Bioinstrumentation - Institut Montefiore

Universit´ e de Li` ege
Facult´ e des Sciences Appliqu´ ees
D´ epartement d’´ electricit´ e,
Electronique et Informatique
Institut Montefiore
Bioinstrumentation
Notes de laboratoires
Fr´ed´eric Senny
2/03/2006

Table des mati`eres
1Pspice : outil de simulation de circuit ´electronique 3
1.1 G´en´eralit´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Lescomposants .......................... 5
1.2.1 Les ´el´ements passifs RLC . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Les sources ind´ependantes . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Les sources d´ependantes . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Les types d’analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Analyse en r´egime continu - Analyse DC . . . . . . . . 8
1.3.2 Analyse en r´egime ´etabli alternatif - Analyse AC . . . . 8
1.3.3 Analyse Transitoire - Analyse TRAN . . . . . . . . . . 9
1.3.4 Etude param´etrique - Analyse STEP . . . . . . . . . . 9
1.4 Sous-circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 R´esultats et graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6 Le fichier *.cir au final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7 PSPICE A/D Student . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Laboratoire n˚1 14
2.1 Un premier exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 L’ampli op´erationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 Le montage amplificateur non-inverseur . . . . . . . . . . . . . 17
2.4 Le montage amplificateur inverseur . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 R´esultats des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3 Laboratoire n˚2 22
3.1 L’ampli d’instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Le filtre passe-bas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3 Amplification et filtrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 R´esultats des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
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Chapitre 1
Pspice : outil de simulation de
circuit ´electronique
1.1 G´en´eralit´es
Le programme SPICE 1(Simulation Program with Integrated Circuit Em-
phasis) est l’un des logiciels de design et de simulation de circuits ´electroniques.
SPICE existe depuis les ann´ees 70.
L’analyse de petits circuits peut s’effectuer enti`erement ”‘`a la main”’.
Cependant, une modification mineure de tels circuits entraˆıne g´en´eralement
un surcoˆut de d´eveloppement. Que dire de circuits complexes ? On comprend
d`es lors l’int´erˆet d’un outil comme SPICE qui simule le comportement de
circuits. Peut-il ˆetre utilis´e pour remplacer le design ? Non, car le d´eveloppeur
doit avoir un sch´ema ´electrique mˆurement r´efl´echi avant de l’encoder et de
le simuler sous SPICE. SPICE permet de raffiner le design.
SPICE poss`ede des librairies dans lesquelles sont d´efinis des composants,
par l’interm´ediaire de leur mod`ele. Parmi ces composant, citons la r´esistance
(R), la bobine (L), le condensateur (C), la source de tension continue (VDC),
le transistor2BJT ou MOSFET,. . .La section 1.2 est consacr´ee `a la descrip-
tion des composants et leur syntaxe.
SPICE permet d’´etudier le comportement transitoire, fr´equentiel ou en-
core petit-signal (terme r´eserv´e au tranistor) d’un circuit. Les r´esultats de la
1La version PC est PSPICE.
2Le transistor est un composant `a trois broches, contrairement `a une r´esistance qui
n’en poss`edent que deux, et est tr`es utilis´e en ´electronique analogique et num´erique. Le
fonctionnement de ce composant sort du cadre de ce cours, mais il est bon de savoir que
toutes les puces ´electroniques d’une carte m`ere d’un PC sont compos´ees de milliards de
transistors.
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simulation peuvent ˆetre affich´es sous forme de graphiques d’une grandeur3
(ou une fonction d’une ou plusieurs grandeurs) par raport `a une autre. Les
types d’analyse et leur syntaxe sont d´ecrits `a la section 1.2.
Pour simuler un circuit, il doit ˆetre sch´ematis´e
1. soit dans un fichier *.cir directement (il s’agit d’un fichier texte),
2. soit par l’interm´ediaire d’une interface graphique telle que Sch´ematics
qui g´en`ere le fichier *.cir.
Pour aller directement `a l’essentiel et ´eviter la prise en main de l’interface
utilisateur, nous ´editerons directement le fichier *.cir.
Comment est repr´esent´e un circuit ?
Soit le circuit RC de la figure 1.1, chaque noeud du circuit est num´erot´e
par un entier de 0 `a 2. Noter que le 0 est strictement r´eserv´e `a la masse.
Ce circuit est constitu´e d’une source d’impulsions, d’une r´esistance d’ 1kΩ et
d’un condensateur d’ 1nF. La figure 1.1 montre ´egalement le comportement
transitoire du circuit et permet la mesure de la constante de temps τ=R1C1
de ce circuit en fonction de lavaleur de C1.
Fig. 1.1: Circuit RC et simulation transitoire.
Voici le contenu du fichier .cir correspondant :
.tran 0ns 20us
.OP
C_C1 0 2 1n
R_R1 1 2 1k
V_V1 1 0
+PULSE 0 5 0 1n 1n 1e-5 2e-5
.END
3Par grandeur, on entendra une tension ou un courant en un point du circuit.
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Quelques points de syntaxe :
– chaque ligne du fichier *.cir est une commande
Exemple : R R1 1 2 1k d´efinit une r´esistance R R1 d’1 kΩ entre les
noeuds 1 et 2 du circuit.
– une commande peut s’´ecrire sur plusieurs lignes `a l’aide du ’+’
Exemple : R R1 1
+2 1k
– une ligne de commentaire d´ebute par une ’*’
Exemple : * ceci est un commentaire
– toute chaˆıne de caract`ere pr´ec´ed´ee de ’ ;’ sur une ligne est un commen-
taire
Exemple : R R1 1 0 1k ;ceci est un commentaire mais la r´esistance est
d´efinie !
– la description d’un circuit se termine toujours par ’.END’
1.2 Les composants
Nous nous bornerons `a trois types de composants : les ´el´ements passifs
(r´esistances, condensateurs et inductances), les sources ind´ependates et les
sources li´ees.
1.2.1 Les ´el´ements passifs RLC
La syntaxe est la suivante
NOM NOEUD1 NOEUD2 VALEUR [IC=]
La premi`ere lettre du NOM doit d´ebuter par
– R s’il s’agit d’une r´esistance,
– C s’il s’agit d’un condensateur,
– L s’il s’agit d’une inductance,
Il est clair que deux composants (quel qu’il soit !) doit avoir deux NOM
diff´erents.
Les deux noeuds sont des entiers.
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