Electronique De Commutation

Electronique de commutation par A. Oumnad 1
Electronique
De
Commutation
A. Oumnad

Electronique de commutation par A. Oumnad 2
SOMMAIRE
I Composants en commutation .........................................................................................3
I.1 Rappels ........................................................................................................................3
I.1.1 Diviseur de tension ............................................................................................3
I.1.2 Diviseur de courant............................................................................................3
I.2 Cellule RC ....................................................................................................................3
I.2.1 RC Passe bas........................................................................................................3
I.2.2 RC passe haut......................................................................................................4
I.3 Caractéristiques d'un commutateur.....................................................................6
I.4 La diode en commutation.........................................................................................8
I.4.1 Comportement dynamique d’une diode ..........................................................9
I.5 Transistor bipolaire en commutation ................................................................. 10
I.5.1 Temps de commutation ................................................................................... 12
I.5.2 Commande dynamique d'un transistor de commutation .......................... 13
I.5.3 Application : Multivibrateur Astable........................................................... 15
I.6 Transistor MOS à enrichissement ..................................................................... 17
I.6.1 Commutateur analogique (porte analogique) .............................................. 17
I.7 Amplificateur opérationnel................................................................................... 18
I.7.1 Fonctionnement en boucle ouverte, COMPARATEUR.............................. 18
I.7.2 Fonctionnement en comparateur à seuil unique ........................................ 19
I.7.3 Fonctionnement en contre réaction positive ............................................. 19
I.7.4 Application : Multivibrateur astable........................................................... 22
I.8 Le Timer 555 .......................................................................................................... 23
I.8.1 Utilisation en monostable.............................................................................. 23
I.8.2 Fonctionnement en ASTABLE ...................................................................... 25
II ANNEXE : Transistor à effet de champs à jonction........................................ 27
II.1.1 I-5.3 Paramètres dynamiques d'un JFET .............................................. 29
II.1.2 I-5.1 MOS à enrichissement ............................................................... II-33
II.1.3 I-5.2 MOS à déplétion ......................................................................... II-34
III famille de circuits logiques.......................................................................... III-36
Les familles logiques principales .......................................................................... III-36
Model fonctionnel d'une porte logique ............................................................... III-36
IV TRAVAUX DIRIGES ..........................................................................................IV-39

Electronique de commutation par A. Oumnad 3
I COMPOSANTS EN COMMUTATION
I.1 Rappels
I.1.1 Diviseur de tension
V1
V =
V3
R3
R1 ++
R2
V2
++
R1
1
R2
1
R3
1
V1
V = R1+R2
R2 V1 V = R1+R2
R2 V1 + R1+R2
R1 V2
R1
R2
V
V2
V1
R1
R2
V
V2
V1
R1
R2
V
V3
R3
I
.1.2 Diviseur de courant
21
21
21
1
2
21
12
21
2
1
RR VV
I
RRR
I
RR VV
I
RRR
I
+
−
+
+
=
+
−
+
+
=
I
RRR
I
I
RRR
I
21
1
2
21
2
1
+
=
+
=
I
I2
I1
R2
R
1
V1 V2
I
I2
I1
R2
R1
I.2 Cellule RC
I.2.1 RC Passe bas
I.2.1.1 Réponse à un échelon
L'équation de toute charge ou décharge d'une
capacité peut s'écrire sous la forme suivante.
()
τ
t
eVV −
∞−0
VtV ∞−=)(
Dans notre cas V∞=E, Vo=0, τ=RC : Constante
de temps.
Vs(t)=E(1-e-t/τ)
τ est le temps que met le signal Vs pour
atteindre 63% de sa valeur finale,
t=0
Vs
t
E
t=0
Ve
t
E
Vs
Ve R
C
Fig. I-1 : Réponse à un échelon d'une cellule RC
passe bas
en effet : Vs(τ)=E(1-e-τ/τ)=E(1-1/e)=0,63E
Ne pas confondre avec le temps de montée Tr
( Rising Time) qui correspond au temps que met
le signal pour passer 0,1E à 0,9E.

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on retiendra la règle suivante :
Plus RC= τ faible ⇒ Plus la réponse est rapide
I.2.1.2 Réponse à un rectangle
• t ∈ [to,t1[ ⇒ Charge de la capacité
to
Vs
E
to
Ve
t
E
t1
t
t1
Vo
T
Fig. I-2 : Réponse à un rectangle d'une
cellule RC passe bas
Vs(t)=E(1-e-t/τ) (to origine du temps)
• t > t1 ⇒ Décharge de la capacité Vs = Vo e-t/τ
(t1 Origine du temps ) Vo = E(1 - e-T/τ )
On retiendra que :
plus τ = RC est faible ⇒ plus le signal de
sortie ressemble au signal d'entrée
I.2.2 RC passe haut
Vs
t
E
Ve
t
E
Vc
R
C
to
to
Ve Vs
Vc
Fig. I-3 : Réponse à un échelon d'une cellule RC
passe haut
I.2.2.1 réponse à un échelon
On entendra souvent : La capacité transmet
les fronts de tension
, qu'est ce que cela
voudrait il dire? Pour le savoir, on va faire
l'analyse de ce qui se passe après l'instant to
sachant les choses suivantes :
• Ve = Vc + Vs
• Au repos (t < to), aucun courant ne circule
dans le circuit RC.
• Une capacité ne peut pas se charger
instantanément.
On peut donc affirmer les résultats suivants :
• à t = to - ε Ve=0, VR = Vs = 0 ⇒ Vc = 0,
(capacité déchargée).
• à t = to + ε Ve = E, Vc = 0, ⇒ Vs = Vc - Ve =
E

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Donc on voit bien que le front de tension apparu à l'entrée du montage se
retrouve à la sortie. Il est évident que les choses ne restent pas ainsi, ( On a dit
que la capacité ne se chargeait pas instantanément, mais on n'a pas dit qu'elle
ne se chargera jamais) Donc la capacité se charge avec la constante de temps
RC.
Vc(t) = E(1 - e-t/τ )
Vs(t) = E - Vc(t) = Ee-t/τ
On peut essayer d'aborder le phénomène de transmission de fronts de tension
sur un aspect différent, en effet, l'Impédance (module) d'une capacité est :
Zc CC ==
11
2f
ω
π
Donc cette impédance est quasiment nulle pour les hautes fréquences, or
justement un front de tension équivaut à une fréquence très élevée (V
ariation
très rapide ) La capacité se comportera donc comme un court-circuit ( bout de fil
en cuivre ) pour les fronts de tension qui lui sont appliqués. C'est l'approche qui
consiste à faire l'étude de la réponse harmonique d'un filtre passe haut. le front
de tension correspond à un harmonique très élevé donc bien supérieur à la
fréquence de coupure du filtre, il est donc transmis avec un gain = 1.
I.2.2.2 Réponse à un rectangle
to
Vs
t
E
to
Ve
t
E
t1
V1
V2
Vs Vc
V3
T
Fig. I-4 : Réponse à un rectangle d'une cellule RC passe
haut
• t ∈ [ to , t1[ ⇒ La capacité
transmet le front puis se charge vers
E avec la constante de temps RC.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−= −
τ
t
Ce1EV , VV
V
Sec
=−=Ee
t
−τ
• t = t1 ⇒ De nouveaux la capacité
transmet le font (descendant cette
fois) vers la sortie qui passe de V1 = à
V3 . Vc = V2 et
τ
T
1Ee−
=V.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−=−= −1eEEVV T
13
τ
, ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−= −
τ
T
2e1EV
• t > t1 ⇒ Décharge de la capacité vers
zéro.
τ
t
2C VV −
= ,
ττ
t
T
SCSSCe e1eEVVV0VVV −− ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−=⇒−=⇒=+=
On peut conclure que :
τ grand ⇒ La sortie est quasi rectangulaire .