Electronique

Préambule
Ce fascicule contient les énoncés des huit premières séances de travaux pratiques d’électronique. Il a pour but de vous aider à
réaliser des expériences de base, que vous pourrez présenter lors de vos leçons et montages. Chaque TP contient de nombreuses
expériences, et il sera difficile de toutes les réaliser au cours d’une seule séance. Les expériences dites de "seconde lecture" ne
sont pas indispensables pour la première séance sur le sujet et vous pouvez donc les réaliser uniquement si vous avez le temps.
Il sera possible de revenir dessus au cours des moments libres ou des séances de révisions plus tard dans l’année. Cependant, ce
fascicule n’est pas exhaustif, et il est tout à fait possible (et même conseillé) de développer de nouvelles expériences au cours de
l’année. Vous pouvez alors demander aux responsables, encadrants et techniciens des conseils si vous avez besoin pour concevoir
et monter de nouvelles expériences pertinentes.
Une séance de TP se prépare à l’avance. Il faut arriver en séance de TP en sachant quelles expériences vous voulez réaliser,
pourquoi vous la faite et avoir compris un minimum la théorie sous-jacente. Á partir de cette année, le jour de l’oral vous aurez
accès à internet (pages uniquement publiques sans mot de passe et accessibles par tous). Cela ne vous empêche en aucun cas
de vous renseigner où il est possible de trouver ces expériences dans les livres et de porter un regard critique sur celles-ci. Ce
fascicule est une base de travail mais les manipulations que vous allez présenter le jour J doivent être personnelles, abouties et
réfléchies.
Ce fascicule est une sélection de manipulations non exhaustive qui peut aussi contenir quelques erreurs. Si vous avez des
requêtes, ajouts ou correction de ce fascicule, vous pouvez contacter le responsable des TP, jeremy.ferrand[at]ens-lyon.fr (merci
pour les futures promotions d’agrégatifs qui bénéficieront de ces ajouts). Enfin, je tiens à remercier Charles-Edouard Lecomte,
Vincent De Zotti et Valentin Raban pour la rédaction de ce fascicule.
Bon travail à tous,
Jérémy Ferrand, responsable des TP de la préparation à l’agrégation de Physique
1

Table des matières
1. Acquisition et traitement de base d’un signal en électronique ........................................ 3
1. L’oscilloscope et le générateur de fonctions ............................................... 3
2. La carte d’acquisition SYSAM et le logiciel Latis-Pro ......................................... 6
3. Application à l’étude du filtre passe-bas RC ............................................... 9
4. Application à l’étude du filtre passe-bande RLC (en seconde lecture) ............................. 11
5. L’analyseur de spectre (en seconde lecture) ............................................... 12
2. Autour de l’électronique numérique .......................................................... 14
1. Généralités sur la chaîne d’acquisition .................................................. 14
2. Introduction à l’électronique numérique ................................................ 14
3. Conversion analogique-numérique (en seconde lecture) ..................................... 17
4. Échantillonnage .................................................................. 19
5. Stratégie d’acquisition ............................................................. 20
6. Filtrage numérique (en seconde lecture) ................................................. 22
3. Amplificateur opérationnel et transistor bipolaire ................................................ 23
1. L’amplificateur opérationnel ......................................................... 23
2. Le transistor bipolaire .............................................................. 30
4. Amplification de signaux .................................................................. 35
1. Amplification de signaux............................................................ 35
2. L’amplificateur émetteur-commun..................................................... 36
3. Le montage push-pull.............................................................. 42
5. Oscillateurs quasi-sinusoïdaux.............................................................. 44
1. Oscillations et systèmes bouclés....................................................... 44
2. Oscillateur de Wien ............................................................... 45
3. Oscillateur à quartz ............................................................... 47
4. Oscillateur à résistance négative....................................................... 49
6. Oscillateurs à relaxation et non-linéarité en électronique ........................................... 51
1. Oscillateurs à relaxation ............................................................ 51
2. Oscillateur de Van der Pol ........................................................... 53
3. Oscillateur anharmonique double-puit.................................................. 56
7. Asservissement et couplage ................................................................ 59
1. Asservissement en position d’un moteur à courant continu ................................... 59
2. Couplage d’oscillateurs ............................................................. 63
8. Télécommunications .................................................................... 68
1. Le câble coaxial comme ligne de transmission ............................................. 68
2. Introduction à la modulation......................................................... 69
3. Modulation d’amplitude ............................................................ 70
4. Démodulation d’amplitude .......................................................... 71
5. Modulation de fréquence ........................................................... 72
6. Démodulation de fréquence - Boucle à verrouillage de phase (PLL) .............................. 73
A. Amplification de signaux : considérations théoriques .............................................. 75
1. Généralités sur le transistor .......................................................... 75
2. Premier montage : émetteur à la masse et résistance de base................................... 76
3. Second montage : résistance d’émetteur découplée et pont de base .............................. 82
4. Le montage push-pull.............................................................. 85
2

TP 1
Acquisition et traitement de base d’un signal en électronique
Bibliographie
b[Duffait],Expériences d’électronique
b[Krob],Électronique expérimentale
b[BUP 822(1)], Arbouet, Réalisation d’un analyseur de spectre
1 L’oscilloscope et le générateur de fonctions
Les paramètres seront détaillés pour l’oscilloscope numérique Keysight DSOX3014A et le générateur de fonctions Agilent
33220A (appelé GBF dans la suite, pour générateur basses fréquences), mais ils sont analogues sur les autres oscilloscopes nu-
mériques et générateurs de fonctions.
Avant de commencer, il est conseillé de réinitialiser les paramètres de base de l’oscilloscope en appuyant sur le bouton
, ainsi que ceux du GBF en appuyant sur , puis sélectionner . Paramétrer en-
suite le GBF en mode High Z (bouton , puis , et sélectionner ).
1.1 Observation d’un signal sur l’oscilloscope
b[Krob]p.10-14
Mesures à l’oscilloscope :
L’utilisation du bouton peut se révéler pratique pour observer rapidement un signal, mais n’est pas toujours
efficace, et il est alors indispensable de savoir synchroniser l’oscilloscope.
Synchronisation du temps : Pour observer de manière stable un signal périodique, il faut que le balayage en temps de l’oscil-
loscope soit synchronisé sur le signal pour démarrer toujours au même moment. Pour cela, il faut choisir l’amplitude que doit
dépasser le signal pour commencer le balayage avec la molette . Avec le bouton , il faut ensuite choisir la source
(voie d’entrée) et le type de déclenchement (front montant ou descendant). Enfin, le bouton permet 2 modes
d’observation :
— Le mode Auto (utilisé le plus souvent), pour lequel le balayage est automatiquement déclenché. Si le niveau de déclenche-
ment est supérieur à la tension appliquée, le signal défile sur l’écran sans synchronisation.
— Le mode Normal, pour lequel le balayage ne se déclenche que si la tension appliquée est supérieure au Trigger. Si ça n’est
pas le cas, l’oscilloscope reste en attente. Ce mode est particulièrement utile pour visualiser des régimes transitoires, car
en appuyant sur le bouton de l’oscilloscope, il gardera affiché sur l’écran le signal qui a suivi le déclenchement
(appuyer ensuite sur le bouton pour le relancer).
R≈ΩC≈µU
U/2
3

UR
C
voie 1
FIGURE 1.1 – Charge et décharge d’un circuit RC.
Couplage d’entrée : Il existe 2 modes de couplages pour visualiser un signal envoyé sur l’oscilloscope :
— le couplage CC (ou DC), qui permet d’observer la totalité du signal sur l’écran (composante continue et alternative).
— le couplage CA (ou AC), qui permet d’éliminer la composante continue d’un signal (grâce à un condensateur), pour n’ob-
server que sa composante alternative. La fréquence de coupure étant d’environ 10 Hz, ce mode peut altérer la forme des
signaux de basses fréquences.
Dans la pratique, la quasi-totalité des signaux observés doit se faire en couplage CC, le passage en CA ne présente que peu
d’intérêt et doit toujours se faire dans un second temps.
1.2 Tracé de caractéristique et problème de masse
b[Krob]p.29-31
Pour tracer la caractéristique intensité-tension d’un dipôle D sur l’oscilloscope, il faut lui appliquer une tension basse fré-
quence, puis visualiser la tension à ses bornes (voie 1) en fonction du courant qui le parcourt (voie 2) grâce au mode XY (bouton
, puis ). Le courant est obtenu en mesurant la tension aux bornes d’une résistance placée en série avec D (figure 1.2,
circuit de gauche).
GBF Dvoie 1
R
i
voie 2
GBF
R
i
voie 2
Dvoie 1
FIGURE 1.2 – Tracé de caractéristique d’un dipôle D : avec un GBF à masse flottante (à gauche), en isolant la masse du GBF (à
droite).
Les tensions mesurées par un oscilloscope sont toujours mesurées par rapport au potentiel d’une référence (la masse), qui
doit être commune entre les différentes voies de l’oscilloscope et avec les autres appareils du circuit (GBF, AO...). Ce qui a plu-
sieurs conséquences pour notre montage :
— La masse de l’oscilloscope, qui est reliée à la terre, doit donc être placée entre R et D, comme indiqué sur la figure 1.2. Il
faudra donc inverser la tension mesurée par la voie 2 (bouton , puis ).
— La masse du GBF doit être isolée de la terre.
La plupart des générateurs, comme le Agilent 33220A, sont à « masse flottante » (ils sont isolés de la terre). C’est donc la
solution à privilégier pour tracer une caractéristique.
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