Electronique 1

8/2/2019 Electronique 1

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IUT d'Annecy Dpartement Mesures Physiques Btemps Andr MPh1 2010/11

ELECTRONIQUE module 1

Au verso de cette page de garde : Utilisation de Moodle

Fiches de COURS

Cours n1: FONCTION DE TRANSFERT page n1Cours n2: DIAGRAMME DE BODE page n2Cours n3: AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL page n5Cours n4: Intgr au TD n4Cours n5: LA DIODE DE REDRESSEMENT page n7Cours n6: LE TRANSISTOR BIPOLAIREPREMIERE PARTIE page n8Cours n7: LE TRANSISTOR BIPOLAIREDEUXIEME PARTIE page n10Complments sur la diode et les transistors

TD

TD n1: FONCTION DE TRANSFERT page n1TD n2: DIAGRAMME DE BODE page n3TD n3: AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL page n5TD n4: MONTAGES AMPLI OP page n7TD n5: LA DIODE DE REDRESSEMENT page n9TD n6: LE TRANSISTOR BIPOLAIREPREMIERE PARTIE page n11TD n7: LE TRANSISTOR BIPOLAIREDEUXIEME PARTIE page n12

TP

TP 1 : Diagramme de BODE page n1TP 2 : AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL page n 4TP 3 : REDRESSEMENT page n 6TP 4 : UTILISATION DU TRANSISTOR BIPOLAIRE page n 9TP 5 : FILTRES ACTIFS page n 13

En fin de poly : Les noncs des derniers tests (solution sous Moodle) Lannexe du TP 3 (en 2 exemplaires) dtacher


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2010-2011 Fiche de cours d'ELECTRONIQUE MPh 1

IUT d'Annecy Dpartement Mesures Physiques Andr Btemps page n1

Cours N1 FONCTION DE TRANSFERT

1. PREREQUIS :1.1. NOTATION COMPLEXE

en rgime permanent sinusodal :)tcos(2I)tcos(I)t(i

)tcos(2V)tcos(V)t(v

M

M

+=+=

==

chaque grandeur instantane on associe une grandeur complexe telle que :

v(t)= e(V) avec V=VM e jwt=V e jwt2 (si v(t) sinus alors v(t)=m((V))i(t)= e(I) avec I=IM e wt j )( + =I e wt j2 )( +

Remarque :En lectrotechnique vu que la frquence est fixe et que les appareils de mesure fournissent une valeur efficace, onutilise des expressions simplifies (amplitudes complexes associes) et ainsi on associe V v(t) et Ie j i(t).

1.2. IMPEDANCE COMPLEXEon dfinit : I

VZ = pour une pulsation donne, = 2f.

RZR = jC Z C

1= jL Z L

=

Faire le 1. de la fiche d'exercices AVANT d'arriver en TD.

2. FONCTION DE TRANSFERTve(t), et vs(t),sinusodales de mme pulsation = 2f rgime linaire,ni saturation, ni distorsion

e

s

VV

) j(H =

Exemple :

Filtre passe-haut

Physiquement :

si f 0 schma quivalent

si f schma quivalent

passe les " "

coupe les "."

Calcul littral de H(j):

Vrification cohrence du rsultat :si f 0 H ~

si f H ~

quadriplelinaire


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Cours N2 DIAGRAMME DE BODE

1. REPRESENTATION GRAPHIQUE

[ ] radiansoursdegenHArgPhase

dcibelsenHlog20HGaindB

=

=en fonction de log (f)

chelle logarithmique : on reprsente log (f) mais on note en abscisse la frquence et non son logarithme.

intrt de la reprsentation :

21HHH =

2121

dB2dB12121dBdB

HArgHArg)HH(Arg)H(Arg

HHHlog20Hlog20HHlog20HHlog20H

+===

+=+====

Les fonctions de transfert sont dcomposes enproduitsde fonctions de transfert bien connues(forme canonique),puis onsommeles diagrammes de Bode dechaque partie, en gain et en phase.

Faire les exercices 2 et 3

2. DIAGRAMMES DE BODE DES FONCTIONS DU PREMIER ORDRE

H0

Conclusion : Diffrence entre H et HdB (>ou


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H2

H3

Complments : Trac rel de H3

Calculer H3dB pour f=f 0 /2 puispuis faire de mme

Justifier le nom de trac

f 0 puis 2f 0 pour arg(H3)

asymptotique

H4

HdB

f (log) f (log)

Arg H

HdB

f (log) f (log)

Arg H

HdB

f (log) f (log)

Arg H


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3. COMPOSITION DE DIAGRAMMES

100f j1

1

10f j1

1"H'H)f (H+

+

== "'

"H'HHdBdBdB

+=

+=

calcul de quelques points du diagramme du gain rel:

f = 10 Hz HdB = f = 100 Hz HdB =

calcul de quelques points du diagramme de phase rel

f = 1 Hz, = f = 10 Hz, = f = 100 Hz, = f = 1 kHz,=

f (log) Hz1 10 100 1 k

- 40 dB

- 60 dB

- 20 dB

0 dB

1 10 100 1 k

- 90

- 180

0


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Cours N3 AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL

1. ROLE DE L'AMPLI OP EN ELECTRONIQUE

Un amplificateur oprationnel est un composant lectronique qui : s'alimente par deux sources de tension symtriques 0V/-Vcc et 0V/+Vcc et pour nous en TP souvent on prend

Vcc=12V. Il ralise l'opration Vs = Ad (e+ - e-) = Ad , mais Ad est si grand que :

o si on connecte directement les signaux sur les entres, il se comporte comme uncomparateur de tensiono si on ralise un rebouclage de la sortie sur l'entre - , on obtient une relation linaire (amplification ) entre le

signal qu'on injecte en entre et celui qu'on recueille en sortie.o si on ralise un rebouclage de la sortie sur l'entre +, il se comporte comme un comparateur de tension deux

seuils.

2. MODELESi on veut tre capable de prvoir thoriquement l'volution de la sortie pour un signal d'entre connu, il faut partir descaractristiques essentielles du composant lui associer un modle qui est l'association de diples lectriques simples.

Pour l'ampli opd'usage courant , les caractristiques essentielles sont :

Ad3.105 10Hz puis diminue quand la frquence augmente (Ad1 3MHz). Pour le modle on considre que Ad frquence

Si on alimente le circuit en -12/0/+12Vla tension en sortie ne peut pas dpasser +/-11 VOn dfinit alors Vs max= Vsat 0,9 Vccet

Vsmin = - Vsat - 0,9 Vcc.

Le seul courant que le circuit absorbe est fournipar les alimentations symtriques et on a i+ = i - = 0

On en dduit le modle lectrique suivant :

avec Rd= , Rs=0, Ad= d'o

3. CARACTERISTIQUE ENTREE / SORTIE

montages linaires en contreraction :

e+ = e- = 0Ad

montages non-linaires en boucleouverte

saturation :si > 0 vs = Vsat, si


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4. METHODE D'ETUDE SUR LE MONTAGE AMPLIFACTEUR INVERSEUR

Je constate que la sortie est boucle sur l'entre inverseuse, par l'intermdiaired'un diple donc je pose : =0 en flchant directement cette tension sur le schma.

Vu que i+ = i- = 0, je peux dduire que : le courant qui traverse R 1 est le mme que celui qui traverse R 2

Je peux maintenant raliser ci-dessous un schma quivalent lectrique du montage en enlevant l'ampli op mais en gardantvidemmenttoutes les contraintes qu'il a imposes notamment=0 donc e-=0V.

Remarque importante :A partir du schma lectrique quivalent vous d'utiliser la mthode qui vous convient le mieux : soit les lois des noeuds et des mailles qui est la mthode de base mais qui ne rserve pas de surprise soit Millmann qui est une mthode plus systmatique donc plus rapide mais o des oublis sont frquents (impdance

cache ou relie au 0V)Mthode Lois des noeuds et mailles Mthode Millmann

J'en dduis alors que Vs= - RR12 Ve d'o le nom amplificateur inverseur.

5. L'AUTRE MONTAGE DE BASE

Amplificateur non inverseur

d'o Vs=

Montage suiveur

R1= et R2= d'o Vs=

Utilit ?ve +

-

vs

+

-ve

vs

R1

R2

-

+

ve

vs R1

R2


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Cours N5 LA DIODE DE REDRESSEMENT

1. PREREQUIS faire le 1 de la fiche d'exercices AVANT d'arriver en TD

2. FONCTIONNEMENT : ANALOGIE HYDRAULIQUE

La diode est comparable un tronon de canalisation qui ne laisse passer le liquide que dans un seul sens.Nous considrerons : Au paragraphe 3. que ce tronon de canalisation n'entrane aucune chute de pression (seuil nul) Au paragraphe 4. que ce tronon de canalisation introduit une perte de charge (seuil de 0,6V)

3. DIODE = INTERRUPTEUR UNIDIRECTIONNEL

La diode est un composant lectronique qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens

La diode ne peut donc prendre que deux tats distincts :Diode conductrice ou passante Diode bloque(fil ou interrupteur ferm) (interrupteur ouvert)

Dmarche suivre :

Faire le 2. de la fiche d'exercices

4. DIODE = INTERRUPTEUR UNIDIRECTIONNEL AVEC UN SEUIL DE CONDUCTION

Quelquefois un modle plus complet est ncessaire pour expliquer ou prvoir les formes dondes obtenues.On considre alors que lorsque linterrupteur est ferm il a un seuil de 0,6V.On dit quil est quivalent non plus un fil mais une fcem de 0,6V.

La diode ne peut donc prendre que deux tats distincts :Diode conductrice ou passante Diode bloque (fcem de 0,6V) (interrupteur ouvert)

Dmarche suivre :

La dmarche est la mme que prcdemment sauf que dans le schma quivalent lectrique la diode n'est plus remplace parun fil mais par une fcem de 0,6V.Faire les 3. 4. et 5. de la fiche d'exercices

I>0

U=0

I=0

U

I=0

U0 ?Hypothse fausseDiode bloque

Hypothse exacteDiode passante

Et elle conduira tant que I>0

oui

On pourrait supposer au dpartla diode bloque puis vrifierU


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Cours N6 LE TRANSISTOR BIPOLAIRE PREMIERE PARTIE

1. PREREQUIS faire le 1 de la fiche d'exercices AVANT d'arriver en TD

2. FONCTIONNEMENT : ANALOGIE HYDRAULIQUELe transistor est comparable :

Soit on ouvre plus ou moins la vanne pour contrler le dbitC'est le transistor enrgime linaire Soit on utilise cette vanne en tout ou rien c'est dire :

vanne ferme. vanne ouverte fond.

C'est le transistor enTout Ou Rien (TOR)

3. LE TRANSISTORet ses 3 schmas lectriques quivalents

A la diffrence de la diode : Le transistor possde une broche de plus qui permet de contrler l'intensit du courant qui le traverse.

Comme la diode : Le transistor est un composant lectronique qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens et qui peut tre

quivalent un interrupteur ouvert ou ferm (modle TOR)

Le symbole lectrique du transistor est :

Le transistor NPN Le petit courant qui circule de B vers E contrle le fort courant entre C et E

La flche entre B et E est importante car physiquement il y a une diode entre B et E et le sens de la flche rappelle le sens dela diode donc du courant (>0).

Le transistor PNP C'est le petit frre du prcdent, la diffrencese situant au niveau du sens des courants :Le petit courant qui circule de E vers Bcontrle le fort courant entre E et C

La flche entre E et B est importante car par rapport au prcdent la diode entre B et E est dans l'autre sens. Pour le NPN, lecourant entre par la base, pour le PNP, le courant sort de la base.

Les 3 schmas quivalents pour le transistor NPN sont :

Transistor passant Transistor satur Transistor bloqu (rgime linaire) (fil ou interrupteur ferm) (interrupteur ouvert)

Pour le transistor PNP, V EC on aura aussi les 3 schmas quivalents avec V EC au lieu de V CE

IcIB(et Ic0

IB 0

OU

IB = 0


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Dmarche suivre :

Montage de base et analogie hydraulique :

On a Vcc=12V,=150, RB=10k; Complter le tableau suivant :

Ve RC IB IC VCE tat du transistor De quel lmentdpend cet tat0 inconnue

0,4 inconnue

1 1k

1 10k

5 1k

Hypothse 1 exacteHypothse 2 fausse

Transistor satur

VCE = 0 et IC IB

Calcul de Icpar la maille de sortie

(celle qui passe par VCE)

IB > 0 ?

Hypothse 1fausse

Transistor bloqu

alors IB = 0

Hypothse 2 : I C = IBCalcul de IC

Calcul de VCE ou VEC pour PNP

VCE >0 ?

Hypothse 1 et 2exacte

Transistor passant

Hypothse 1 :transistor passant, V BE = 0,6 V

ou V EB pour PNP

Calcul de IB par la maille dentre

(celle qui passe par VBE)

oui

oui

rservoirVcc

Rc

VccRB

RC

VeVs


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Cours N7 LE TRANSISTOR BIPOLAIRE(DEUXIEME PARTIE)

1. PREREQUIS faire le 1 de la f iche d'exercices AVANT d'arriver en TD

Quand on utilise le transistor en rgime linaire , la relation de proportionnalit entre I B et I c permet de raliser :

une amplification de tension une amplification de courant

2. CAS OU ON UTILISE UN TRANSISTOR POUR DEBITER PLUS DE COURANT(SORTIE SUR L'EMETTEUR)

Position du problme :

Soit le montage suivant Ve est un gnrateur de tension qui peut dbiter au maximum uncourant de 100mA.Les caractristiques de l'ampoule sont 12V / 4W.

Peut-on allumer l'ampoule ?

Ve est le mme gnrateur que prcdemmentL'alimentation Vcc vaut 12V et peut dbiter jusqu' 2A.Pour les calculs l'ampoule est simule par une rsistance R.Calculer la valeur de R.

On suppose que le transistor est satur, calculer la valeur de Is etprciser si l'ampoule peut s'allumer.

Si =150, calculer la valeur minimum donner Ve poursaturer le transistor.

Faire le 2. de la fiche d'exercices

A noter quetout ce qui a t ralis ici pour le NPN peut tre appliqu au PNP par exemple lorsque Ve est infrieur 0.

3. CAS OU ON UTILISE UN TRANSISTOR POUR AMPLIFIER UNE TENSION(SORTIE SUR LE COLLECTEUR)

Ce montage doit vous rappeler le montage tudi dans la fiche de

cours du TD prcdent.On a Vcc=12V, RB=10k, RC=1k et =150.

Calculer la valeur de Vs pour Ve=0V; 0,4V; 0,7V; 1V; 1,3V; 5VPositionner les points calculs prcdemment sur le graphe ci-dessous Vs=f(Ve).

Relier les points prcdents en supposant que la caractristique Vs=f(Ve) est constitue de 3 segments de droite.Tracer l'allure du signal Vs si Ve=1+0,3 sin wt et justifier le terme amplification en tension .

VccRB

RC

VeVs

IeIs

VeVs

Vcc

Ie

Is

Ve Vs

1k


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Calcul littral de l'amplification :On suppose que le transistor fonctionne en linaireOn pose Ve=Ve1, calculer Vs1 en fonction de Ve1 et des lments du montage.On pose Ve=Ve2>Ve1, calculer Vs2.Dduire l'expression de (Vs2-Vs1)/(Ve2-Ve1).

4. CARACTERISTIQUE DU TRANSISTOR

Dans la pratique on trace la caractristique Ic=f(Vce) du transistor ce qui permet sur un seul graphe de reprsenter ses troismodes de fonctionnement.

5. Pour vous entraner chez vous...

On donne Vcc = 12 V et = 200.Pour chaque montage, dterminer ltat de fonctionnement du transistor.

Ib=0

Ib2

Ic1= Ib1

Vce

Ib1

Ic

Ic2= Ib2

Vcc

4 k 1000 k

Vcc

4 k

0,5 k

100 k

Vcc

10 k

100 k

1 k


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1

ELECTRONIQUEComplments sur la diode et les transistors

2

De latome au matriau Le tableau de Mendeleev :

Sur une mme colonne, mme structure lectronique externe Les colonnes de gauche droite traduisent le remplissage progressif des couches

lectroniques do une augmentation de llectrongativit

Les atomes sassocient en fonction de leur position dans ce tableau : Liaison covalente : mise en commun dun doublet dlectrons entre deux atomes

dlectrongativit comparable ( partage quitable dlectrons) Liaison ionique : attraction lectrostatique entre deux ions dlectrongativit trs

diffrentes ( latome le moins lectrongatif cde un lectron ) Liaison mtallique : mise en commun dun nuage dlectrons dlocalis

Et aussi mais ne nous concerne pas ici, Liaison hydrogne (comme dans leau, la glace, ciment...)

Liaison de Van der Waals (argile, graphite, polymres organiques)


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3

Conducteur / Semi-conducteur / Isolant

a : Conducteur b : Isolantc : Semi-conducteur

E f : Energie maximale (Fermi) des tats occups par les lectrons au zro absolu

Bande de ConductionBande Interdite (Eg au minimum pour la franchir)

Bande de Valence

4

Exemple de conducteur et disolant

Le cuivre 1e- sur sa couche priphrique Cristallise dans le systme cubique, rseau faces centres

1e- libre de se dplacer par atome Do un nuage dlectrons libres de se dplacer

Le niveau de Fermi se situe dans la bande de conduction

Le diamant Carbone cristallis dans le systme cubique, rseau faces centres

bande de valence complte quand les atomessassocient donc bande de conduction vide Eg=5,3 eV


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5

Le Silicium 4 e- sur la couche priphrique, liaison covalente entre atomes, cristallise en cubique faces centres, bande de valence complte quand les

atomes sassocient.

5.1022at./cm3 Eg=1,1 eV Probabilit pour quun lectron passe dans la bande de

conduction =e-Eg/kT=Ne-BC/Ne- avec kT=26meV 300K Origine thermique, T

Origine lectrostatique Eext=qU Origine photolectrique Ec=hc/

Quand un e- devient libre, il laisse un trou qui nattendque de capturer nouveau un e- Deux types de porteurs se dplacent , les e- et les trous.

6

Le dopageDopage N On insre des atomes pentavalents (5e- sur la couche priphrique)

Atomes donneurs dlectrons

Dopage P On insre des atomes trivalents (3e- sur la couche priphrique)

Atomes accepteurs dlectrons

Dopage N=1016

at./cm3

, N+=1018

at/cm3

, N++>1018

at/cm3

Idem pour P


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7

Semi-conducteur dop NDopage N

1 e - par atome insr est libre de circuler Latome insr devient un ion + donc le sige dune charge + fixe

8

Semi-conducteur dop PDopage P

Pour sinsrer dans le rseau datomes de Si, latome rcupre le- qui luimanque sur sa couche priphrique sur latome de silicium voisin

Apparition dun trou par atome insr Latome insr devient un ion - donc le sige dune charge fixe


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9

Jonction PN ltat initial

Si on on prend un barreau de Si et que : On dope en P dun cot On dope en N de lautre cot

On obtient :P N

Jonction o les trous cot P capturent les e- libres du cot N.Do cration dune zone dpeuples en porteurs o il ne reste que lescharges fixes + cot N et charges fixes - cot PDo lapparition dun champ Einterne de N vers P qui va tendre stopper cette migration

10

Conduction de la jonction PN Si on applique Uext

Uext cre un champ lectrique de P vers N donc de sensoppos au champ Einterne Si Uext 0 on favorise de plus en plus la migration donc le passage dun courant direct o les e- rejoignent le cot P etinversement pour les trous limiter l change de porteurs entre Pet N

P N+-

Uext

Zone de transition

Eint


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La jonction PN en inverse Non trait cette anne Trs utilis en optronique

Lnergie ncessaire pour librer les e- (et aussi lestrous) est apporte sous forme lumineuse.

Ex : la photodiode Pour exploiter davantage ce phnomne :

on largit la zone de transition avec un isolant (jonction

PIN). On la dimensionne de faon imposer un Eg donn donc unelongueur donde donne

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La jonction PN en directe Cest la diode de redressement (et aussi la LED) La probabilit pour les porteurs de franchir la zone de transition est

eqUext/kT et lexpression du courant est I=I0(eqUext/kT-1)

Pour le Si , I010pA,=12et kT/q50mV 300K ou 27C

Il existe plusieurs approximations : soit ignore totalement le seuil de conduction soit on considre seulement un seuil (fcem de 0,6V) soit on considre le seuil + linclinaison de la caractristique (fcem de 0,6V

en srie avec une rsistance)

0 0,2 0,4 0,6 0,8

I

Uext


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La jonction PN+

Au lieu de doper de la mme faon les deux bouts du barreau de Si, on insrefois plusdatomes donneurs que datomes accepteurs de-.

On a ainsi une jonction PN spciale quiquand elle conduit a un courant de- fois plusimportant que le courant de trous

Le raisonnement est le mme pour une jonctionP+ N o cette fois ce sont les trous qui sontfois plus nombreux

14

Le transistor bipolaire Le transistor NPN vu en TD :

Structure interne

B

E

C

Ic

B

E

C

Ib

Si seule la jonction BEconduit,on a Ib=courant de (trous+e-)avec e-=*trous

NP

N+e- trous

Si la jonction BC est en inverse (Vce>>0),Le champ E va attirer les e- si fort quils vonttre aspirs vers C sans pouvoir atteindre BIl reste donc Ib faible et apparat Ic=Ib

NP

N+e- trous

U< 0 donc E>0


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Saturation du transistor Quand Vce , puisque Vbe=0,6Valors la jonction BC est

de moins en moins en inverse. Quand BC en direct des e- sont injects de C vers B B est noye dans les e- et devient une zone N quivalent dun barreau dop N entre E et C

Do entre C et E une rsistance quivalente faible Do Vce0 V

le PNP fonctionne avec le mme principe sauf quecest le type de porteur en jeu qui change (P+ N)

16

Est si on inverse E et C quand on cble ?

N+P N

e- trous

N+P N

e- trous

puis

Conclusion : On ne grille rien du tout mais tout se passecomme si on avait un de lordre de 1.


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17

Caractristiques du transistor

Ib=0

Ib2

Ic1= Ib1

Vce

Ib1

Ic

Ic2= Ib2

18

Le transistor FET But : commander le passage dun courant laide dune tension

4 modes possibles : Vgs0,6V, Ids=0, canal coup.

Trs utilis en lectronique (tage dentre des ampli-op) car courantdentre Igs=0 donc impdance dentre infinie (1012)

G

S

D

Id

G

S

D

Vgs


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Structure interne

PP N

N

GD

S

Entre D et S, on a une zone dope N quelon nomme canal

Quand Vgs devient de plus en plus ngativela zone de transition de la jonction GSaugmente et rduit ainsi le canal.Et, faire varier la section du canal revient crer une rsistance variable commande par la tension Vgs

Si Vgs devient trop ngative (Vpincement) le canal est si rduit quil estdit pinc .

Si Vgs devient suprieur 0, la jonction GS tend conduire et plus elleconduit plus elle tend couper le canal

20

Montage de base

Commande en tension Polarisation automatiqueavec Ve


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2010-2011 Fiche d'exercices d'ELECTRONIQUE MPh 1


TD N1 FONCTION DE TRANSFERT

1. PREREQUIS1.1. COMPLEXES

Exprimer sous la forme cartsienne et placer sur le cercle trigo .eeeeee j j2 j2 j4 j0 j ,,,,, / / / Exprimer sous la forme polaire -3, 5j, 2-2j.

Quand on veut additionner ou soustraire deux nombres complexes la forme ..... est la mieux adapte.Quand on veut multiplier ou diviser deux nombres complexes la forme ..... est la mieux adapte.

1.2. IMPEDANCE COMPLEXE

Physiquement, quel est le schma quivalent lectrique du condensateur pour les trs basses frquencesAnalytiquement, partant de l'expression gnrale de son impdance complexe, retrouver la valeur et leschma quivalent lectrique du condensateur pour les trs basses frquences.Mme question pour les trs hautes frquences.

1.3. FORMULE DU DIVISEUR DE TENSION

Rappeler l'expression de URi en fonction de U, Ra, Rb et Ri.

Imaginons que l'on court-circuite Ri avec un fil, en dduire lavaleur de l'impdance quivalente entre A et B pour dduire

la valeur de URi.

2. Impdances complexes d'associations de base

Donner l'expression littrale de limpdance des diples ci-dessous :

Physiquement, quel est le schma quivalent lectrique de ces diples pour les trs basses frquences ?Partant de l'expression littrale de l'impdance complexe de ces diples, retrouver l'expression et leschma quivalent lectrique de ces diples pour les trs basses frquences.

Mme question pour les trs hautes frquences.

3. Fonction de transfert

Utiliser la mme dmarche que dans le cours pour tablir la fonction de transfert du filtre passe bas donle schma lectrique est le suivant :

U

Ra Ri Rb

URi

A B


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4. Mise sous forme canonique

Nous verrons au TD suivant comment tracer le diagramme de Bode d'une fonction de transfert. La premire tape est l'obtention de l'expression littrale de la fonction transfert. La deuxime tape consiste remettre en forme l'expression de la fonction transfert obtenue afi

de la prsenter comme l'association de formes simples connues dites formes canoniques.

On utilise 4 formes canoniques et partir de leur association (multiplication ou division), on peutreprsenter la quasi totalit des fonctions de transfert des circuits lectriques :

2)(21,)1(,,

oooo f f j

f f jm

f f j

f f j A

Mettre sous forme canonique le filtre passe bas et le filtre passe haut en rappelant ce que reprsente f 0.

Calculer la fonction de transfert du filtre ci-dessous pour R1 = R2 = R et la mettre sous forme canonique.

A faire chez soi : reprendre le calcul avec des rsistances diffrentes

5. Fonction de transfert puis forme canonique puis module et phase

Filtre passe haut attnuateur Donner le schma quivalent en basses

frquences, puis en hautes frquences du circuitci-contre

Calculer Vs/Ve en basses et hautesfrquences, application numrique.

Etablir la fonction de transfert du quadriple ci-dessus et la mettre sous forme canonique en prcisant les frquenceremarquables f 1 < f 2. Vrifier la cohrence des rsultats obtenus avec ceux de la question prcdente.

Exprimer le module et la phase de cette fonction de transfert.

Pour la frquence caractristique f 1, quelles sont les valeurs numriques de ces grandeurs ?

VsVe

C = 100 nFR1 = 82 k

R2 = 8,2 k

R2

R1


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TD N2 diagramme de BODE

1. PREREQUIS faire AVANT d'arriver en TD

Simplifier les expression suivantes :log(0,1); log(1); log(10); log(100); 20*log(

21 ); log(2x)-log(x); log(4

x25 );)log(

)log(4x25 .

Donner l'expression du module de la fonction de transfert du circuit suivant :

A laide de votre cours de maths, vous devez tre capable de faire les exercices 2 et 3. Vrifierdonc ce que vous en avez retenu !

2. ECHELLE LOGARITHMIQUE

Sur lchelle logarithmique ci-dessous, placer les frquences 100 Hz; 10 kHz; 3,162 kHz; 5 kHz; 20 Hz40 Hz. On commencera par calculer et placer log (f).

3. DIAGRAMMES DE BODE ELEMENTAIRES

Soit la fonction de transfert H0 = 2. Tracer son diagramme de Bode sur la fiche de cours.Soit la fonction de transfert H0 = - 2. Tracer son diagramme de Bode sur la fiche de cours.Soit la fonction de transfert H0 = 0,6. Tracer son diagramme de Bode sur la fiche de cours.

H1 = j f/f oEn posant X = log (f), montrer que H1dB = a X + bDterminer la pente de cette droite. Pour quelle frquence le gain H1dB est-il nul ?Complter alors la ligne H1 du tableau de la fiche de cours.

Si H2 = 1 / H1 Comment dduire de H1dB le graphe de H2dB ?Comment dduire de Arg H1 le graphe de Arg H2 ?Complter alors la ligne H2 du tableau de la fiche de cours.

10 Hz 1 kHz

VsVe

C = 100 nFR1 = 82 k

R2 = 8,2 k


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-26 dB

100 k10 k1 k100 f (log)

-6 dB

Soit H3 = (1 + j f/f o)Lorsque la frquence tend vers 0, dterminer HdB et Arg H.Lorsque la frquence tend vers linfini, dterminer Arg H.Lorsque la frquence tend vers linfini, dterminer lasymptote oblique de HdB.Pour f = f o, calculer HdB et Arg H.Complter alors la ligne H3 du tableau de la fiche de cours.

Soit H4 =

0f f j1

1 . S'inspirer du trac de H3 pour complter la ligne H4 du tableau de la fiche de cours.

4. CONSTRUCTION :

Dterminer le diagramme de Bode asymptotique (gain) de la fonction de transfert :

111001

10110001

f j f j

f j f j H

5. ANALYSE :

Dterminer une fonction de transfert associe au diagramme de Bode asymptotique suivant :

6. UTILISATION DU DIAGRAMME DE BODE

Donner lamplitude crte crte du signal Vs quand :

Ve(t)=0,5 cos (2 t) Ve(t)=0,5 cos (2 5000 t) Ve(t)=0,5 cos (2 316 t)

Diagrammede Bode du 5.Ve Vs


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TD N3 AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL


Tracer le diagramme de Bode module seulement de :(suite Prrequis du TD prcdent)

Millmann :Flcher sur le schma ci-contre 3 courants I1, I2, I3,qui arrivent au nud A.Exprimer I1 en fonction de V,V1 et R1.

S'en inspirer pour dduire les expressions de I2 et I3.

Appliquer la loi des nuds au point A et en dduire que

321

3

3

2

2

1

1

R

1

R

1

R

1Rv

Rv

Rv

v

Applications : Si R2= et V3=0V, quelle relation bien connue retrouve-t-on ? Si R2= et V=0V (virtuellement par lamploi-op), exprimer V3 en fonction de V1.

2. Montages de base Ampli Op( faire aprs la fiche de cours)

Les amplificateurs sont supposs idaux et les alimentations sont symtriques (12V) d'o des tensionssaturations d'environ 11V.

2.1. Amplificateur inverseur.

Donner le schma d'un amplificateur inverseur.Dterminer les rsistances pour obtenir uneamplification de - 5 et une rsistance d'entre minimumde 10 k.Reprsenter la caractristique vs = f(ve)Quelle est l'amplitude maximum de la tensionalternative d'entre pour un fonctionnement sans

distorsion ni saturationReprsenter lallure de la tension de sortie si la tensiond'entre est celle reprsente ci-contre.

t 0 10ms 20ms

3 volt

VsVe

C = 100 nFR1 = 82 k

R2 = 8,2 k

v1 v3

R1 R3

V

v2

R2 A


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2.2. Utilisation d'amplificateurs.

Les rsistances normalises sont choisir parmi les valeurs suivantes et leurs multiples (10 et 1001000 )

100 180 220 330 470 560 820

Voici 3 problmes indpendants rsoudre :1. Un capteur dlivre un signal compris entre 0 et 0,2V. Pour en faire lacquisition avec un

ordinateur, il faut quil volue dans la gamme [ 0 ; 10 V]. Proposer une solution.

2. Je constate que quand je branche le montage n2 en sortie du montage n1, la tension de sortie dmontage n1 chute. Donner la raison de ce phnomne et le remde ventuel si je veux que latension de sortie du montage n1 reste inchange.

3. Mon montage possde une entre Ve et deux sorties VS1 et VS2 telles que VS1=2*Ve et VS2=-4*Ve.Proposer une solution.Que faire si en plus je veux imposer une impdance d'entre de 10k ?

2.3. Montages en cascade

Montage soustracteur Exprimer Vs en fonction de V1, V2, R, Ra et Rb.

Donner l'expression simplifie de Vs lorsque : Ra=Rb

Ra=Rb=R.

Utiliser tous les rsultats prcdents pour dduire Vs en fonction de Ve.En dduire une mthode d'analyse quand on a une succession de montages ampli op et notammentl'intrt d'avoir une impdance de sortie nulle.

+

-

vs -

+

ve

20 k

10 k 11 k

100 k

1 k

20 k

+

-

v1 vs v2

RaR

R Rb


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TD N5 LA DIODE DE REDRESSEMENT


Dans le circuit lectrique ci-contre, on modifie la valeur del'impdance de Z, complter le tableau ci-dessous :

Z valeur de Z schma quivalentlectrique de Z

valeur de V Valeur de I

circuit ouvertfil

court-circuit

0

Donner la valeur de V si on enlve le diple Z dans le circuit puis si on court-circuite Z avec un fil.

Application :

Rquivalente entre A et B=?

2. DIODE = INTERRUPTEUR UNIDIRECTIONNEL

Application : Ue= 220 2 sin(2 50 t) (Redressement sur le secteur simple alternance)Dterminer quelle condition sur Ue permet de conserver Is>0 (D passante).Dduire l'allure de Us et Ud.

3. DIODE = INTERRUPTEUR UNIDIRECTIONNEL AVEC UN SEUIL DE CONDUCTIONApplication :

Redressement dans le cas o l'amplitude de Ue n'est pas trs suprieure au seuil de ladiode.

Le montage est le mme que prcdemment.Suivre le mme raisonnement que prcdemment pour dduire l'allure de Ud et Us dans le cas o Ue=2 sin wt.

4. DONNER LA VALEUR DEIR DANS LES MONTAGES SUIVANTS EN CONSIDERANT LE MODELE DE LA DIODEDU4. (SEUIL DE0,6V)

50 1 k

20V

Ir

50 1 k

2A

Ir

R20V

Ir

2A

Pour quelles valeurs de R la diodeest-elle bloque ?

Ue= 100V, calculer Is.Ue= - 10V, calculer Is.

Ue

Ud

UsRIs

I1V VZ

1

A

fil

6 interru teur ouvert

interru teur ferm

circuit ouvert 10


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5. CAS OU ON A PLUSIEURS DIODES DANS LE MEME MONTAGE EN CONSIDERANT LE MODELE DE LADIODE DU3. (SEUIL NUL)

Thorme :Quand N diodes ont leur cathode relie, la diode qui conduit est celle qui a son anode au potentiel le plus lev.Et inversement lorsque N diodes ont leur anode relie, la diode qui conduit est celle qui a sa cathode au potentiel

le plus faible.

5.1.

5.2.

Quelles diodes conduisent quand Ue0 :Entre D1 et D'2, laquelle des deux diodes a le potentield'anode le plus lev ?Entre D2 et D'1, laquelle des deux diodes a le potentiel decathode le plus faible ?Dduire : Les deux diodes qu'il faut garder pour la suite pour

poser l'hypothse de conduction. le schma quivalent du montage avec cette

hypothse.

L'expression de Us en fonction de Ue La condition sur Ue qui assure I>0 dans les diodes quiconduisent.

Ue

D1 D'2

D2 D'1

UsR

20 E4E3

E2E1

D1

D4

D3

D2

Ir

On a E1=5V, E2=10V, E3=8V,E4=20V.

Appliquer le thorme pour dduire sans calcul sur quellediode on doit poser l'hypothse de conduction pourcalculer le courant Ir.

20 20V

I

10V


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Cours / TD N4 MONTAGES A AMPLI OP


On a 33

22

11

'''v

R R

v R R

v R R

vs

A quelle condition a-t-on 321' vvv

R Rv

s ?

Application :On veut transformer un signal carr variant entre -1V et 1V en un signal carr variant entre 5V et 0V.Proposer une solution sachant qu'on impose V2=-Vcc=-12V et V3 inutilise.

2. Amplificateur ddi l'instrumentation(ampli d'instrumentation)

2.1. Voici l'tage d'entre d'un amplificateur d'instrumentation

Nous allons utiliser deux mthodes diffrentes pour exprimerVS en fonction de V1-V2.Tout d'abord,quelle que soit la mthode utilise ,

soient VA le potentiel en A et VB le potentiel en B, exprimerV1 en fonction de VA et V2 en fonction de VB.

Millmann :o Soient VC le potentiel en C et VD le potentiel en D,

exprimer VS en fonction de VD et VC. Appliquer Millmann en A puis en B et dduire VS.

Lois des nuds et des mailles (ici directement le diviseur de tension) :o Soit I, le courant qui traverse la rsistance de 6,8k, exprimer le courant qui traverse les

rsistances de 10k en fonction de I.En dduire un schma quivalent lectrique o seules les 3 rsistances et les 2 tensions (V1-V2)et VS apparaissent. Appliquer la formule du diviseur de tension et dduire VS.

2.2. L'inconvnient de ce montage est que...

VS n'a pas la mme rfrence de potentiel que V1 et V2, ajouter le montage soustracteur du TD prcdentpour rsoudre ce problme.

2.3. Mais 2 montages qui assurent la fonction du soustracteur se suivent...

Quels sont les avantages du premier montage sur le deuxime ?

+

-v1

vs v2

v3

RR1R2R3

A

B

C

D+-

-

+

v2

v1

vs 6,8 k 10 k 10 k


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3. Montage intgrateur

3.1. Etude quand le signal d'entre est quelconque

Quand le signal d'entre est quelconque c'est dire aussi bien sinus, que triangle, que carr, que ..., il farevenir aux quations diffrentielles et ... oublier les impdances et donc Millmann !

Exprimer I en fonction de Ve.Exprimer le courant qui traverse le condensateur en fonction de I.

Exprimer I en fonction de VC.Exprimer VC en fonction de VS.

En dduire Vs en fonction de Ve et le nom de ce montage.

Que se passe-t-il si Ve est un signal continu ?Donner l'allure du signal de sortie si Ve est un signal carr avec une composante continue nulle.

3.2. Cas particulier du signal sinusodal

Lorsque le signal est sinusodal, on peut utiliser l'expression des impdances complexes et donc aussiMillmann...Exprimer Vs en fonction de Ve.

3.3. Premiers pas vers le filtrage actifOn place en parallle sur le condensateur une rsistance de valeur 10 fois suprieure la rsistance dj prsente. En dduire la fonction de transfert et le type de filtre ainsi ralis.

4. Montage drivateur

Suivre le mme raisonnement que pour la partie 3. : pour obtenir

dt dv

RC v es

puis dduire la fonction de transfert puis expliquer comment on peut raliser un filtre

passe haut sachant que la rsistance ajouter n'estplus en parallle mais en ...

+

-

ve vs

+

-

ve vs

I Vc


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TD N6 LE TRANSISTOR BIPOLAIRE(PREMIERE PARTIE)


Partie 5.3 du TD prcdent.

Partie 5.2 du TD prcdent avec D'1 remplace par un circuit ouvert ce qui correspond au cas o une diode grille.

Partie 5.2 du TD prcdent avec D'1 remplace par un fil ce qui correspond l'allure obtenue en TP en Us quand on essayed'observer simultanment Ue et Us (donc masse de l'oscilloscope et masse du GBF relies).

2. NPN

On a=150.Donner l'tat du transistor dans les cas suivants :

Source de tension VB dconnecte

VB= 0,4V VB= 1V VB= 5V

Calculer la valeur de VB au del de laquelle letransistor est satur.

3. PNP

On a=150.

Donner l'tat du transistor dans les cas suivants : Source de tension VB dconnecte VB=0 VB=12V VB=11V

4. POUR S'ENTRAINER...

On a R=100k, RB=10k et RC=1k, =150.

Donner l'tat du transistor dans les cas suivants : Source de tension Ve dconnecte Ve = 0V Ve =5V

Pour vous entraner chez vous

Calculer les limites de blocage et saturation du transistor en fonction de Ve.

Vcc = 12 VRB = 10 k

Rc =1k VB

Vcc = 12 VRB = 100 k

Rc =1k

VB

Vcc=12VRB

RC

VeVs

R


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TD N7 LE TRANSISTOR BIPOLAIRE(DEUXIEME PARTIE)

1. PREREQUIS conseill pour bien vous prparer au test

Voici quelques exercices typiques donns en test les annes prcdentes

a. Fonction de transfert

Montage quivalent pour les trs basses frquences et expression de Vs/Ve.

Montage quivalent pour les hautes frquences et expression de Vs/Ve.

Donner l'expression complte de Vs/Ve et utiliser les rsultats ci-dessus pourcontrler l'exactitude de votre rponse.

b. Diagramme de Bode

Tracer les diagrammes de Bode (module et phase) de

a5f j1

af j110

H*,

c. Montages ampli OP

Donner l'expression de Vs/Ve en dtaillant bien les calculs.

Donner la valeur de l'impdance d'entre et de sortie de ce montage.Y-a-t-il un intrt utiliser ici un ampli-op ?

En ralit, on a effectu une erreur de cblage, c'est dire que larsistance de 9R devait tre connecte sur l'entre -.

On a alors le montage suivant :

Donner l'expression de Vs/Veen dtaillant bien les calculs.

d. Montage diode idale(Ud=0 lorsque passante)

Flcher le courant Id qui traverse la diode lorsqu'elle est passante.Donner le schma quivalent de ce montage quand la diode estpassante. On nomme ce schma S1.

Dduire de S1, le schma quivalent du montage lorsque R1 vaut 0 puis l'infini.Dduire la valeur de Id dans chaque cas.

Reprendre le schma S1 pour dmontrer que Id=Ve/(R+2R1). (Attention , vu que pour vous aider, le rsultat est donn, seul ledtail des calculs compte).

Vu que lorsqu'on fait l'hypothse que la diode est passante Id=Ve/(R+2R1), dduire quelle condition la diode conduit.

R

R

Ve

R1I

9R

Ve Vs R

C

C

+

-

VsVe

R

R9R

VsVe

R

R

9R


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e. Montage diode(Ud=0,6V lorsque passante)

Pour bien s'entraner reprendre toute la partie prcdente avec Ud=0,6V.

On obtient alors Id=(Ve-1,2)/(R+2R1).

f. Montages transistor(=100 et V BE=0,6V lorsque Transistor passant)

Flcher IB, IC, VCE, puis mener tout le raisonnement (Hyp1 puis Hyp2...) pour aboutir Vs.

g. Montage transistor

Flcher VBE, IB et IC lorsque le transistor est passant.

On a=1000 et VBE=0,6V ce qui nous permet de considrer que Is=IC pour la suite.

Donner l'expression de Is lorsque Rpotvaut 0 puis l'infini

La valeur du potentiomtre vaut Rpot, Corriger les deux erreurs qui se sont glisses dans l'quation ci-dessous puis dduire Is enfonction de Vcc, Rpot et R1.

Vcc=(Rpot Is) - 0,6 + (R1 Is)La rsistance R est en ralit une ampoule.PourR 1 fixe :

o prciser quelles grandeurs augmentent quand on diminue la valeur du potentiomtre.o la valeur de R

1a-t-elle une importance ?

Vcc=12V

R

Is

Potentiomtre

R1

Vcc=12V

100

Vs

1000

Vcc=12V

100

Vs100

Vcc=12V

100

Vs

Vs =_________Vs =_________Vs =_________


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2. CAS OU ON UTILISE UN TRANSISTOR POUR DEBITER PLUS DE COURANT

On sait qu'un amplificateur oprationnel est protg en sortiecontre les court-circuits en limitant le courant dbit unevingtaine de milliampre,

dans le montage ci-contre aura-t-on Vs=Ve ?

On propose comme premire ide :

La rsistance connecte sur la base est-elle indispensable ?Quelle valeur faut-il donner Ve pour avoir Vs=10V ?

Montage final :

Quelle valeur faut-il donner Ve pour avoir Vs=10V ?La puissance dissipe par un transistor lorsqu'il fonctionne en rgime linaire vaut Vce*Ic.On suppose que pour ce transistor, la puissance maximale qu'il peut dissiper vaut 0,8W.Calculer P dans le montage prcdent lorsque Vcc vaut 12V.Que se passe-t-il si on remplace la rsistance de 100 par une rsistance de 10 ?

Expliquer l'intrt d'avoir modifi le montage prcdent de cette faon :

On diminue lentement la valeur la rsistance de 100 jusqu' arriver une valeur de 10, expliquer cequi se passe. Dduire qui on vient de sauver la vie.

Ve=10VVs

100

Vcc

Ie

Is

VsVe

100

Vcc

Ie

Is

VsVe

100

VccIe

Is

Vs

Ve

100

3,3


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3. LES TRANSISTORS ET LEUR BOITIERS

Brochage des transistors

Dissipation de la puissanceLe coefficient important est la rsistance thermique, plus elle est faible et plus le transistor peut supporter unepuissance leve.Par exemple pour le TO92, 200C/W implique que si on veut lui faire dissiper 0,5W, sa temprature interne sera100C (0,5x200) plus leve que la temprature ambiante.Si la temprature ambiante est de 25C, sa temprature interne atteint 125C, ce qui est la limite ne pas dpassepour ne pas le griller. Il est destin aux faibles puissances (en gnral


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MP1 TP N1 dELECTRONIQUE 2010-11Diagramme de BODE


Matriel : R = 1 k , 10 k ; C = 100 nF et Papier semi-log 4 dcades

1. Prparation AVANT la sance.

1.1. Le moduleMthode pratique : On se fixe une amplitude pour Ve et on y touche plus jusqu' la fin des mesures. Pour chaque valeur de frquence choisie, on mesure l'amplitude des signaux dentre et de sortie, et on calcule

VeVs

log20

Des choix judicieux : Faut-il choisir l'amplitude de Ve grande ou petite ? Je viens de raliser deux mesures de module dont une pour f 1=100Hz et une pour f 2=1kHz. Je veux prendre un point de

mesure entre ces deux points, la valeur la plus judicieuse est-elle 500Hz ? Le signal observ est trs bruit : Vu que j'effectue un rapport d'amplitude Vs /Ve, pourquoi ai-je intrt faire une mesure

d'amplitude en valeur efficace ?

1.2. La phase Avec un oscilloscope numrique tel celui utilis en TP la mesure du dphasage est automatique. Mais quel est le signe de la phase ?

Pour le connatre, il faut dterminer quel signal est en avance sur lautre.Indiquer sur les signaux ci-contre quel signal est en avance sur lautre.

1.3. Mesures Pourquoi les mesures doivent-elles tre effectues en rgime sinusodal permanent exclusivement ?

Prvoir le diagramme asymptotique de Bode module et phase des montages des parties 4. et 5.

2. Relev complet d'un diagramme de Bode

2.1. Se prparer aux mesures

D'aprs la prparation, dans quelle plage de frquence est-ilastucieux de raliser des mesures d'amplification et de dphasage ?

Dans le tableau ci-contre : pourquoi les 5 points de mesures nots en gras et italique sont les points les plus judicieux si on ne doit

en prendre que 5. pourquoi les 2 points de mesures 1414Hz et 2000 Hz peuvent-ils tre intressants ? Quel point de mesure peut remplacer avantageusement les 2 points 500Hz et 800Hz ? On se limite 8 points de mesures, dfinir les 8 points les plus judicieux et reproduire le tableau de

mesures sur votre compte rendu

2.2. Faire le cblage =>De la rigueur aussi en TP

Frquence10

100 300500800

100014142000

30005000

1000030000

R = 1 k

C = 100 nFVe Vs


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MP1 TP N1 dELECTRONIQUE 2010-11Diagramme de BODE


En mathmatiques vous savez que pour arriver un rsultat correct, il faut tre rigoureux que ce soit pour une simple additionou une intgrale complique. Oublier une petite retenue lors dune addition, cest comme oubli un petit fil en cblage et dansles deux cas on aboutit une erreur.En TP cest la mme chose, si vous vous dites que vous cblerez bien le jour o vous aurez un montage compliqu, vous necblerez jamais correctement.Les rgles de base sont : Si jai besoin dun fil de 2cm de long, un fil de 20cm ne fera pas laffaire dautant plus qutant toujours sur la mme tabl

de TP, ne pas prendre la peine une fois de prparer des fils cest ne jamais avoir de fils la bonne longueur Un fil dnud trop court risque de senlever tout seul. Il ny a pas ( court terme) de faux contacts, il ny a que de mauvai

cbleurs. Un fil dnud trop long va gnrer un court-circuit quand lextrmit dnude va toucher les pattes des composants Le montage doit ressembler au montage thorique sinon il faut chaque fois quon intervient sur le montage repenser

aux petites astuces trouves pour gagner un fil ou de la place. Pour les montages avec des circuits intgrs, le montage thorique sur feuille doit comporter le numro des broches. Les deux bornes BNC sont rserves loscilloscope et la borne noire est le 0 de loscilloscope donc souvent le zro du

montage

Attention, si votre montage ne respecte pas les rgles nonces ci-dessus, vous devrez le refaire.

Effectuer un relev complet du diagramme de Bode, amplitude et phase. Les points seront relevs dans le tableau de mesures reports sur le graphe (papier semi-log) au fur et mesure. Ceci permet de refaire rapidement un point qui est erron.

Tracer les asymptotes et dterminer la frquence de coupure : grce l'intersection des asymptotes (attention ne pas en tirer une rgle gnrale car ce n'est pas toujours vrai) grce au -3dB du diagramme de Bode en amplitude (toujours vrai) puis grce au -45 du diagramme de Bode en phase (attention ne pas en tirer une rgle gnrale car ce n'est pas toujours

vrai)Justifier pour chaque cas les carts avec la thorie ?

3. Dtermination du type de filtre et de sa (ses) frquence (s) de coupure

Trs souvent, le trac exact du diagramme de Bode n'est pas ncessaire et les informations type de filtre et frquence decoupure sont suffisantes pour le caractriser.

3.1. Dtail de la mthode

N'observer que Vs sur l'cran de l'oscilloscope et chercher pour quelle(s) frquence(s) Vs crte crte ou efficace estmaximum.

o pour un filtre passe bas ce sont des basses frquenceso pour un filtre passe haut ce sont des hautes frquenceso pour un filtre passe bande c'est dans la plage de frquence o le signal est le plus lev

Soit VSM cette valeur.

Calculer VSC = 0,707 VSM.N'observer ensuite que Vs sur l'cran de l'oscilloscope et laisser la mesure de l'amplitude de VS affiche l'cran.Faire ensuite varierseulement la frquence du GBF de faon trouver pour quelle valeur de la frquence, l'amplitude deVs diminue jusqu' la valeur VSC.

Pour cette frquence particulire, Vs est alors attnue de 3 dB ( 20log(0,707)=-3) et on appelle cettefrquence, la frquencede coupure -3 dB ou bande passante. Pour un filtre passe bande, on obtient les deux valeurs de frquence qui encadrent la plage de frquence o le signal est le pluslev. la diffrence entre ces deux frquence se nomme la Bande passante.

3.2. Manipulation

Revenir au montage prcdent puis vous entraner mesurer la bande passante.Faire vrifier l'enseignant que vous tes capables de mesurer rapidement la bande passante du filtre.


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MP1 TP N2 dELECTRONIQUE 2010-11AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL


1. Prparation AVANT la sance.Rappeler la relation qui lie entre et sortie pour tous les montages de ce TP.Pour le montage drivateur avec R = 1 k et C = 100 nF : Dterminer graphiquement vs(t) pour un signal d'entre triangulaire, alternatif de frquence 2 kHz, damplitude 2 V.

Calculer la pente du signal triangulaire dentre. En dduire les valeurs numriques des tensions du signal de sortie vs. On applique maintenant en entre ve(t) = 2 cos (2 f 0t) avec f 0 = 200 Hz. Dterminer vs(t) analytiquement. En rgime sinusodal, ce montage peut tre tudi l'aide des impdances complexes. En notant la similitude avec

l'amplificateur inverseur, dterminer la fonction de transfert du montage et retrouver l'expression de vs(t) calcule ci-dessus.Matriel

Amplificateur oprationnel TL 081 ou TL 082

R = 1 k ; 10 k ; 100 k

C = 100 nF

Papier semi-log 4 dcades

2. Amplificateur inverseur

Dterminer R1 et R2 pour obtenir une amplification de -10 avec R1>500.Noter sur le schma ci-dessous le numro des pattes pour le cblage.

Attention , si les rgles de cblage suivantes ne sont pas respectes, lenseignant vous demandera de tout recbler : Loscilloscope doit tre connect sur les 2 BNC de la plaque Le 0V est forcment la borne noire de la plaque Les 3 fils dalimentation (-12V,0V,+12V) doivent tre de couleur diffrente de prfrence rouge +12V, noir 0V. Prvoir des lignes dalimentation de faon nutiliser ensuite que de petits fils

Et bien sr les rgles nonces au TP prcdentAppliquer un signal sinusodal de frquence 1 kHz et damplitude 0,6 V.Quelle est lamplitude du signal de sortie.Quel est le dphasage entre la sortie et lentre ?

En dduire lamplification du montage.Augmenter lamplitude de ve jusqu' ce que le signal de sortie soit dform. Expliquer vos observations.

Aide au cblage et au dpannage Respecter les rgles donnes au TP prcdent 3 cordons fiches 4mm de couleurs diffrentes doivent partir de lalimentation pour arriver droite du montage car

ceci permet de vrifier en un seul coup dil si le +12/-12 et 0V sont bien connects Respecter le cblage de lalimentation sur les lignes car ceci permet dutiliser de plus petits fils Ne jamais tout redcbler et viter de vrifier si les fils arrivent au bon endroit car souvent on ne voit pas le dcalage

dune colonne mme si on regarde 10 fois de suite Ensuite se poser les questions suivantes dans cet ordre :

o Le circuit est-il bien aliment ? Vrifier DIRECTEMENT au niveau du circuit sil est bien aliment (+12 et -12V) par contre pour le 0Vsuivre le fil car on ne voit pas la diffrence loscilloscope entre 0V et rien du tout

o Le signal dentre arrive-t-il ? Vrifier son allure directement au niveau de la patte de la rsistance

o Le circuit a-t-il dautres entres fondamentales (ici non)o Le circuit fonctionne-t-il ?

Ici cest un ampli op cbl en amplificateur donc on doit avoir =0 c'est--dire Vpin2 TLO81=0. Si ce nest pas lecas cest soit la rsistance R2 qui est mal cble soit le circuit qui est grill.

o Logiquement ce stade le problme a t trouv.

+

-ve

vs

R1

R2

+Vcc

- Vcc e+e-

Vs

TL 081

1 2 3 4

8 7 6 5


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MP1 TP N2 dELECTRONIQUE 2010-11AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL


3. Amplificateur non-inverseurDterminer R1 et R2 pour obtenir une amplification de 11.Noter sur le schma ci-contre le numro des pattes pour le cblage.

Appliquer un signal sinusodal de frquence 1 kHz et damplitude 0,9 V.Quelle est lamplitude du signal de sortie.En dduire lamplification du montage.Pour quelle amplitude de la tension dentre observe-t-on une saturation en sortie ? Justifier cette valeur.

Utilisation en suiveurModifier le montage pour raliser un amplificateur suiveur et vrifier son fonctionnement.

4. Drivateur

C = 100 nF R = 1 k Pour un signal triangulaire alternatif d'amplitude 2 V de frquence2 kHz, observer et relever le signal de sortie.

Mme question pour un signal sinusodal (mme amplitude, mme frquence)Expliquer vos observations.Pour quelle frquence obtient-on en entre et en sortie des signaux de mme amplitude ( en sinus).Justifier ceci.

5. Intgrateur

C = 100 nF R = 1 k ve est un signal carr alternatif d'amplitude 4 volts de frquence 1 kHz.

Essayer d'observer simultanment vs et ve en DC .Bien que ce soit "un peu sportif", essayer de jouer sur l'offset dugnrateur pour viter que Vs ne possde une composante continuetrop importante.

Placer une rsistance de valeur comprise entre 10R et 100R en parallle sur C en justifiant l'intrt de celle-ci. Observer alors la rponse une entre triangulaire puis sinusodale ( f = 2 kHz, amplitude 2 volts). Pour quelle frquence obtient-on en entre et en sortie des signaux de mme amplitude ( en sinus). Justifier ceci.

6. Diagramme de Bode de l'intgrateur

videmment avec Ve sinusodal, relever le diagramme de Bode de lintgrateur en amplitude (avec la rsistance en paralllesur C) pour des frquences variant de 10 Hz 10 kHz.

Justifier thoriquement les zones intressantes du diagramme en expliquant la partie qui est modifie quand on ajoute ou onenlve la rsistance en parallle sur C.

+

-

ve vs

+

-

ve vs

-

+

ve

vs R1

R2


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MP1 TP N3 dELECTRONIQUE 2010-11REDRESSEMENT


Composants utiliss : 4 diodes, 1k , 1k , 2x 10 , 2,2F, 1 pont de diode.

Rappel : Les 2 prises BNC de la plaque sont rserves l'oscilloscope pour CH1 et CH2 et la masse del'oscilloscope est alors la borne noire de droite.Attention : Aujourd'hui masse GBF et masse oscilloscope doivent tre la plupart du temps indpendantes.

Ue

D1 D'2

D2 D'1

UsR

1. Prparation AVANT la sance.On supposera dans toute la prparation que la diode est idale (seuil de conduction nul).

Donner le schma quivalent du montage quand Ue>0 et en dduire l'expression de Us, UD1, ID1, UD'1,ID'1, UD2, ID2, UD'2, ID'2.Mme question pour Ue


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Rgler le gnrateur vide Uemax=6V (Uepp=12V), f=100Hz, s'assurer que Ue n'a pas decomposante continue. On remarquera qu'une composante continue entrane pour Us, des arches desinusode non identiques.

Peut-on visualiser Ue et Us simultanment? Donner le schma de branchement de l'oscilloscope (CH1, CH2 et masse) pour observer(Ue et Vd'1);(Ue et Vd'2)et (Vd'1 et Us) Les observer et reprsenter sur la partie de gauche de l'ANNEXEl'allure de Ue(t), Vd1(t), Vd2(t) etUs(t) en indiquant l'tat des diodes pour chaque alternance.

Faire vrifier lenseignant. Comparer la valeur de Usmax et de Uemax et justifier lcart entre les deux.

Mesurer Usmoy l'aide de l'oscilloscope, comparer la valeur connue 2Uemax/ et prciser si on atendance survaluer ou sous-valuer Usmoy quand on considre tous les lments idaux.

3. Reprsentation des tensions et courants sur l'ANNEXE

3.1 Observation des courants avec R=1k seule en sortie

On dsire observer simultanment l'oscilloscope le courant Id'1 et la tension Us, il faut pour cela placen srie avec la diode D'1 une rsistance de 10 (la tension aux bornes de la rsistance est l'image ducourant Id'1).

Observer ci-contre la position de la rsistancePar rapport la diode afin de pouvoir observerSimultanment l'image du courant et Us.En partiel de TP, il faudra tre capable de choisirdu quel cot de la diode, elle doit tre plac pourlobservation demande.

Reporter alors sur la partie de gauche de l'ANNEXEl'allure de Id'1 sur le mme graphe que Vd'1.

Insrer une autre rsistance de 10 en srie avec D2 de faon pouvoir observer simultanment Id'1 etId2. Ajouter alors l'allure de Id2 sur l'ANNEXEsur le mme graphe que Vd'2.En utilisant les fonctions mathmatiques de l'oscilloscope raliser Id'1+Id2 et expliquer pourquoi lacourbe rsultante ressemble de si prs Vs.

3.2 Modification de Us avec R//C en sortie

Placer en parallle avec R=1k, un condensateur C=2,2F.Observer l'allure de Us et donner le montage typique qui permet dans la pratique dobtenir une tensioncontinue dune dizaine de volts partir du secteur 220V.

Augmenter un peu la frquence du signal dentre et observer comment est modifie Us.Revenir la frquence de 100Hz, choisir un condensateur de 220nF et observer comment est modifie


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Dduire comment choisir (>>T ou


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M P 1

T P N 3 d E L E C T R O N I Q U E

2 0 0 9 - 1

0

R E D R E S S E M E N T ) f e u

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A l l u r e

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, I d 2 e t

U s

a v e c

R / / C

A l l u r e

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I d ' 1

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I U T d ' A n n e c y

D p a r

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t M e s u r e s

P h y s i q u e s

A n d r

B t e m p s

D 1 / D ' 1 c o n d u c

t r i c e s

D 2 / D ' 2 b l o q u e s

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V d 1

I d 1

V d 2

I d 2

U s

U e

I d 1

I d 2

U s


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MP1 TP N4 dELECTRONIQUE 2010-11UTILISATION DU TRANSISTOR BIPOLAIRE


Composants utiliss : BC337; BC327, maquette ampoule, maquette halogne

1. Prparation AVANT la sance

Rappeler le montage de l'amplificateur suiveur et la relation qui lie Ve et Vs.

Pour le montage ci-contre on suppose que=150.Quel est l'tat du transistor si Rd= 0 puis si Rd=1M ?Pour le TP, Rd sera soit un fil, soit votre doigt, soit un circuitouvert, quoi correspond Rd dans chaque cas ?

Pour le montage ci-contre on suppose que=150.Quel est l'tat du transistor si Rd=1M?Pour le TP, Rd sera soit votre doigt, soit un circuitouvert, quoi correspond Rd dans chaque cas ?

Si Rd est remplace par un gnrateur de courant de frquence50Hz et quon rajoute un condensateur entre B et 0V, prciserquel type de filtre on ralise.

2. Comment tester un transistor ?

Le transistor NPN son schma quivalent lectrique pour le test est

Pour tester s'il est "grill", il suffit de tester si les jonctions BE et BC se comportent comme des diode(seuil de 0,6V dans le sens direct et non conduction dans l'autre sens).Et, on ne doit donc pas avoir continuit entre C et E.On utilisera la fonction test diode ( ) du multimtre.

Le transistor PNP son schma quivalent lectriquepour le test est

On procde comme le transistor NPN pour le tester.

Tester les transistors et dduire leur type.

3. Utilisation d'un relais

Nous allons cbler par la suite un interrupteur sensitif qui commandera l'allumage d'une ampoule via unrelais, mais avant nous allons observer le contenu de la boite noire ci dessous :

B

E

C

B

C

E

+12V

0V10k

280 Rd

+12V

0 V

10k 280

100k

Rd

B


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b/ Montage amlior

S'inspirer du montage donn en prparation sachant que cette fois-ci votre doigt reliera ou pas larsistance au 0V.Prvoir le schma de cblage afin d'tre capable de commander nouveau l'allumage de l'ampoule.Penser lajout du condensateur vu dans la prparation.

5. Ralisation d'un amplificateur de courant

A chaque fois que lon veut commander un rcepteur de forte puissance avec un montage lectronique doit raliser linterface entre llectronique et le rcepteur.Le rcepteur de puissance sera simul ici par une ampoule halogne et llectronique par un amplificateoprationnel mont en suiveur.

La maquette doit tre insre sans forcer sur la plaque de cblage de cette faon :

Faire le lien entre les lments de la maquette et le schma ci-dessousMAIS NE RIEN CABLER POURLINSTANT .

a/ Les limites de l'amplificateur oprationnel :

Ne pas oublier dalimenter la maquette en -12V/+12V et 0V au niveau de lampoule. Donner le schma du suiveur, et prvoir les fils rajouter sur la maquette

e+=entre + de lampli-op, e-=entre- et S=sortieUtiliser le GBF en DC pour vrifier son fonctionnement.

Rgler ensuite le GBF de faon avoir la sortie du suiveur Vs5Vpuis prciser comment volue Vs l'instant o vous relier Vs l'ampoule.Expliquer pourquoi lampoule ne s'allume pas.

BC 327 associ au TIP32 pouramplifier les courants ngatifs

BC 337 associ au TIP31 pouramplifier les courants positifs

Amplificateur oprationnelo il reste cbler lesentres + / - et la sortie

La maquette doit tre alimente en-12V/+12V par les deux ligneshorizontales et 0V directement au

niveau de l'halogne

+12V

VeVs

BC 337

TIP31

-12V

BC 327TIP32


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b/ Ce que permet le transistor :

Sur la maquette le montage ci-contre est ralis l'aide de cela

modifier le cblage pour arriver ce montage :Attention : vrifier quil y a bien +12V et -12V ici

Rgler Ve0V, puis brancher le multimtre en Vs. Augmenter ensuite lentement Ve et noter partir de quelle valeurpour Ve, Vs commence devenir diffrente de 0V.

Augmenter ensuite franchement Ve pour voir lintrt de ce montage.

Modifier ensuite votre montage pour obtenir le montage suivant :

Reproduire lessai prcdent et noter lintrt de ce montage par rapport au prcdent en comparant Ve et Vs.

c/ Et qu'en est-il du courant ngatif ? :

Que se passe-t-il si Ve est ngatif et expliquer pourquoi.

Justifier alors l'intrt de ce montage et modifier le cblage pour vrifier son intrt.

6. tude du montage en sinusodal

Supprimer loffset du GBF et rgler un signal sinusodal damplitude 5V et de frquence 100Hz.Observer Ve et Vs en expliquant ce qui se passe pour chaque alternance.

S'il vous reste du temps, estimer la puissance dissipe par l'ampoule et par les transistors.

+12V

VeVs

2N1711

TIP31

+12V

VeVs

2N1711

TIP31

+12V

Ve

Vs

2N1711

TIP31

-12V

2N2905TIP32

+12VB2N1711

TIP31E


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MP1 TP N5 dELECTRONIQUE 2010-11FILTRES ACTIFS


Matriel utilis : Maquette filtre de Butterworth et Maquette gnration de signalRsistances et Condensateurs au choix

1. Prparation AVANT la sanceLa maquette gnration de signal contient le circuit suivant :

On a vu au TD4 que ce circuit ralise une somme c'est dire que Vs=a S1 + b S2 + c S3 sans tenir compte du condensateur.Donner les valeurs de a,b et c. Le rle du condensateur de 47pF sera vu en deuxime anne.

Utilisation du diagramme de Bode

Voici un diagramme de Bode en amplitude

Si les pentes des droites sont de-20dB/dcade ou -6dB/octave,donner les valeurs de f 1 et f 2.

On suppose que ce diagramme de Bode correspond physiquement un quadriple dont l'entre se nomme Ve et la sortie senomme Vs :* Si Ve(t)=sin (2 10 t), quelle est l'expression de Vs ?* Si Ve(t)=sin (2 1000 t), quelle est l'expression de Vs ?* Si Ve(t)=sin (2 100 000 t), quelle est l'expression de Vs ?* Si Ve(t)=1, quelle est l'expression de Vs ?* Si Ve(t)=1+sin (2 1000 t)+sin (2 110 000 t) quelle est l'expression de Vs ?

Ralisation d'un filtre

On propose 3 montages :

Le signal est le signal de sortie de la maquette c'est dire qu'il vaut Vs=a S1 + b S2 + c S3.

Et, si le signal dlivr par le GBF vaut sin (21000 t), on peut a alors crire Vs=A+B sin (21000 t)+C sin (2110 000 t).

Donner le diagramme de Bode typique du quadriple dont la sortie fournit seulement A alors qu'on lui envoie en entre Vs.Dfinir le type de filtre dont il s'agit et proposer un des trois montages.

f en Hz

-6dB

-12dB

100 10 0000dB f 2f 1

R = 100 k

C = 470 nF R = 10 k

C = 150 pF

R2 = 10 k

C = 15 nF R1 = 100 k

C = 1,5 nF

-12V=S1

XR-2206100k

560k +

-

vs

82k 56k

S2=GBF

S3=Signal sinusodal defrquence environ 110kHz

47pF


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MP1 TP N5 dELECTRONIQUE 2010-11FILTRES ACTIFS


3.3 Filtre dordre 2

On utilise la structure de Sallen-Key ci-contre avec R1 = R2 = R et C1 = 2C2.

La fonction de transfert gnrale vaut) ww j1

1CCRRCR

R(

2121

21 2

et se simplifie ici pour arriver )(

f f 00f f 2 j1

1 avecRC2f 102

De quel filtre sagit-il (passe bas, passe haut ou passe bande) ?Observer la maquette et retrouver les valeurs de C1 et R pour dduire f 0.

Si on envoie lentre de ce filtre le signal de sortie de la premire maquette, quel signal doit-on obtenir en sortie ?Raliser le cblage pour vrifier vos prvisions.

3.4 Etude plus prcise du filtre prcdentVu la fonction de transfert de ce filtre quel dphasage a-t-on entre lentre et la sortie pour f=f 0 ?Justifier alors le dphasage entre le signal de sortie du GBF et le signal prcdent (en sortie de filtre).

Oter la premire maquette, relever son diagramme de Bode et dterminer prcisment la valeur de la pente des asymptotes (endB/octave).En dduire une relation pente de l'asymptote et ordre du filtre.

4. Amliorer lallure dun signal

Le VIgenerer-signal.vi situ dans V:\DUT\MPH\Doc-Etudiants\MPh1-SA1-SA2\MPh1 Electronique, permet de gnrer unsignal sur la sortie AO0 de la carte dinstrumentation

Lancer le programme et observer lallure du signal sur lcran de loscilloscope.

Imaginer les types de filtre utiliser (schma+choix des composants) pour : enlever le bruit qui sest greff sur le sinus ne garder que le bruit qui sest greff sur le sinus.

R1

R2

C1

C2


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