UE E5-B - Electronique générale 1

Les compétences visées par cet enseignement sont : - la modélisation de composants non linéaires (diodes, transistors) en "grand signal" (approximation aux limites) et en "petit signal" (linéarisation des caractéristiques) - l'analyse de circuits électriques afin d'en déterminer les caractéristiques dynamiques (amplification en tension, impédance d'entrée, dynamique de sortie)
- la connaissance des circuits élémentaires utilisés en électronique afin d'être capable de pouvoir identifier les différents blocs fonctionnels d'un schéma et d'en estimer rapidement les performances.

Plan du cours :
1- Introduction : problème général de la modélisation - illustration avec la diode (modèle petit signal et grand signal) - explication des caractéristiques par une analyse du fonctionnement interne simplifiée - autres diodes (zéner, LED... )
2- Applications des diodes (redressement simple, détecteur de crête)
3- Le transistor MOSFET : principe de fonctionnement qualitatif, caractéristiques électriques idéales et modèle grand signal- caractéristiques réelles et modèle petit signal (caractéristique de transfert, choix du point de polarisation pour maximiser la dynamique de sortie, schéma dynamique, évolution du point de fonctionnement graphiquement)
4- Applications du transistor MOSFET : amplificateur de tension, montages de base
5- étude des miroirs de courant élémentaires
6- Le transistor bipolaire : principe de fonctionnement qualitatif à partir de l'étude faite sur la diode, caractéristiques électriques idéales et modèle grand signal, caractéristiques réelles et modèle petit signal, étude d'un ampli émetteur commun (calcul du point de repos, schéma dynamique, caractéristiques dynamiques énoncées sans démonstration)

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Ces projets/TP d'électronique de 1er semestre ont pour objectifs, d'une part de faire découvrir l'électronique de base à partir de quelques montages classiques réalisant des grandes fonctions du traitement analogique du signal, et d'autre part faire acquérir aux élèves la maîtrise des appareils de base du laboratoire, des méthodes, des protocoles de mesures. Ils sont découpés en séance de TD suivie d'une séance de TP afin de pouvoir directement mettre en pratique la partie théorique rappelée en TD. Certains TP donnent lieu la semaine suivante à un projet basé sur une séance complète.

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Objectifs :

Maitriser l'étude de circuits électriques simples: lois fondamentales, circuits du 1er ordre, AOP idéal en régimes linéaire et non linéaire
Appréhender les diverses grandeurs intervenant dans un système: grandeurs qui agissent sur le système (entrées) et grandeurs caractérisant l'état du système (sorties ou réponses du système).
Etablir les relations entre les entrées et sorties d'un système linéaire en déduire les propriétés du système: comportement fréquentiel, temporel, modes dominants,...
Appréhender l'étude d'un circuit électrique sous la forme d'un système représenté par l'association de quadripôles, découvrir la notion d'adaptation.
Savoir manipuler les outils adaptés à l'étude des systèmes linéaires : fonction de transfert ou transmittance, diagrammes de représentation en particulier le diagramme de BODE, transformée de Laplace, matrices caractéristiques
Aborder la fonction de filtrage, les gabarits associés, et l'implémentation de filtres par des éléments passifs et actifs
Donner une méthodologie de synthèse des fonctions de filtrage analogique
Apporter des éléments concernant les limitations des implémentations de filtre
Donner des exemples d'applications
Fixer les connaissances en cours d'acquisition dans un environnement de CAO en réalisant la conception et la simulation d'un filtre actif.

Contenu :
L'étude de circuits électriques simples est abordée dans un premier temps: lois fondamentales gouvernant les circuits (lois de Kirchoff, modèles équivalents de Thévenin et Norton...), étude des circuits du premier ordre (constante de temps, réponse harmonique, diagramme de Bode, réponse temporelle sinusoïdale et indicielle), étude de l'AOP idéal en régimes linéaire et non linéaire.
Après des généralités sur les systèmes physiques, l'accent est mis sur la notion de transmittance ou fonction de transfert de systèmes linéaires généralisés. L'étude de la réponse fréquentielle harmonique est associée à la représentation de BODE, très utilisée en électronique. L'utilisation de la transformée de Laplace, présentée parallèlement en mathématiques, permet ensuite de généraliser la notion de transmittance et de l'utiliser pour l'étude de la réponse temporelle en régime transitoire (réponses impulsionnelle, indicielle, rampe). Les aspects modèle de connaissance et modèle de comportement sont ainsi abordés. La notion de stabilité est à peine effleurée, ouvrant la voie aux systèmes asservis présentés en automatique au semestre suivant.
Cette présentation sur les systèmes linéaires est complétée par une introduction à l'étude des quadripôles, avec une présentation des principales matrices représentatives (impédance, admittance, hybride, de transfert), leurs propriétés et associations, les grandeurs caractéristiques : impédance d'entrée, de sortie, à vide, en charge, gains, impédance itérative, pour terminer sur la notion d'adaptation en puissance qui sera détaillée au semestre suivant.
Enfin, la synthèse de filtres est abordée, elle permet une mise en œuvre des concepts précédents. Les principes, applications et limitations de ces fonctions sont présentés, avant de réaliser un exemple de synthèse en CAO.

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