Titre: Electronique analogique
Auteurs: Didier LE RUYET / Pierre PROVENT
Ecole/Université: CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS
Résumé: Introduction : L’électrocinétique étudie la circulation des courants électriques dans les circuits électriques composés d’un ensemble d’éléments appelés composants comme les générateurs (piles, …), les composants passifs (résistance, bobine d’induction, condensateur) et les composants actifs (transistor, amplificateur opérationnel, …). Ces éléments sont reliés entre eux par des fils conducteurs.
Matériaux en électricité : Les électrons se déplacent dans les solides plus ou moins facilement selon le matériau. La charge d’un électron est égale à 1,6.10-19 Coulomb. On distingue 3 types de matériaux :
– Les conducteurs : matériaux dans lesquels un champ très faible suffit à fournir une énergie permettant le déplacement des électrons libres (porteurs de charges arrachés à chaque atome). On a un à deux électrons libres en moyenne par atome. La concentration en électrons dépend du matériau ; par exemple pour le cuivre, on a 1028 électrons par m3 .
– Les isolants : pas d’électron libre. La qualité de l’isolant dépend de la pureté du matériau
– Les semi-conducteurs : la concentration en électrons dépend du matériau et de la température. Les électrons sont disposés dans des bandes permises séparées par des bandes dites interdites. Une certaine quantité d’énergie permet de faire passer des électrons d’une bande permise pleine (bande de valence) vers la bande vide (bande de conduction) générant ainsi des trous électriquement équivalents à des charges positives dans la bande de valence. Les semi-conducteurs sont utilisés dans la plupart des circuits actifs.
Extrait du sommaire:
1 RAPPELS D’ELECTROCINETIQUE.5
1.1 Introduction 5
1.2 Matériaux en électricité 5
1.3 Courant électrique, Champ électrique et différence de potentiel 5
1.4 Lois fondamentales. 6
1.4.1 Loi des mailles 6
1.4.2 Loi des nœuds 7
1.5 Générateurs idéaux. 8
1.5.1 Générateur de tension idéal 8
1.5.2 Générateur de courant idéal. 8
2 LES DIPOLES PASSIFS ELEMENTAIRES9
2.1 Introduction 9
2.2 Caractéristique d’un dipole 9
2.3 Les dipôles passifs élémentaires 10
2.3.1 Résistance 10
2.3.2 Bobine d’induction 10
2.3.3 Condensateur. 10
2.4 Lois générales des dipôles passifs 11
2.5 Association de dipôles de même nature. 12
2.6 Régime sinusoïdal. 13
2.7 Diagrammes de Fresnel et lois des dipôles en régime sinusoïdal 14
2.8 Notation complexe et impédance complexe 17
3 PUISSANCE ET ENERGIE.23
3.1 Définitions 23
3.2 Cas particuliers 24
3.2.1 Energie consommée dans une résistance. 24
3.2.2 Energie dans une bobine 25
3.2.3 Energie dans un condensateur 26
3.3 Puissance active, réactive, apparente et complexe dans un dipole quelconque 28
3.4 Force électromotrice et force contre électromotrice 30
3.4.1 Générateur et force électromotrice 30
3.4.2 Récepteur et force contre électromotrice. 31
4 METHODES D’ANALYSE DES RESEAUX 33
4.1 Introduction 33
4.2 Méthode des courants des mailles 34
4.3 Théorème de Millman 35
4.4 Théorème de superposition 36
4.5 Théorème de Thévenin et de Norton 38
4.5.1 Grandeurs caractéristiques d’un dipôle 38
4.5.2 Théorème de Thévenin 38
4.5.3 Théorème de Norton 38
4.5.4 Relation entre les deux théorèmes. 39
4.6 Théorème de Kennely. 39
5 FACTEUR DE QUALITE ET CIRCUIT RESONNANT 41
5.1 Oscillations libres dans un circuit LC 41
5.2 Facteur de qualité d’un circuit 42
5.2.1 Définition 42
5.2.2 Facteur de qualité d’un élément réactif réel 42
5.2.3 Généralisation du facteur de qualité 44
5.3 Le circuit résonnant série 44
6 LES QUADRIPOLES.50
6.1 Définitions 50
6.2 Description matricielle du quadripôle 50
6.2.1 Matrices impédances 50
6.2.2 Matrices admittances. 55
6.2.3 Matrices hybrides 57
6.2.4 Matrice de transfert ou matrice chaîne 58
6.3 Schémas équivalents du quadripôle. 58
6.3.1 Représentation matricielle impédance. 59
6.3.2 Représentation matricielle admittance 59
6.3.3 Représentation matricielle hybride 59
6.4 Association de quadripôles 59
6.4.1 Association série 59
6.4.2 Association parallèle 60
6.4.3 Association en cascade 61
6.5 Grandeurs caractéristiques d’un quadripôle 62
6.6 Adaptation d’impédance 64
7 FILTRAGE, DIAGRAMMES DE BODE.67
7.1 Introduction au filtrage 67
7.1.1 Définitions. 67
7.2 Echelle logarithmique et diagramme de Bode 70
7.3 Fonctions de transfert de base 72
7.3.1 Intégrateur 72
7.3.2 Dérivateur 72
7.3.3 Intégrateur réel ou filtre passe bas du premier ordre 73
7.3.4 Dérivateur réel 75
7.3.5 Filtre passe-haut du premier ordre. 76
7.3.6 filtre passe bas du second ordre. 78
7.3.7 filtre passe haut du second ordre 82
7.3.8 Fonctions de transfert quelconques 82
8 L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL IDEAL 85
8.1 Généralités 85
8.1.1 Introduction 85
8.1.2 Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel idéal 85
8.1.3 Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel réel 741. 86
8.2 AOP utilisé avec contre-réaction ou en boucle fermée 87
8.3 Montages amplificateurs 88
8.3.1 Amplificateur inverseur. 88
8.3.2 Amplificateur non inverseur 89
8.3.3 Suiveur de tension ou adaptateur d’impédance 90
8.4 Montages opérationnels 90
8.4.1 Additionneur inverseur 90
8.4.2 Soustracteur (ou différentiateur) 91
8.4.3 Additionneur non inverseur. 92
8.4.4 Intégrateur 92
8.4.5 Dérivateur 93
8.4.6 Amplificateur logarithmique 93
8.5 Montages convertisseurs 94
8.5.1 Convertisseur Courant-Tension. 94
8.6 Impact de la bande passante de l’AOP. 95
4
9 STRUCTURES CLASSIQUES POUR REALISER DES FILTRES
ACTIFS.97
9.1 Introduction 97
9.2 Cellule de Rauch. 97
9.3 Cellule de Rauch pour filtre passe-bas du second ordre 97
9.4 Structure de Sallen et Key ou structure à source de tension commandée. 98
9.5 Structure de Sallen et Key pour filtre passe-bas du second ordre 99
9.6 Transformation passe-bas -> passe-haut 100
9.7 Structure de Rauch pour filtre passe-haut du second ordre 100
9.8 Structure de Sallen et Key pour filtre passe-haut du second ordre 101
10 REALISATION DE FILTRES.103
10.1 Le gabarit. 103
10.2 Différents types de filtres. 103
10.3 Etude du filtre passe-bas de Butterworth 104
10.3.1 Introduction 104
10.3.2 Détermination de l’ordre N du filtre pour qu’il satisfasse à un gabarit 105
10.3.3 Détermination de la fonction de transfert du filtre 106
10.3.4 Détermination des pôles du filtre de Butterworth 106
10.4 Etude du filtre passe-bas de Tchebychev 109
10.4.1 Introduction 109
10.4.2 Présentation du filtre de Tchebychev 109
10.4.3 Calcul du taux d’ondulation dans la bande passante 110
10.4.4 Détermination de l’ordre N du filtre pour qu’il satisfasse à un gabarit 112
10.4.5 Détermination de la fonction de transfert du filtre 113
11 MONTAGES AOP EN REGIME NON LINEAIRE114
11.1 Contre-réaction positive sur un AOP : fonctionnement en boucle fermée 114
11.2 Comparateur de tension simple 115
11.2.1 Montages de base 115
11.2.2 Limitation de la tension de sortie de l’AOP 116
11.3 Comparateur à hystérésis ou Trigger de Schmitt 116
11.3.1 Justification d’un tel comparateur 116
11.3.2 Comparateur à hystérésis ou trigger de Schmitt 117
11.3.3 Variante de trigger. 119
11.4 Oscillateur à relaxation ou mulitivibrateur astable. 119
11.4.1 Introduction 119
11.4.2 Analyse théorique 120
11.4.3 Variante d’oscillateur à relaxation: générateur de signaux triangulaires 121
Télécharger le fichier PDF: Electronique analogique