables, un faible coefﬁ- cient de surtension et une mauvaise stabilité thermique. + − Ve aC VS bC R R Figure A.3 Filtre passe bas d’ordre 2 utilisant la cellule de Sallen-Key Les ﬁltres actifs ne présentent pas que des avantages par rapport aux ﬁltres passifs. Outre la nécessité d’utiliser une alimentation externe et la limitation de la dynamique maximale de sortie, le coefﬁcient de surtension peut devenir assez élevé : dans ce cas, il y a risque d’oscillations spontanées. Plusieurs cellules élémentaires permettent de réali- ser des ﬁltres actifs, c’est le cas du ﬁltre passe-bas d’ordre 2 réalisé avec une cellule de Sallen-Key. Adaptation d’impédance Considérons une charge d’utilisation notée ZU branchée sur un générateur de force électro- motrice eg et d’impédance interne Zg. Si la condition d’adaptation en puissance n’est pas satisfaite, on peut intercaler entre la source et la charge un quadripôle composé de résistances ou d’inductances et de condensateurs qui réalisera la condition souhaitée en continu ou à une fréquence de travail bien déterminée. Prenons l’exemple suivant : pour adapter une source de tension eg, de résistance interne Rg = 50 V à une charge de résistance ZC = RC = 75 V, on utilise l’atténuateur de la ﬁgure A4 constitué de deux résistances RS et RP. Rg = RP// (RS + RU) = RP · (RS + RU) RP + RS + RU RU = RS + RP//Rg = RS + RP · Rg RP + Rg Adaptation en puissance 3 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Rg Eg RS RP ZC Adaptation Figure A.4 Adaptation d’impédance par quadripôle résistif On détermine ainsi les valeurs des résis- tances d’adaptation : RS = 43, 3 V et RP = 86, 6 V L’adaptation d’impédance en hyperfré- quences utilise souvent des composants spéciﬁques tels que les stubs. Adaptation en puissance Considérons une charge d’utilisation notée ZU branchée sur un générateur de tension sinu- soïdale de force électromotrice eg et d’impédance interne Zg. Calculons la valeur de ZU pour laquelle la puissance active fournie est maximale. Nous notons : Zg = Rg + j Xg ; ZU = RU + j XU ; eg = Eg cos (vt) En utilisant la notation complexe, la puissance complexe fournie par le générateur est : p = u · i∗ 2 avec u = ZU · i et i = E g ZU + Zg = Eg RU + Rg + j XU + Xg Nous déduisons l’expression de la puissance complexe : p = Z · i · i∗ 2 = E2 g 2 RU + Rg 2 + XU + Xg 2 (RU + j XU) La puissance moyenne (active) fournie à la charge est donnée par la partie réelle de la puis- sance complexe. Nous obtenons : Pactive = R (P) = E2 g 2 RU + Rg 2 + XU + Xg 2 · RU Le dénominateur étant la somme de deux termes positifs, sa valeur minimale correspond à : XU = −Xg, cette condition est réalisable puisque les réactances peuvent être positives ou négatives. Si cette condition est respectée, l’expression de la puissance devient : Pactive = E2 uploads/s1/ electronique-a-a-z.pdf