AIDE MEMOIRE TRAVAUX DE REALISATION (TR) DEPARTEMENT G.E.I.I. I.U.T. de VILLETANEUSE 1ère Année Année scolaire 99/00 DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. I- LA DIODE : I-1- GENERALITE : La diode(jonction PN) est un semiconducteur bipolaire unidirectionnel, c’est à dire que le courant ne peut passer que dans un sens. Des deux bornes la jonction N est nommée la cathode, la jonction P est nommée l’anode. Représentation de la diode : A(anode) K (cathode) I Vak Détermination de la tension de seuil : La tension de seuil est la tension à partir de laquelle la diode devient passante. Cette tension est lié proportionnellement à la température de la jonction, c’est pourquoi on l’utilise parfois comme capteur de température. dV o dT 2mV La température T est en Kelvin. I-2- FONCTIONNEMENT : Si la tension Vak est positive la diode devient passante et le courant I existe (dans ce cas Vo vaut environ 0,6 volt), équivalent à un interrupteur fermé. Si cette tension est négative la diode est bloquée le courant ne franchi pas la barrière de potentiel dont I=0 et la tension Vak vaut la tension d’alimentation (au signe près), équivalent à un interrupteur ouvert I-3- LES PARAMETRES DES DIODES : Les diodes sont choisies en fonction de critères courant/tension. If : Courant direct continu Ifrm : Courant direct de pointe répétitif Ifsm : Courant de pointe non répétitif de surcharge accidentelle Io : Courant direct moyen Ir : Courant inverse trr : Temps de recouvrement inverse Vf : Tension directe continue Vfm : Tension de crête maximum Vra : Tension d’avalanche Vrrm : Tension inverse de pointe répétitive Vrsm : Tension inverse de pointe non répétitive I-3- UTILISATIONS : Les diodes, de signal, sont utilisées pour écrêter des tensions dans les montages electroniques, protéger les transistors des effets selfiques (diode de roue libre), capter la température, réaliser des fonctions logiques cablées et associées à d’autres composants pour obtenir des signaux analogiques (ln ou exp). DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. I-4- CARACTERISTIQUE I=f(U) : I Dans cette zone (blocage) le courant est très faible qqes pico A Vo U II- LA DIODE ZENER : II-1- GENERALITE : La diode Zéner, est une diode qui possède les mêmes caractéristiques que la diode normale, mais en inverse à partir d'une tension d'avalanche appelée tension de Zéner, celle ci devient passante II-2- UTILISATIONS : Elle est utilisée comme tension de référence pour alimentation stabilisé, ou comme diode de désaturation des circuits magnétiques des transformateurs d’impulsion II-3- CARACTERISTIQUES U=f(I) : I Vzener Vo U III- LE TRANSISTOR : III-1- GENERALITES : Il existe deux types de transistor bipolaire, le NPN et le PNP. Ils possèdent 3 bornes : La base (B), le collecteur (C) et l'émetteur (E). Cette dernière est associée à une flèche qui indique le sens du courant. Le transistor à deux domaines d’utilisation. On peut l’utiliser comme interrupteur statique, essentiellement dans l’électronique lié au pilotage des convertisseurs de puissance, on parle alors de commutation. On utilise aussi le transistor comme amplificateur de courant, on parle alors d’amplification ( de classe A, AB,...) DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. Représentation du transistor : C B E Ie Ic Ib B Ie Ib E Type NPN C Ic Type PNP Rem : La lettre au centre de l’identification, P pour le NPN et N pour le PNP représente la nature de la base. La Lettre P indique qu’il faut un potentiel POSITIF sur la base pour piloter le transistor NPN, la lettre N indique qu’il faut un potentiel négatif (ou nul) pour piloter le transistor PNP. Le transistor est parcouru par 3 courants Ic, Ib, Ie qui régissent son fonctionnement. On a : Ie = Ic + Ib Il existe d'autre part une relation de proportionnalité entre le courant de base et le courant de collecteur. Cette relation porte le nom de GAIN noté : G, Hfe, ou et s'écrit : = Ic/Ib III-2- MODE DE FONCTIONNEMENT : Des deux modes de fonctionnement, amplification et commutation, on ne retiendra que le second (commutation). Dans ce cas le transistor fonctionne comme un interrupteur électronique, il ne prend que deux états stables, bloqué ou passant. Le courant Ic est alors fixé par la charge III-3- RELATION ENTRE LES TENSIONS : Il existe deux tensions utiles Vce et Vbe pour le transistor NPN. Transistor bloqué : Vce vaut la tension d'alimentation, et Vbe vaut 0 volt Transistor saturé : Vce est quasi nulle et Vbe vaut généralement 0,7 volts (fixées par le constructeur) Il existe deux tensions utiles Vec et Veb pour le transistor PNP. Transistor bloqué : Veb vaut la tension d'alimentation, et Veb vaut 0 volt Transistor saturé : Vec est quasi nulle et Veb vaut généralement 0,7 volts (fixées par le constructeur) C Veb B E B Vce Vbe NPN Vec E C PNP III-4- EXPRESSION DES COURANTS (Hors pont de polarisation) : DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. Le courant traversant la charge s'écrit : Ic = (Vcc - Vcesat )/Rc Le courant traversant la base s'écrit : Ib = (Vcc-Vbe)/Rb III-5- CALCUL de Rbase : Rb = (Vcc-Vbe) sat/Ic en travaux de réalisation on prendra : sat = /2 Rem :La valeur de la résistance de base normalisée doit être toujours inférieure à la valeur calculée pour être sûr de saturer le transistor. A l'inverse une résistance de protection doit être supérieure à la valeur calculée pour être certain de son efficacité III-6- REALITE PRATIQUE : Le transistor possède par fabrication une capacité Cf entre la base et l’émetteur. Lors d’un fonctionnement à fréquence élevée cette capacité empêche le transistor de retrouver son état repos rapidement. On prévoit donc une résistance dite de « déstockage » qui permet la décharge rapide de la capacité Cf. (On imposera le courant dans cette résistance à 1/10 du courant de saturation) IV- L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL : IV-1- GENERALITES : C’est un composant monolithique qui est utilisé comme amplificateur de tension. Il présente un gain infini en continu (300000) et cette valeur diminue si on l’utilise en haute fréquence (30 à qques 100 kHz). Symbole : i+ -i Vd Hypothèse de fonctionnement : + - On admet que i+=i-=0 A et Vd=0V Brochage : NC VV+ -i i+ + NC +Vcc NC IV-2- MODE DE FONCTIONNEMENT : L’amplificateur opérationnel à deux modes de fonctionnement : Le mode linéaire : La sortie est raccordée à l’entrée inverseuse de l’AOP le gain max est limité par les tensions d’alimentation. L’AOP est en boucle fermée. Le mode non linéaire : La sortie n’est pas raccordée à l’une des entrées, il fonctionnement en boucle Ouverte. C’est le comparateur DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. La sortie est raccordée à l’entrée non inverseuse dans ce cas c’est un Trigger de schmitt (ou comparateur double seuil). Il peut être inverseur ou non IV-3- LES DIFFERENTS MONTAGES : IV-3-1-INVERSEUR DE TENSION : R2 R1 Ve R3 + Vs Vs=(-R2/R1)Ve Gnd IV-3-2- NON INVERSEUR DE TENSION : R2 R1 - R3 + Vs Ve Vs=(1+R2/R1)Ve Gnd IV-3-3- SOMMATEUR INVERSEUR DE TENSION : R2 R1 - R3 + Ve1 Vs R4 Ve2 R 2 R2 Vs Ve1 Ve2 R3 R1 Gnd IV-3-4- SOUSTRACTEUR DE TENSION : R2 R1 - R3 Ve1 Ve2 + Vs R4 R4 R2 R 2 Ve2 Vs 1 Ve1 R1 R 4 R3 R1 Gnd IV-3-5- COMPARATEUR DE TENSION : Ve1 DEL FRANCO Giovanni + Ve2 gnd Vs On donne à la sortie Vs la tension Vcc associée du signe de la différence V(+)-V(-) V(+)-V(-) <0 alors Vs=-Vcc V(+)-V(-) >0 alors Vs=+Vcc I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. IV-3-6- TRIGGER DE SCHMITT : + Ve R1 R2 Les deux seuils de comparaison sont liés à +Vcc et –Vcc (donc Vs) Vs V+=+/-VccR1/(R1+R2) Gnd REM :On peut décaler la fenêtre en insérant un générateur en série avec R1 IV-3-7- INTEGRATEUR INVERSEUR : C R1 + R2 Ve Vs Vs 1 Vedt R1C Gnd IV-3-8- DERIVATEUR INVERSEUR : R1 C Ve R2 + Gnd Vs Vs R 1C dV e dt IV-3-9- CONVERTISSEUR COURANT/TENSION : R I - Vs=-RI + Vs Gnd IV-3-10- REMARQUES : Les AOPs peuvent être alimentés de deux facons : Alimentation symétrique : Avec (+Vcc)-(Vcc-)= 30Vmax Et Vcc Vcc Alimentation asymétrique : Avec (+Vcc)-(-Vcc)= 30Vmax Et Vcc Vcc DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. V-LE NE555 : V-1- GENERALITES : Le NE555 est un circuit monolithique composé de 2 amplificateurs opérationnels montés en comparateurs de tension, de 3 résistances identiques qui fixent les potentiels de référence, d’une bascule RS, d’une porte inverseuse du type NAND, et d’un transistor bipolaire. Il essentiellement utilisé dans les applications astables. Cependant il peut être monté en monostable. Brochage : V-2- LES DIFFERENTS MONTAGES : V-2-1- ASTABLE A FREQUENCE ET RAPPORT CYCLIQUE FIXE : 12v R1 4 7 8 6 1 2 R2 C Gnd 3 Ce montage impose les temps de charge et de décharge. Il impose donc le rapport cyclique et la fréquence : Tc=(R1+R3)Cln2 Td=R3Cln2 T=Tc+Td=(R1+92R3)Cln2 Remarque : Pour obtenirTc=Td il suffit de placer en // sur R 3 une diode(la cathode sur le condensateur). Tc s’écrit alors : Tc=R1Cln2 T=tc+Td=(R1+R3)Cln2 et de pose R1=R3 (attention la diode est ici considérée parfaite, sinon il faut rajouter une diode identique dans la branche de décharge) V-2-2- ASTABLE A FREQUENCE FIXE ET RAPPORT CYCLIQUE VARIABLE : 12v Ce montage permet de faire varier le rapport cyclique sans modifier la période. Les diodes ont un rôle d'aiguillage. Tc = (R1+aP+R3)Cln2 Td = (R3+(1-aP))Cln2 T = Tc+Td = (R1+2R3+P)Cln2 On remarque que la période quel que soit la position de a (curseur de P) ne bouge pas R1 D1 D2 R3 P 74 8 62 C 3 1 Gnd Exemple V3 2Vcc/3 Vc Vcc/3 DEL FRANCO Giovanni T I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I. DEL FRANCO Giovanni I.U.T de Villetaneuse Département G.E.I.I.