Electronique PHY122

Sommaire PY122 © 2021-2022
ELECTRONIQUE
ÉLECTRONIQUE
iPar :Dr Kemgang Kana Lucas Z.

Table des matières
Electronique i
Sommaire i
Introduction générale 1
1 Les fondements de l’électronique : Les SC et ses applications 2
1.1 Courant électrique : mouvement des électrons dans un conducteur . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Calcul du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Lessemi-conducteurs..................................... 4
1.2.1 Definition....................................... 4
1.2.2 Exemple du silicium ................................ 5
1.2.3 Les différents types de semi-conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.4 Les concentrations de porteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Phénomènes de transport et courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.1 Influence de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2 Influence d’un champ électrique : la conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.3 Influence de la concentration : la diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.4 Casgénéral...................................... 15
2 Les composants à semi-conducteurs : Diode au silicium et diode Zener 16
2.1 Introduction.......................................... 16
2.1.1 Définition....................................... 16
2.1.2 Description du phénomène : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.3 Polarisation de la jonction P-N : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.4 Caractéristiques d’une diode : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Modèle électrique équivalent de la diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 Modèlesstatiques................................... 19
2.2.2 Larésistancestatique:................................ 19
2.2.3 Résistance dynamique et modèle dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 ModèledeladiodeZener................................... 21
2.4 Applicationsdesdiodes.................................... 21
2.4.1 Redressement..................................... 21
2.4.2 Application de la diode Zener ........................... 25
ii

Sommaire PY122 © 2021-2022
3 Montage à Amplificateur Opérationnel 27
3.1 Introduction.......................................... 27
3.2 Électronique non linéaire avec AO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.1 Comparateursimple ................................. 27
3.2.2 Comparateur à hystérésis ou bistable ou trigger de Schmitt . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.3 Comparateurs monostables ou univibrateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.4 Comparateur monostable avec constante de temps . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3 Électronique linéaire a base d’AO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.1 Amplificateur non inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.2 Suiveur de tension ou adaptateur d’impédance en tension . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.3 Amplificateur inverseur .............................. 38
3.3.4 Convertisseurs courant-tension et tension-courant . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.5 Sommateur ...................................... 40
3.3.6 Soustracteur ..................................... 40
3.3.7 Intégrateur ...................................... 41
3.3.8 Dérivateur ...................................... 43
3.4 Amplificateur d’instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.5 Courant de polarisation :Compensation de la tension (courant) d’offset d’entrée . . . . . 45
3.5.1 Tension résiduelle d’entrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.5.2 Courant de polarisation d‘entrée, courant résiduel d‘entrée . . . . . . . . . . . . 46
4 Capteurs et asservissements 48
4.1 Capteurs............................................ 48
4.1.1 Définition....................................... 48
4.1.2 Nature de l’information fournie par un capteur : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1.3 Caractéristiques d’un capteur : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.4 Capteurs logiques (Tout Ou Rien : TOR) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.5 Capteursaveccontact: ............................... 50
4.1.6 Capteurs Photoélectriques à distance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1.7 Capteursnumeriques:................................ 51
4.1.8 Exemple de capteurs de température résistifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Asservissement ...................................... 52
4.2.1 Systèmesrégulés ................................... 52
4.2.2 Schéma synoptique d’un système linéaire avec rétroaction positive . . . . . . . . . 52
5 Chaines de mesures 54
5.1 Introduction: ......................................... 54
5.2 Mise en forme par comparateur à un seuil : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
iii Par :Dr Kemgang Kana Lucas Z.

électronique PY122 © 2021-2022
Objectif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure de : 1- Maîtriser les notions de bases de l’électronique analogique (amplification, filtrage actif,
mise en forme des signaux, physique des semi-conducteurs, jonctions PN...), des asservissements
linéaires (systèmes d’ordre 1, 2 et n, boucle ouverte, boucle fermée, correction...) et de l’instru-
mentation (technologies et conditionnement des capteurs).
2- Connaitre les composants essentiels de l’électronique et leurs propriétés (résistances, conden-
sateurs, bobines, diodes, transistors, AOP, transducteurs).
3- Savoir mettre en œuvre ces connaissances pour concevoir, simuler, réaliser et tester des
systèmes électroniques analogiques simples à relativement complexes (automatismes), pouvant
être intégrés dans des processus industriels.
4- Ils sont des prérequis au module Systèmes Électroniques et Informatiques, Mécatronique,
Traitement du Signal et Systèmes Embarqués.
Introduction
L’électronique se définit comme étant la branche de la physique qui gère, contrôle et modi- fie l’énergie électrique dans le but d’acquérir, de traiter et de transmettre une information.
Cette définition nous renvoie à l’utilisation des composants discret ou non linéaire. D’autre part
le comportement général des systèmes physiques est décrit par des équations différentielles non
linéaires. A titre d’exemple, les équations traduisant la simple convection atmosphérique sont non
linéaires… . Et une étude minutieuse du comportement de ces systèmes dynamiques exige une im-
plémentation électronique en exploitant l’équivalence entre les grandeurs mécanique et électrique
et dans ce cas la non linéarité est traduit par des composants ou des circuits non linéaires. Ainsi, le
comportement non linéaire n’est pas seulement l’apanage de l’électronique, il intéresse également
tout les domaines de la science : physique chimie, biologie etc.
Ce cours est structuré comme suit : le chapitre 1, présente une introduction à la physique des
semi-conducteurs et ses applications ; Le chapitre 2 étudie la diode au silicium et la diode Zener,
Le chapitre 3 étudie les montages à Amplificateur Opérationnel, le chapitre 4 est consacré aux
capteurs et asservissement et en fin le chapitre 5 est consacré à la présentation des chaines de
mesures
1Par :Dr Kemgang Kana Lucas Z.

C 1
L   ’ : L
SC   
1.1 Courant électrique : mouvement des électrons dans un
conducteur
Le courant électrique dans un conducteur est assuré par le déplacement des électrons. L’électron
existe dans un conducteur sous 3 états :
1) l’électron à l’état lié : il est localisé autour du noyau c’est à dire dans la bande de valence
2) l’électron à l’état libre : localisé dans la bande de conduction, il est susceptible de se déplacer
sous l’action d’un champ électrique
3) l’électron dans le vide : c’est un électron qui est sortit ou extrait de la matière ( exemple d’un
électron dans un tube à vide). Sa réponse à l’action d’un champ électrique −→ Eest un mouvement
uniformément accéléré de vitesse :
−→
ve=f(t) = −e
me
−→
E t +−→ vo(1.1.1)
Quand l’électron se déplace dans un solide ou dans un liquide, le mouvement n’est aussi
simple ; en effet, à la température to>0oK,l’énergie cinétique d’origine thermique Ec=3
2KT
correspond à un mouvement désordonné dans toutes les directions ; si le champ électrique est nul,
on peut montrer que la valeur moyenne de la vitesse thermique d’un électron est nulle. ce résul-
tat est intuitivement évident car on sait que le courant traversant un solide est nul si la tension
appliquée à ses bornes est nulle.
Si maintenant on soumet l’électron à un champ électrique ex-
térieur −→ E, le mouvement pris par l’électron peut être représenté
comme suit :
Au mouvement aléatoire d’origine thermique se superpose un
mouvement dit d’entrainement dont l’origine est la présence du
champ électrique −→ E. Les mailles du réseau cristallin étant de très faible dimension, les électrons
en mouvement et soumis à une force constante heurtent sans cesse les ions fines constituant le
motif de ces mailles. ces chocs provoquent un freinage. Les électrons libres acquièrent une vitesse
2