STI, STL, MPI , SPICE simulation en électronique

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SIMULATION EN ELECTRONIQUE
PLAN:
OBJECTIF - PUBLIC - MATERIEL - LOGICIEL - METHODE - AVANTAGES - DIFFICULTES - AUTEUR
DU DOCUMENT
INTRODUCTION
MANIPULATION 1 : Prise en main
A) Montage inverseur à amplificateur opérationnel
B) Générateur de fonctions
C) Oscilloscope
D) Simulation et résultats
MANIPULATION 2 : Première approche du filtrage
A) filtre RC
B) Traceur de Bode
MANIPULATION 3 : Amplificateur opérationnel réel
A) Montage non-inverseur
B) Traceur de Bode et fréquence de coupure
MANIPULATION 4 : Etude d'un filtre passe bande (Sallen et
Key)
A) Montage théorique
B) Montage réalisé avec le logiciel
C) Courbes de gain
CONCLUSION
OBJECTIF :
Utilisation d'un logiciel de simulation en électronique.
PUBLIC :
Lycées (STI, STL, option IESP), BTS, CPGE.

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MATERIEL :
Ordinateur PC, coprocesseur mathématique recommandé, souris, au moins 4 Mo de RAM.
Windows 3.1 ou plus.
LOGICIEL:
Electronics Workbench - Version 4.1 pour Windows distribué par Langage et Informatique
(Intelys)

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METHODE :
Utiliser un logiciel de simulation au laboratoire d'électricité pour la recherche des valeurs
numériques les mieux adaptées, la reproduction d'expériences répétitives, l'aide à la conception
de montages ...
AVANTAGES :
La simulation permet d'intervenir de manière efficace au cours de l'élaboration d'un montage, par
exemple en recherchant les valeurs optimales des composants.
Les outils disponibles permettent un apprentissage raisonné de l'utilisation d'appareils courants
comme l'oscilloscope et le générateur de fonctions.
La présence du traceur de Bode, très utile pour l'étude du filtrage, n'a pas d'équivalent pratique
simple; il facilite l'étude des fonctions de transfert sans répéter inutilement des expériences
semblables.
En logique, combinatoire ou séquentielle, l'étude expérimentale devient très vite fastidieuse et peu
formatrice, la simulation apporte ici un gain de temps appréciable.
Le logiciel permet dans cette nouvelle version la combinaison de composants analogiques et
numériques. La bibliothèque de composants est très complète avec un bonne description des
modèles utilisés.
L'utilisation de l'environnement Windows améliore considérablement sa convivialité.
DIFFICULTES:
Le choix et la manipulation des modèles ne sont pas toujours simples. Une bonne maîtrise du
logiciel est nécessaire avant de l'utiliser en classe.
Une machine assez performante est souhaitable dans le cas de schémas complexes avec de
nombreux composants et des connexions multiples.
AUTEUR DU DOCUMENT :
André Méraud Lycée d’Arsonval 65 rue du Pont de Créteil 94107 Saint-Maur Cedex
INTRODUCTION
Le logiciel utilise les modèles "SPICE" employés couramment dans l'industrie pour les composants
analogiques non-linéaires. Les composants électroniques utilisés sont idéalisés, les valeurs simulées
seront donc toujours identiques alors que dans la réalité deux composants de même référence ne le
sont pas exactement.
Il est possible d'utiliser les nombreux modèles proposés ou d'en fabriquer de nouveaux en modifiant
les valeurs numériques des différents paramètres.
On trouvera les caractéristiques de chaque modèle et des informations sur le moteur de simulation
dans le manuel de référence livré avec le logiciel.
Les quelques exemples proposés ci-dessous ne traitent que de montages analogiques.
MANIPULATION 1 : Prise en main
A) Montage inverseur à amplificateur opérationnel

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"Schéma de montage réalisé avec Workbench"
Choisir une résistance dans la boîte de composants "Passif" en la faisant glisser avec la souris
dans le plan de travail puis fixer sa valeur (double clic)
Réaliser la même opération pour la seconde résistance.
Choisir un amplificateur opérationnel (idéal) dans la boîte de composants "Actif". Modifier
éventuellement le symbole et/ou le sens avec la commande "Edition - Faire pivoter"
Placer les masses (boîte de composants "Passif"). Il s'agit du même point, toutes les bornes
reliées à une masse sont donc reliées entre elles
Positionner les connecteurs afin de réaliser les noeuds du circuit. Chaque connecteur comporte 4
bornes, une par côté, et permet donc 4 connexions (boîte de composants "Passif").
Faire glisser le générateur de fonctions et l'oscilloscope dans le plan de travail (un double clic sur
chaque appareil permet d'en avoir une vue élargie).
Relier les différents éléments du circuit.
N.B. L'utilisation de la grille facilite l'alignement des composants
B) Générateur de fonctions
Connecter le générateur de fonctions et fixer les paramètres :
signal sinusoïdal de fréquence f = 100 Hz;
symétrie (duty) 50%;
amplitude 1 V; décalage (offset) 0 V.
C) Oscilloscope
Connecter l'oscilloscope en choisissant des fils de couleurs différentes pour les deux voies.
Effectuer le réglage de l'oscilloscope (base de temps, calibre).
D) Simulation et résultats
Lancer le calcul avec l'interrupteur et observer l'allure des tensions sur l'écran de l'oscilloscope (la
fonction "Zoom" de l'oscilloscope permet d'agrandir l'image et d'effectuer des mesures précises).
Modifier le niveau de la tension d'entrée (ou le rapport des résistances) afin d'observer les limites
du fonctionnement linéaire.
Placer l'oscilloscope en mode XY (B/A) pour obtenir la caractéristique de transfert.

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N.B. La valeur des tensions de saturation dépend du choix du modèle utilisé. Pour connaître les
paramètres de ce modèle, il suffit de sélectionner l'amplificateur puis de choisir "Editer".
MANIPULATION 2 : Première approche du filtrage
A) filtre RC
Modifier les réglages du générateur :
niveau 100 mV;
composante continue 1 V.
Ajouter un condensateur aux bornes de la résistance de contre-réaction (C = 1 µF).
Lancer la simulation et observer le signal de sortie sur l'écran de l'oscilloscope.
Mesurer la valeur moyenne du signal de sortie et l'amplitude de sa composante alternative.
N.B. Observer l'incidence des boutons AC/DC de l'oscilloscope sur l'aspect des courbes observées sur
l'écran.
B) Traceur de Bode
Connecter le traceur de Bode à la place de l'oscilloscope (attention
au sens des connexions)
Configurer le traceur (fréquence et gain) et lancer la simulation
N.B. valeur finale (F); valeur initiale (I).
Rechercher, sur la courbe de gain, la fréquence pour laquelle l'amplitude du signal de sortie est
réduite de moitié.