elec.txt 25/11/2004
________ __ ________ ________
| | | | | | | |
| _____| | | | _____| | _____|
| |___ | | | |___ | |
| ___|_ | |_____ | ___|_ | |_____
| | | | | | | |
|________| |________| |________| |________|
électronique - cours de DUT GEII
maregeneration
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En tete: Electronique &r&p
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Introduction
Ce petit document a ete ecrit dans le but de retrouver a coup sur et rapidement, toute information concernant l'électronique. Il a ete ecrit avec un editeur en mode texte, pour etre imprimable sous forme de fiches miniatures. Ce document est destiné à des électroniciens, ou à des électrotechniciens.
CHAPITRE 1 - Les bases de l'électronique
Ce chapitre contient les bases de l'électronique analogique.
1.1. Electricité générale. Courant continu
Loi des noeuds: A B
-->--*----*---<---
A,B,C,D forment le noeud N i1 | | i2
_ | N |
\ | |
/_ in = 0 +i1 +i2 +i4 -i3 = 0 --<--*----*---<---
i3 C D i4
<-------------
Loi des mailles: A Vab ____ B
--*-----|____|-----*-
sens de parcours arbitraire /| | <-------- | |
_ Vac | |¯| sens de |¯| | Vdb
\ | |_| rotation |_| |
/_ Vnm = 0 +Vab -Vac +Vdc -Vdb = 0 | | ____ | |/
-*-----|____|-----*-
C Vdc D
------------->
Résistors:
u=Ri P=Ri²=u²/R G=1/R R=p.l/S y=1/p
u(V) ___
/| * M (P=ui) imax=\/P/R umax=R.imax pø = p0(1+a.ø)
+ / p0: p à 0°C
| / u=Ri u: tension (volts V)
+ / i: courant (ampères A)
|/ R: résistance (ohms OMEGA O)
--+--+--+--+-++---> i(A) P: puissance (watts W)
/|O imax G: conductance (siemens S)
/ + p: rho résistivité (ohms-mètres Om)
/ | du y: gamma conductivité (siemens par mètre S/m)
/ + R = -- l: longueur (mètres m)
M' * | di S: surface (mètres carrés m²)
a: coefficient de température
Association série (/): R1____ R2____ R3____
----|____|->-|____|---|____|---
Réq=R1+R2+R3 <----- i <----- <-----
u1 u2 u3
<-------------------------
u
Association parallèle (//): i1 ____R1
+->-|____|---+ i ____Réq
Géq=G1+G2+G3 (G=1/R) i | i2 ____R2 | ->-|____|---
R1.R2 ->-+->-|____|---+--
R1//R2 = ------- | i3 ____R3 | <---------
R1 + R2 +->-|____|---+ u
<---------------
u
Générateurs:
u=E-ri E: tension à vide ou force électromotrice (f.e.m.) à vide
r: résistance interne apparente
+------ +------->----- Association série:
| |\ | |\ Eéq=E1+E2+..+En
| | |¯|r | réq=r1+r2+..+rn
|+ | |_| |
------- | u _|_ | u Association parallèle:
--- | <=> / | \ |\ | Eéq=E
|- | | | | | E | réq=r/n
| | \_|_/ | |
| | | | Mode récepteur:
+------ +------------- u=R+ri ui=Ei+ri²
M.E.T. (modèle équivalent de Thévenin)
Modèle équivalent de Thévenin (M.E.T.):
I0 ___R1 i=0 Charge débranchée, on calcule la tension à vide E0.
+->-|___|--+--->-+
_|_ | E=i(R1+R2) i=E/(R1+R2) E0=R2.i
/ | \ |\ |¯| |\ E0=E/(R1+R2)
| | | | E |_| | E0
\_|_/ | |R2 | On pouras remplacer ce schéma par un générateur de
| | tension E0 en série avec une résistance r0
+----------+-----+
___R1
+---|___|--+-----+ on débranche les sources de courant et de tension.
| | - circuit ouvert pour les sources de courant
| |¯| - circuit fermée pour les sources de tension
| |_|
| |R2 on calcule la résistance équivalente.
| | r0=R1//R2
+----------+-----+
Modèle équivalent de Norton (M.E.N.):
Icc___r0 Charge court-circuitée, on calcule le courant Icc.
+->-|___|--+
_|_ | Icc = E0/r0
/ | \ |\ | r0=R1//R2
| | | | E0 |
\_|_/ | | r0 se calcule comme avec le M.E.T.
| | On pouras remplacer ce schéma par un générateur de
+----------+ courant Icc en parallèle avec une résistance r0.
Thèorème de superposition:
i1 ___ A ___ i2 L'intensité du courant dans une branche AB
+-->--|___|--+--|___|---<-+ d'un réseau linéaire est la somme des
| 50 | 20 | intensités des courants qu'imposerait dans
|+ | |+ cette branche chacun des générateurs les
------- |¯| ------- autres étant éteints.
--- |_|10 ---
|- | |- i1=i1'+i1''
| |/i3 | i2=i2'+i2''
+------------+------------+ i3=i3'+i3''
B
i1' ___ A ___ i2' i1''___ A ___ i2''
+-->--|___|--+--|___|---<-+ +-->--|___|--+--|___|---<-+
| 50 | 20 | | 50 | 20 |
|+ | | | | | +
------- |¯| | | |¯| -------
--- |_|10 | | |_|10 ---
|- | | | | | -
| |/i3' | | |/i3'' |
+------------+------------+ +------------+------------+
B B
1.2. Les diodes
+ A + A + A + A Ia(mA) 27°C -10°C
| | | |\ | /| * *
| | ----- | ----- + diode
|¯| |¯¯¯| \ / | Vak \ / I0 |- - - * Rd *
| | | P | \ / | Vpn \ / Pmax=Ia.Vak +
|_| |¯¯¯| ¯¯|¯¯ | ¯\ | * *
|_| | N | | | \ --+--+*-+*-+*-*---+--+-*---> Vak(V)
| ¯|¯ \| Ia | ----- * |O Vd ~ 0.6V
| | | | | zener °+ Seuil ~ 0.5V
+ C + C + C + C Rz * ° |
° ° ° + 10nA
diode zener * |/ Is (courant de fuite)
Vak k.T k=1.38.10^-23 J/K
Ia = Is.[ exp --- -1 ] avec Ut = --- ~ 25mV à 300°K (27°C) q=1.6.10^-19 C
Ut q T(°K) 0°K= -273°C
approximations: si Vak<0 Ia = -Is
si Vak>0 Ia = Is.exp(Vak/Ut)
Vak0-Vak1
--------- ~ -2.5 mV/°C coeff de Temp a(alpha).Vz = 1/Vz = (Vz0-Vz1)/(T0-T1)
T0 - T1
Schéma équivalent pour l'état passant
+ A diode + A zener
| à vide Vak = Vd | à vide Vak = -Vd
|\ |+ si Vak > Vd, |¯|
Vd | ------- Vak = Vd+i.Rd |_|Rz
| --- fem | | -
| |- p=Vd.i+Rd.i² Vd | --- f.c.e.m.
|¯| | -------
|_|Rd \| | +
| |
+ K + K
Un schéma équivalent simplifié existe sans la résistance Rd. Le schéma d'une diode parfaite est un interrupteur.
dépannage: En pratique, une diode grillée ouvre le circuit.
1.3. Les transistors bipolaires
+ C + C / + C + C + C / + C
| _|_ / Vbc | | _|_ / Vbc |
| / \ |/ / Ic | \ / |/ / /\
N ¯|¯ ¯ Ib |/ \/ P ¯|¯ ¯ Ib |/ Ic
+---P +---+ +--->--| +---N +---+ +---<--|_
B N B _|_ B _ |\ Ie B P B _|_ B _ |\ /\
| \ / |\ Vbe \| \/ | / \ |\ Vbe \ Ie
| ¯|¯ \0.6V ¯| | ¯|¯ \ |
+ E + E \ + E + E + E \ + E
NPN PNP
|Vbe| |\ Ic(mA)
Ic = Isbc.exp ----- 15 + Ib(uA)
Ut Vce0 | |¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
* | | 120
Ic = B(beta).Ib * | |¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
P0 + Ic0 + | + P0 Ib0=90
a(alpha) * | |¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
Ic = --------.Ib B(beta)~100 * | | 40
1 - a Ib(uA) * | |¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<-+------------+-------+-+---------+-------------+-> Vce
B: gain en courant 200 Ib0 | 0.2V Vce0 Vcc
a: facteur de transfert * |
Isbc: courant inverse P0 * +0.5V
de saturation *+ + Vbe0
* |
* |/ Vbe(V)
|Vce0|+|Va|
Rce = ----------- |Va|: tension de Early
Ic0
Pmax = 300mW pour les boitiers plastique
P = Ib.Vbe + Ic.Vce ~ Ic.Vce Pmax = 500mW pour les boitiers métalique
polarisation:
+Vcc --+------+------------+---- Ib + Ic = Ie => Ic ~ Ie
| | | Vce = Vcc - (Rc+Re).Ic
|¯|R1 |¯|Rb |¯|Rc soit Vce0 et Ic0
|_| |_| Rp___ |_|
| | +--|___|--+ Vcc - Vbm0
| | | | courant: Rb = ----------
| | + | C Ib0
B +---+ + Ib |/
| | ----+--->--| Vcc - Vbm0 Vbm0
Ip \| +--+ B |\> tension: R1 = --------- R2 = ----
| | E Ip + Ib0 Ip
|¯|R2 |¯|
|_| |_|Re avec 10.Ib0 < Ip < 20.Ib0
| |
0V --+-------------------+---- Vce0 - Vbe0
discret: Rp = -----------
+Vcc ---+-----------+--- Ib0
I \| |
|¯|R |¯|Rc
|_| |_| I
+-----+ | C1 mirroir: Ic1 = ------- ~ I
| | | 1 + 2/B
\| | |/
T2 |---+---| T1 Vcc - Vbe
</| ^ |\> R = ---------
| | Vbe | I
0V ---+-----------+---
influance de la température:
On réduit la polarisation à son MET
polarisation Eth Rth dIc _______________________________ courant > > 4.23 tension << << 1.7
dépannage:
à vide Vbe Vbc Vce Le but est de déterminer la base par des mesures NPN 0.6V 0.6V 0 au multimètre (fonction Diode), en testant les PNP -0.6V -0.6V 0 trois pattes.
S'il est impossible de trouver ces mesures, enlever le transistor et retestez. Si meme à vide ca ne marche pas, il faut changer le transistor. La panne d'un transistor occasionne souvent la panne des transistors en aval. Verifiez-les!
1.4. Les condensateurs et les selfs
| _ dv(t) |/ i(t) |\ di(t)
|/ i(t) /|\ i(t) = C. ----- _) | v(t) = L. -----
----- | v(t) dt (_ | v(t) dt
----- | _) |
| | T(Tho)=RC (_ | T(Tho)=L/R
| Condensateur z=1/(jCw) | self | z=jLw(oméga)
// Ceq = C1+C2+..+Cn // 1/Leq = 1/L1+1/L2+..+1/Ln
/ 1/Ceq = 1/C1+1/C2+..+1/Cn / Leq = L1+L2+..+Ln
Condo régime permanent t -> oo self
---+ +--- = en continue ---+--+---
---+--+--- ~ en alternatif ---+ +---
Etude du condensateur en régime variable:
i ___ ____ i(t) dv(t)
+-->--|___|--+---+ +--->-+ (1) Eth = Rth.C.----- + v(t)
| Rth _ | dt
Eth |+ /|\ |
------- | ----- dv(t)
--- v(t) | ----- (2) dt = Rth.C.--------
|- | | Eth-v(t)
| | | _
+------------+------------+ (3) t = | dt+K
¯
(4) -t/(Rth.C) = ln [Eth-v(t)]+k t Eth-v(t)
à t=0 k= -ln(Eth) (5) exp (- -----) = --------
Rth.C Eth
dv(t) C.Eth t
i(t) = C.----- = -----. exp( - --- ) car (exp ° u)' = u'.exp(u)
dt Rth.C Tho
_________________________________
| t | Rth.C =Tho à t=Tho v(t)=63%Eth
| v(t) = Eth.[1 - exp(- -----)] | à t=5.Tho v(t)=Eth
| Rth.C |
| Eth t |
| i(t) = ---. exp( - --- ) | ...Blabla bla ......
| Rth Tho | ....................
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
v(t)= v - (v - v ).exp(- t/Tho)
oo oo ini
diviseur capacitif:
i ___ ____ i(t) i(t)dt = C.dv(t)
+-->--|___|--+---+ +--->-+ C1 et C2 ont stoqué la meme charge Q1=Q2
| Rth _ | C1 oo
Eth |+ /|\ ----- Q = |¯ i(t)dt C1.v1 = C2.v2
------- | ----- ¯0 oo oo
--- v(t) | | C2
|- | ----- Tho=Ceq.Rth v = v1 + v2 = Eth
| | ----- oo oo oo
| | C1 C2
+------------+------------+ v1 = Eth.----- v2 = Eth.-----
oo C1+C2 oo C1+C2
transfert de charge:
i ___ ____ i(t) Qtot = C1.V1+C2.v2
+-->--|___|--+---+ +--->-+ (Qtot)init = (Qtot)fin
| Rth _ |
- | C1 /|\ + | C2 (Qtot)fin = (C1+C2).V
----- | ----- oo
----- v(t) | -----
+ | | - | V1 V2
| | | v = C1.----- + C2.-----
+------------+------------+ oo C1+C2 C1+C2
charge et décharge à i constant:
dv(t) I1
+--->---+ | +-------->---+ i(t) = C.----- v(t) = --.t
_|_ i1 + i2 _|_ dt C
/ \ | C |\ / \
|-----| ----- | |-----|
\___/ ----- | v(t) \___/
| i \| | |
+---------+--------------+
circuit RLC:
___ ____
+-->--|___|--+ +--/////--+ Eth = Ri(t)+vl(t)+vc(t)
| Rth L | di(t) _
Eth |+ | C Eth = Ri(t) + L.----- + 1/C. | i(t)dt
------- ----- dt ¯
--- -----
|- i(t) |
+-----------<-------------+
dépannage:
Une self grillée ouvre le circuit. Un condensateur grillé ferme le circuit. C'est d'ailleur la causes la plus probable lors d'un cours circuit non franc ( > 0ohm), d'alimentation ou autre... Il est parfois possible de déterminer si un condensateur est défectueux en le chauffant avec un pistolet à air chaud ou un sèche cheveux (en dirigant l'air chaud avec un conne, mais sans obstruer le sèche cheveux !). La résistance de cours circuit seras modifié. Certaines télés nécessitent un temps de chauffe avant leur bon fonctionnement. Les condensateurs vieillissent mal, leur capacité se dégrade. Allons, Un coup de sèche cheuveux !
CHAPITRE 2 - Annexes
______________________________________ ______________________________________ Matériaux résistivité coeff de Matériaux résistivité coeff de à 20°C micro.Ohm.m T°C à 20°C micro.Ohm.m T°C ______________________________________ ______________________________________ Acier 0,10 à 0,25 0,0050 Germanium 1.1 - Aldrey 0.032 0.0036 Graphite 4 à 20 - Aluminium 0.028 0.0040 Laiton 0.07 0.0015 Antimoine 0.042 0.0036 Manganin 0,435 0.00001 Argentan 0.380 0.00007 Mercure 0.958 0.00089 Argent 0.016 0.0038 Monel 0.420 0.0020 Bismuth 1.200 0.0040 Nickel 0.724 0.0060 Bronze phosp... 0.05 à 0.1 0.0039 Nickel chrome 0.9 à 1.04 0.00011 Charbon cornue 39 - Or 0.0235 0.0036 Constantan 0.5 0 Platine 0.1 0.0036 Cuivre 0.0176 0.0039 Plomb 0.215 0.00395 Etain 0.115 0.0043 Silicium 0.58 - Fer 0.098 0.0060 Terre 10 à 1000(Om) - Fer nickel 0.85 à 0.92 - Tungstène 0.055 0.0045 Fer silicium 0,27 à 0.67 - Zinc 0.060 0.0037 Fonte 0.6 à 1.6 - ______________________________________ ______________________________________ __________________ COULEUR V Fact Tol __________________ ARGENT - 0.01 10% OR - 0.1 5% NOIR 0 1 20% MARRON 1 10 1% ROUGE 2 100 2% ORANGE 3 1k - JAUNE 4 10k - VERT 5 100k - BLEU 6 1M - VIOLET 7 - - GRIS 8 - - BLANC 9 - - __________________