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Cours d’électronique analogique 1 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR S

Cours d’électronique analogique 1 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT RÉPUBLIQUE DE CÔTE D'IVOIRE UNION - DISCIPLINE - TRAVAIL _______ MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNITÉ DE FORMATION ET DE RECHERCHE SCIENCES DES STRUCTURES DE LA MATIÈRE ET DE TECHNOLOGIE UNIVERSITÉ DE COCODY LABORATOIRE DE PHYSIQUE DE LA MATIÈRE CONDENSÉE ET DE TECHNOLOGIE (LPMCT) ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE (E.N.S.) CENTRE DE FORMATION CONTINUE (C.F.C) UNIVERSITÉ DE VACANCES LICENCE DE SCIENCES PHYSIQUES (L.S.P.) ELECTRONIQUE ANALOGIQUE (Notes de cours et exercices d’application) Dr. Claude YAPO Maître assistant 2009 -2010 Cours d’électronique analogique 2 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT CHAPITRE I : COMPOSANTS ELEMENTAIRES ET CONDUCTION DANS LES SOLIDES ................ 8 INTRODUCTION .................................................................................................................................................. 8 I- LA STRUCTURE (ATOMIQUE) DE LA MATIERE .................................................................................... 8 1) L'ATOME ..............................................................................................................................................8 2) LES ELECTRONS ...................................................................................................................................8 3) LA STRUCTURE CRISTALLINE .............................................................................................................9 4) L'AGITATION THERMIQUE ..................................................................................................................9 5) LA BANDE DE VALENCE .....................................................................................................................10 6) LA BANDE DE CONDUCTION ..............................................................................................................10 II- LES CONDUCTEURS ................................................................................................................................... 10 1) LE MECANISME DE LA CONDUCTION ................................................................................................11 2) MOBILITE-RESISTIVITE ....................................................................................................................11 4) CONDUCTION PAR TROU. ...................................................................................................................12 III- LES ISOLANTS ............................................................................................................................................ 13 IV- LES SEMI CONDUCTEURS ....................................................................................................................... 13 1) SEMI-CONDUCTEURS INTRINSEQUES ................................................................................................14 2) RESISTIVITE .......................................................................................................................................14 3) VARIATION DE LA RESISTIVITE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE. ...........................................15 4) LES SEMI-CONDUCTEURS EXTRINSEQUES ........................................................................................15 A) LES SEMI-CONDUCTEURS EXTRINSEQUES DE TYPE N .........................................................................16 B) SEMI-CONDUCTEUR EXTRINSEQUE DE TYPE P ....................................................................................16 C) LA RESISTIVITE ...................................................................................................................................17 ) SC de type N ......................................................................................................................................17 ) SC de type P .......................................................................................................................................17 CHAPITRE II : LA JONCTION PN - DIODE A JONCTION...................................................................... 19 I- INTRODUCTION ............................................................................................................................................ 19 II- POLARISATION D’UNE JONCTION PN .................................................................................................. 20 1) POLARISATION DANS LE SENS DIRECT ..............................................................................................20 2) POLARISATION DANS LE SENS INVERSE ............................................................................................20 3) CARACTERISTIQUE COURANT-TENSION ...........................................................................................21 III- DESCRIPTION ET COMPORTEMENT DU COMPOSANT ................................................................. 22 IV- MODELISATIONS ....................................................................................................................................... 22 1) MODELISATION PAR UNE LOI MATHEMATIQUE : LA LOI DE SHOCKLEY .......................................22 2- MODELISATION PAR UNE COURBE CARACTERISTIQUE ...................................................................23 3- MODELISATION PAR SCHEMAS ELECTRIQUES EQUIVALENTS ........................................................24 Cours d’électronique analogique 3 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT 3-1- DIODE POLARISEE EN DIRECT (I > 0, V > 0) ......................................................................................24 a) VS négligeable  VS  0 ....................................................................................................................24 b) VS non négligeable ..............................................................................................................................25 3-2- DIODE POLARISEE EN INVERSE – DIODE BLOQUEE (V < 0) ...............................................................26 a) IS négligeable IS  0 .............................................................................................................................26 b) IS non négligeable ...............................................................................................................................27 4- RESUME ..............................................................................................................................................27 V- SPECIFICATIONS PRINCIPALES ............................................................................................................. 28 1) LES LIMITES D’UTILISATION .............................................................................................................28 2) LES PARAMETRES DU MODELE .........................................................................................................29 3) LE COMPORTEMENT FREQUENTIEL .................................................................................................29 4) L’INFLUENCE DE LA TEMPERATURE.................................................................................................30 VI- APPLICATION DE LA DIODE A JONCTION ........................................................................................ 30 1- NOTION DE DROITE DE CHARGE ET POINT DE FONCTIONNEMENT .................................................30 2- REDRESSEMENT (D’UN SIGNAL BIDIRECTIONNEL, SINUSOÏDAL) ....................................................31 3- REDRESSEMENT BI ALTERNANCE .....................................................................................................32 A) AVEC DEUX SOURCES EN OPPOSITION DE PHASE .................................................................................32 B) AVEC UNE SEULE SOURCE (PONT DE DIODES) .....................................................................................32 VII- EXEMPLE D’AUTRES TYPES DE DIODES .......................................................................................... 33 1- LA DIODE ELECTROLUMINESCENTE .................................................................................................33 2- LA DIODE ZENER................................................................................................................................34 A)- DESCRIPTION - COURBE CARACTERISTIQUE – SYMBOLE - MODELISATION ..............................34 B) - UTILISATION DE LA DIODE ZENER (OU DIODE REGULATRICE DE TENSION) ...............................35 Α- STABILISATION DE TENSION ...............................................................................................................35 Β) PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS ............................................................................................40 VIII- LE FILTRAGE ........................................................................................................................................... 40 1) PRINCIPE DE FILTRAGE PAR CONDENSATEUR .................................................................................40 A) R = ∞ ( R DECONNECTEE) ...............................................................................................................41 B) CAS GENERAL ( R  ∞) ........................................................................................................................41 2- SCHEMAS USUELS D’ALIMENTATIONS AVEC REDRESSEURS – DOUBLE ALTERNANCE ..................41 3- ONDULATION......................................................................................................................................42 A) DEFINITION .........................................................................................................................................42 B) IMPORTANCE DU TAUX D’ONDULATION .............................................................................................43 C) FACTEURS DONT DEPEND L’ONDULATION ..........................................................................................43 CHAPITRE III : TRANSISTORS A JONCTIONS BIPOLAIRES ................................................................ 44 I- TRANSISTORS BIPOLAIRES NPN ET PNP ................................................................................44 1) TECHNOLOGIE ET CONVENTION .......................................................................................................44 A) DESCRIPTION ......................................................................................................................................44 B) IDENTIFICATION : REPERAGE DES CONNEXIONS .................................................................................45 C) CONVENTIONS .....................................................................................................................................46 A) SENS DES POLARISATIONS ..................................................................................................................46 B) RESEAU DE CARACTERISTIQUES .........................................................................................................47 b-1) Caractéristique à VCE constante .......................................................................................................47 Cours d’électronique analogique 4 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT b-2) Caractéristique à IB constant ............................................................................................................48 CHAPITRE IV : TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP (TEC) .................................................................... 50 A JONCTIONS ..................................................................................................................................................... 50 I- INTRODUCTION : .......................................................................................................................................... 50 II- DESCRIPTION ............................................................................................................................................... 50 III- ÉTUDE DU FONCTIONNEMENT (SUR T.E.C. CANAL N) .................................................................. 52 1) CARACTERISTIQUE ID (VDS) A VGS = 0 ..............................................................................................52 2) EXPLICATION PHYSIQUE DES OBSERVATIONS .................................................................................53 3) CARACTERISTIQUE ID (VDS) POUR VGS < 0 .......................................................................................54 4) CONCLUSION SUR LE FONCTIONNEMENT .........................................................................................54 IV- RÉSEAUX DE CARACTÉRISTIQUES ..................................................................................................... 55 V- EXPLOITATION DES T.E.C. A JONCTION ............................................................................................. 57 1) REGIME RESISTIF (CARACTERISTIQUE DE SORTIE) ........................................................................57 3) REGIME DE COMMUTATION ..............................................................................................................58 4) REGIME D’AMPLIFICATION ...............................................................................................................59 VI- AUTRES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP .................................................................................... 61 T.E.C. A CANAL P ...................................................................................................................................61 VII- TRANSISTORS M.O.S. .............................................................................................................................. 61 1) LES T.E.C. A PORTE ISOLEE A CANAL N DIFFUSE (CONDUCTION EN VOLUME) .............................61 2) T.E.C. A PORTE ISOLEE A CANAL INDUIT .........................................................................................63 VIII- APPLICATIONS DES TRANSISTORS M.O.S. ..................................................................................... 64 1) AVANTAGE ET INCONVENIENT .............................................................................................................. 64 2) LE TRANSISTOR M.O.S. EN CIRCUIT INTEGRE .................................................................................64 CHAPITRE V : AMPLIFICATION ÉTUDE GÉNÉRALE ............................................................................ 65 I- GÉNÉRALITÉS ET CONVENTIONS .......................................................................................................... 65 II- RAPPEL SUR LES QUADRIPOLES ........................................................................................................... 65 1) MATRICE IMPEDANCE .......................................................................................................................66 2) MATRICE ADMITTANCE .....................................................................................................................67 3) MATRICE DE TRANSFERT ..................................................................................................................69 4) MATRICE HYBRIDE............................................................................................................................69 Cours d’électronique analogique 5 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT III- AMPLIFICATION ........................................................................................................................................ 70 1) DEFINITION : UN AMPLIFICATEUR EST UN DISPOSITIF ACTIF ASSIMILABLE A UN QUADRIPOLE ..70 2) AMPLIFICATION .................................................................................................................................70 3) APPLICATION .....................................................................................................................................70 A) AMPLIFICATION EN COURANT .............................................................................................................71 B) AMPLIFICATION EN TENSION ...............................................................................................................71 C) AMPLIFICATION EN PUISSANCE ...........................................................................................................72 IV- IMPEDANCE D’ENTREE D’UN AMPLIFICATEUR ............................................................................. 72 V- IMPÉDANCE DE SORTIE ZS ...................................................................................................................... 72 VI- GAIN D’UN AMPLIFICATEUR ................................................................................................................. 74 1) DEFINITION : ......................................................................................................................................74 2) GAIN EN COURANT – GAIN EN TENSION ...........................................................................................75 VII – COURBE DE REPONSE D’UN AMPLIFICATEUR – BANDE PASSANTE ..................................... 75 VIII- ADAPTATION D’IMPEDANCE.............................................................................................................. 76 1) EXEMPLE : ..........................................................................................................................................76 2) APPLICATION A UN AMPLIFICATEUR ................................................................................................77 IX- CLASSIFICATION DES AMPLIFICATEURS ......................................................................................... 77 CHAPITRE VI : AMPLIFICATION PAR TRANSISTOR ............................................................................. 80 I- ETUDE GRAPHIQUE ..................................................................................................................................... 80 1) RESEAU DE CARACTERISTIQUES (CF CHAPITRE III) .......................................................................80 2) PARAMETRES DU TRANSISTOR ..........................................................................................................80 3) CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES ...................................................................................................80 II- ETUDE MATHEMATIQUE ......................................................................................................................... 83 1) STABILITE DU POINT DE REPOS AVEC LA TEMPERATURE ...............................................................83 A) DEFINITIONS .......................................................................................................................................83 ) LE COURANT DE FUITE DE LA JONCTION COLLECTEUR BASE, POLARISEE EN INVERSE, (EMETTEUR EN L’AIR) EST NOTE ICBO. ..............................................................................................................................83 ) LE COURANT DE FUITE COLLECTEUR EMETTEUR, BASE EN L’AIR EST NOTEE ICEO ..............................83 ) LE COEFFICIENT  ...............................................................................................................................83 ) RELATION ENTRE  ET  .....................................................................................................................84 ) RELATION ENTRE ICBO ET ICEO .............................................................................................................84 ) RELATION ENTRE IC, IB ET ICBO LORSQUE LA TEMPERATURE VARIE ............................................85 B) QUELQUES ORDRES DE GRANDEURS ...................................................................................................85 2) LES COEFFICIENTS DE STABILITE EN TEMPERATURE .....................................................................85 A) MONTAGE DE POLARISATION AVEC PONT DE BASE ............................................................................86 B) MONTAGE AVEC RB A PARTIR DE VAL ................................................................................................87 C) MONTAGE AVEC R’B SUR COLLECTEUR ..............................................................................................88 Cours d’électronique analogique 6 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT III - AMPLIFICATEURS A TRANSISTORS BIPOLAIRES ......................................................................... 88 A) MONTAGE AMPLIFICATEUR EMETTEUR COMMUN ...................................................................... 88 1) LE TRANSISTOR EST UN QUADRIPOLE ..............................................................................................88 2) PARAMETRES HYBRIDES ...................................................................................................................89 3) EQUATIONS DU TRANSISTOR .............................................................................................................89 4) SCHEMA EQUIVALENT D’UN TRANSISTOR EN PETITS SIGNAUX ......................................................89 4) SCHEMA EQUIVALENT DU MONTAGE COMPLET. .............................................................................90 5) CARACTERISTIQUES DE L'AMPLIFICATEUR EC ..............................................................................90 6) SIMPLIFICATION DES EQUATIONS DU TRANSISTOR .........................................................................93 B) MONTAGE AMPLIFICATEUR BASE COMMUNE (B.C)....................................................................... 95 1) MONTAGE COMPLET : ................................................................................................................95 B) CALCUL DES HIJB EN FONCTION DES HIJE SUPPOSES CONNUS ...............................................................96 C) SCHEMA EQUIVALENT DU TRANSISTOR EN B.C. .................................................................................98 D) CARACTERISTIQUES DU MONTAGE B.C. .............................................................................................98 C- MONTAGE AMPLIFICATEUR COLLECTEUR COMMUN ................................................................ 102 1) MONTAGE COMPLET ....................................................................................................................102 2) EQUATIONS DU TRANSISTOR AVEC LES HIJC ...................................................................................102 3) SCHEMA EQUIVALENT DU TRANSISTOR EN FONCTION DES HIJ ......................................................103 4) CARACTERISTIQUES DU MONTAGE CC ..........................................................................................103 III- AMPLIFICATION A L’AIDE D’UN TEC ............................................................................................... 108 1) MONTAGE : REGIME DES PETITS SIGNAUX.....................................................................................108 2) CARACTERISTIQUE DU TEC EN PETITS SIGNAUX ..........................................................................109 3) SCHEMA EQUIVALENT AU TEC EN REGIME DE PETITS SIGNAUX .................................................109 4) MONTAGE SOURCE COMMUNE........................................................................................................110 VOIR 1, MONTAGE ................................................................................................................................110 5) MONTAGE AVEC RESISTANCE DE SOURCE NON DECOUPLEE ........................................................111 L'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL ....................................................................................................... 117 INTRODUCTION: ............................................................................................................................................. 119 AMPLIFICATEUR DE DIFFERENCE PARFAIT : ..................................................................................... 120 AD EST LE GAIN DIFFERENTIEL DU MONTAGE ...................................................................................120 1) MONTAGE DE BASE DE L’AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL : ..........................................................120 2) ETUDE DU GAIN DU MONTAGE : .......................................................................................................120 3) MONTAGE A SORTIE FLOTTANTE : ..................................................................................................121 4) MONTAGE A REFERENCE COMMUNE : ............................................................................................122 5) IMPEDANCE D’ENTREE DIFFERENTIELLE : .....................................................................................122 6) AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL REEL :..........................................................................................123 7) TAUX DE REJECTION EN MODE COMMUN : .....................................................................................123 8) EXEMPLE D’AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL INTEGRE : ...............................................................125 Cours d’électronique analogique 7 Dr YAPO Claude – Enseignant Chercheur – UFR SSMT- LPMCT AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS ..................................................................................................... 126 1) PRESENTATION DES A.O : ................................................................................................................126 2) BRANCHEMENT DES ALIMENTATIONS DES A.O : ............................................................................126 3) SYMBOLE DES AMPLI.OP : ...............................................................................................................127 4) CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES ET APPLICATIONS : ..............................................................127 5) FONCTIONNEMENT EN REGIME STATIQUE : ...................................................................................128 6) AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL PARFAIT : .................................................................................129 7) FONCTIONNEMENT EN REGIME DYNAMIQUE : ...............................................................................129 8) ÉTUDE DE L’EVOLUTION DE VS ET U EN FONCTION DU TEMPS : ...................................................131 9) PROPRIETE ESSENTIELLES D’UN A.O. PARFAIT :...........................................................................133 10) GAIN DE L’A.O. EN FONCTION DE LA FREQUENCE : .....................................................................133 11) VITESSE LIMITE DE BALAYAGE EN TENSION A LA SORTIE D’UN A.O. : ......................................133 12) CONCLUSION : ................................................................................................................................134 EXERCICES....................................................................................................................................................... 136 TRAVAUX uploads/Science et Technologie/ coursd-x27-electroniques-yap.pdf