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1 Prise en main du logiciel Altium Designer Cette première séance de travaux de laboratoire (TL) a pour but de familiariser les élèves avec l’utilisation de Altium Designer.. On étudiera d’une part un circuit RC et d’autre part quelques montages à AO. I) Etude d’un circuit RC Soit le circuit RC suivant : On prendra R = 1kΩ, C = 100nF Déterminer la réponse en fréquence de ce circuit. Calculer la fréquence de coupure. On va maintenant effectuer la simulation de ce montage. Avant de démarrer Altium Designer, on créera sur son compte un répertoire que l’on nommera TLPROTEL par exemple. Tous les projets créés durant cette séance de TL seront enregistrés dans ce répertoire. I.1) Lancement de Protel. Pour démarrer double cliquer sur DXP.exe qui se trouve dans le répertoire C:\Program Files\Altium Designer Winter 09 \dxp.exe ou bien Démarrer Programme Altium Designer Winter 09. Il apparaît la fenêtre suivante :

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Prise en main du logiciel Altium Designer Cette première séance de travaux de laboratoire (TL) a pour but de familiariser les élèves avec l’utilisation de Altium Designer.. On étudiera d’une part un circuit RC et d’autre part quelques montages à AO. I) Etude d’un circuit RC Soit le circuit RC suivant :

On prendra R = 1kΩ, C = 100nF Déterminer la réponse en fréquence de ce circuit. Calculer la fréquence de coupure. On va maintenant effectuer la simulation de ce montage. Avant de démarrer Altium Designer, on créera sur son compte un répertoire que l’on nommera TLPROTEL par exemple. Tous les projets créés durant cette séance de TL seront enregistrés dans ce répertoire. I.1) Lancement de Protel.

Pour démarrer double cliquer sur DXP.exe qui se trouve dans le répertoire C:\Program Files\Altium Designer Winter 09 \dxp.exe ou bien Démarrer Programme Altium Designer Winter 09. Il apparaît la fenêtre suivante :

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A partir de là on va créer un nouveau projet, en cliquant sur File, New, Project, PCB Project

Puis cliquer sur File, Save Project As afin de le nommer et de le sauvegarder.

Il apparaît alors la fenêtre de dialogue suivante :

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Dans le champ Nom de fichier, on tapera le nom du projet que l’on veut crée, à savoir ici Filtre RC.PrjPCB. On aura au préalable crée un dossier TLPROTEL où l’on mettra tous les fichiers de TL.

On va maintenant pouvoir créer la feuille de schéma. Pour cela, cliquer sur File, New, Schematic. Puis cliquer sur File, Save as. Il apparaît alors la fenêtre suivante :

Dans le champ Nom de fichier, taper le nom du schéma, à savoir ici FiltreRC en gardant l’extension donnée, Enregistrer.

On est maintenant prêt à dessiner notre circuit.

I.2) Saisie du schéma.

Dans notre circuit, on a besoin d’une source de tension, d’une résistance, et d’une capacité. Afin de trouver les composants nécessaires, cliquer sur System, puis librairies, apparait alors la fenêtre suivante :

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On trouvera la résistance et la capacité dans la librairie Miscellaneous Devices.IntLib. Ce fichier contient les composants génériques.

a) Placement et caractérisation de la résistance.

Dans cette librairie, on cherchera le composant qui s’appelle Res1. Cliquer sur Place Res1, puis placer la résistance sur la feuille de schéma. On va maintenant la caractériser, à savoir lui donner son nom et sa valeur. Pour cela, double cliquer sur le composant, il apparaît la fenêtre de dialogue suivante :

Dans le champ Designator on va lui donner son nom, ici R1. Pour lui donner sa valeur, on procèdera de la manière suivante : dans le champ Value, on va lui donner sa valeur ici 1k puis ok. Si la valeur de la résistance était de 1,2k par exemple, il faut taper 1.2k dans le champ value.

b) Placement et caractérisation de la capacité

Dans cette librairie (Miscellaneous Devices.IntLib), on cherchera le composant qui s’appelle Cap. Cliquer sur Place Cap, puis placer la capacité sur la feuille de schéma. On va maintenant la caractériser, à savoir lui donner son nom et sa valeur et la positionner correctement. Pour cela, double-cliquer sur le composant, il apparaît la fenêtre de dialogue suivante :

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Pour la placer verticalement, aller dans le champ Orientation et sélectionner 90 degrees.

Pour lui donner sa valeur, on procèdera de la même manière que pour la résistance.

c) Placement et caractérisation de la source de tension

On utilisera soit une source VSIN, soit une source VPULSE.

On trouvera les sources de tension dans la librairie Simulation Sources.IntLib. Ce fichier contient les différentes sources de tension et de courant. Comment installer cette librairie ?

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A partir de la fenêtre de dialogue ci-dessus, cliquer sur le bouton Librairies, il apparaît alors la fenêtre de dialogue suivante :

Cliquer sur le bouton Install en bas à droite de la fenêtre.

Dans le répertoire C:\Program Files\Altium Designer Winter 09\Library sélectionner la bibliothèque Simulation puis cliquer sur ouvrir, il apparaît alors la fenêtre suivante :

Sélectionner Simulation Sources.Int.lib, Ouvrir ; on revient à la fenêtre de dialogue « Available Libraries » puis cliquer sur Close.

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Ce fichier contient toutes les sources de tension et de courant.

- Source de tension sinusoidal

Dans cette librairie, on cherchera la source de tension qui s’appelle VSIN. Cliquer sur PlaceVSIN, puis placer la source de tension sur la feuille de schéma. On va maintenant la caractériser, à savoir lui donner son nom et ses caractéristiques et la positionner correctement. Pour cela, double-cliquer sur le composant, il apparaît la fenêtre de dialogue suivante :

Dans le champ Designator, on va lui donner son nom, ici Ve. Pour lui donner ses caractéristiques, double cliquer sur Simulation dans la fenêtre ci-dessus ( Models for V ? VSIN). Il apparaît, alors la fenêtre de dialogue suivante :

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Cliquer sur le champ parameters. Il apparaît alors la fenêtre suivante :

Ici, les paramètres par défaut sont corrects.

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Si l’on souhaite d’autres caractéristiques pour notre source, on pourra modifier ce paramètre, par exemple, on pourra mettre une amplitude de 5V ou une fréquence de 100 Hz, en changeant la valeur de la caractéristique correspondante.

- source de tension carrée

Dans cette librairie, on cherchera la source de tension qui s’appelle VPULSE. Cliquer sur Place VPULSE, puis placer la source de tension sur la feuille de schéma. On va maintenant la caractériser, à savoir lui donner son nom et sa valeur et le positionner correctement. Pour cela, double-cliquer sur le composant, il apparaît la fenêtre de dialogue suivante :

Dans le champ Designator, on va lui donner son nom, ici Ve. Pour lui donner ses caractéristiques, double cliquer sur Simulation dans la fenêtre précédente. Il apparaît, alors la fenêtre de dialogue suivante :

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Cliquer sur le champ parameters. Il apparaît alors la fenêtre suivante :

Dans le champ Initial Value taper 0V

Dans le champ PulsedValue taper 5V (amplitude du signal carré)

Dans le champ Time Delay taper 1u par exemple

Dans le champ Rise Time taper 1u (temps de montée du signal carré)

Dans le champ Fall Time taper 1u (temps de descente du signal carré)

Dans le champ Pulse Width on donnera la largeur de l’impulsion et dans le champ Period, la période

d) Réalisation du circuit

Les composants étant placés, on va maintenant effectuer la connexion entre eux et placer la masse. Si la palette " Wiring tools" n'est pas visible, l'afficher en allant dans View, Toolbars, Wiring Pour effectuer la connexion entre les composants, on utilise le bouton

Pour placer la masse, on utilisera le bouton

On pourra aussi utiliser le bouton

Afin de caractériser le type de référence de tension double cliquer sur l’icône de masse. La

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fenêtre de dialogue suivante apparaît : Dans le champ NET dans la rubrique Properties on tapera GND et dans le champ Style on tapera Power Ground puis OK. Avant de lancer la simulation, on va donner des noms aux signaux d’entrée et de sortie. Pour cela cliquer sur l’icône

que l’on placera sur les fils d’entrée et de sortie du circuit. En double cliquant sur Netlabel, on pourra donner les noms des signaux, ici IN et OUT par exemple. On obtient donc ce circuit.

Attention : ne jamais mettre d'accent sur les noms. On peut maintenant lancer la simulation. I.3) Simulation du circuit Cliquer sur Design, Simulate, Mixed Sim. Il apparaît alors la fenêtre de dialogue suivante :

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On va donc pouvoir effectuer soit une analyse fréquentielle, soit une analyse temporelle de notre circuit. Afin d’effectuer une analyse fréquentielle, on sélectionnera AC Small Signal Analysis. Afin d’effectuer une analyse temporelle, on sélectionnera Transient/Fourier Analysis. On sélectionnera toujours Operating Point Analysis Dans la rubrique Available Signals , on a accès à tous les signaux ( courant, tension, puissance) et dans la rubrique Active Signals, on pourra collecter que les signaux qui nous intéresse. On veut ici visualiser les tensions d’entrée et de sortie du circuit, on sélectionnera pour cela les signaux In et Out disponible dans la rubrique Available Signals. En double cliquant dessus, ces deux signaux apparaissent maintenant dans la rubrique Active Signals. a) Etude fréquentielle du circuit. On sélectionnera donc les options Operating Point Analysis et AC Small Signal Analysis. Sélectionner AC Small Signals, la fenêtre de dialogue précédente devient :

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Start Frequency et Stop Fréquency correspondent aux fréquences de début et de fin de simulation (plage de fréquence). Si l’on veut faire la simulation de 1Hz à 100 kHz, on tapera 1 dans la case Start Frequency et 100k dans la case Stop Fréquency. Dans le champ Sweep Type, on sélectionnera decade et on pourra prendre 1000 points de mesure par decade. Puis OK. L’analyse fréquentielle démarre alors.

On obtient ainsi la réponse en fréquence du circuit.

Comparer les résultats simulés aux résultats théoriques et en particulier déterminer la fréquence de coupure expérimentale.

b) Etude temporelle

On sélectionnera donc les options Operating Point Analysis et Transient/Fourier Analysis. Sélectionner Transient/Fourier, la fenêtre de dialogue précédente devient :

On pourra soit garder les paramètres par défaut ( le simulateur tracera cinq périodes du signal), soit comme pour l’analyse fréquentielle, imposer la durée de la mesure en mettant dans les champs transient start time et transient stop time l’instant de début et de fin de mesure, puis dans step time le pas de la mesure. Puis OK.

Pour le signal d’entrée, on prendra un signal de type SIN puis un signal de type PULSE .

Pour cela remplacer la source VSIN par une source VPULSE.

Comparer les résultats simulés à l’étude théorique et conclure.

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II) Etude d’un redresseur Soit le circuit redresseur suivant :

On prendra Rc = 1kΩ.

Pour la saisie du schéma, on reprendra la même procédure que pour le circuit RC. On prendra la diode 1N4148 ; Il faut pour cela charger une nouvelle bibliothèque. Chargement d’une nouvelle bibliothèque

A partir de là cliquer sur le bouton Search afin de chercher dans quelle bibliothèque se trouve notre composant ( ici la diode 1N4148 ).

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Il apparaît la fenêtre de dialogue suivante :

Cliquer sur « advanced », il apparaitra alors la fenêtre suivante.

Dans la fenêtre du haut, taper *1N4148* en ayant bien vérifié que les différents paramètres sont bien identiques à ceux de la fenêtre ci-dessus puis cliquer sur Search. La recherche donne le résultat suivant :

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Cliquer sur Install Library Close Dans cette librairie, on sélectionnera la diode “ 1N4148” Place 1N4148 puis placer la diode sur la feuille de schéma. Double cliquer sur la diode pour la caractériser. Il apparaît la fenêtre suivante :

Dans la champ Designator on va lui donner son nom, ici D1. Pour le signal d’entrée on prendra un signal sinusoidal d’amplitude 2 V et de fréquence 1kHz.

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Simuler ce montage. On pourra tracer Vs (t),Ve (t). Vs (t) étant la tension aux bornes de la résistance Rc. Quelle fonction réalise ce montage.

IV Etude de montages à amplificateur opérationnel IV 1) Etude d’un amplificateur inverseur Soit le montage suivant :

Pour la saisie du circuit on reprendra la même procédure que pour le circuit RC.

Pour la recherche de l’amplificateur opérationnel « 741 », on utilisera la même procédure que pour la diode 1N4148.

Pour le signal d’entrée, on prendra un signal sinusoidal d’amplitude 100mV et de fréquence 1 kHz.

Calculer le gain en tension de ce montage.

Simuler ce montage en étude petits signaux. Puis en transitoire, avec des tensions d’entrées sinusoïdales 1kHz et 100kHz d’amplitude 0,1V et 1V. Observer et commenter.

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Caractérisation de la source de tension VSRC. Double cliquer sur la source VSRC, la fenêtre de dialogue suivante apparaît :

Dans le champ Designator, taper le nom de la source, ici Vcc.

Pour lui donner ses caractéristiques, double cliquer sur Simulation. Il apparaît, alors la fenêtre de dialogue suivante :

Cliquer sur le champ parameters. Il apparaît alors la fenêtre suivante :

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Dans le champ Value, taper la valeur de la source de tension, à savoir ici 15V.

IV 2) Etude d’un intégrateur Soit le montage suivant :

Pour la saisie du circuit on reprendra la même procédure que pour le circuit RC. Pour le signal d’entrée, on prendra un signal carré d’amplitude 1V et de période 1ms.

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Donner l’expression de la tension de sortie Vout. Simuler ce montage et vérifier qu’il réalise un intégrateur. Expliquer le rôle de la résistance R2.

III) Etude de transistor en commutation III.1) Montage à une entrée Soit le montage suivant :

Pour la saisie du circuit on reprendra la même procédure que pour le circuit RC.

Pour la recherche du transistor bipolaire 2N2222 , on utilisera la même procédure que pour la diode 1N4148.

On prendra le 2N2222 comme transistor bipolaire; Pour le signal d’entrée on prendra un créneau d’amplitude 5V et de période 1ms.

Le fonctionnement de ce montage est le suivant : Lorsque la source Ve est à 0V, aucun courant ne circule dans le transistor. Le potentiel Vs est alors égal à Vcc. Lorsque la source Ve est à 5V, un courant proche de Ve/RB circule dans la base du transistor imposant alors un potentiel voisin de 0 sur Vs. Le courant circulant dans Rc est alors voisin de Vcc/Rc. Ce montage réalise une fonction logique particulière : laquelle ?

Pour réaliser la source de tension Vcc on prendra la source de tension VSRC qui se trouve dans la bibliothèque Simulation Sources.IntLib. Placer la source VSRC sur le schéma.

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III.2) Montage à deux entrées Soit le montage suivant :

Pour la saisie du circuit on reprendra la même procédure que pour le circuit RC. l. On prendra le 2N2222 comme transistor; Pour le signal d’entrée on prendra un créneau d’amplitude 5V et de période 1ms.

Les tensions V1 et V2 seront décalées de 250 μs.

Déduire de la question précédente le fonctionnement de ce montage et vérifiez en simulation

Quelle fonction logique réalise ce montage ?

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