Titre: Electronique analogique Des composants vers les systèmes
Auteurs: Prof. Freddy Mudry
Ecole/Université: Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud Département Technologies Industrielles
Résumé: Un amplificateur est un ensemble électronique actif constitué de composants pouvant ampli fier des courants ou tensions, tels que des transistors par exemple. Pour que l’amplificateur puisse fonctionner, il est nécessaire de l’alimenter avec une tension continue ; mais, dans les schémas de principe ou d’analyse, l’alimentation n’est jamais mentionnée. Les seules connexions indiquées sont les deux bornes d’entrée auxquelles on relie la source et les deux bornes de sortie entre lesquelles on branche la charge. Les amplificateurs sont utilisés pratiquement partout ; ils servent à amplifier, filtrer, détecter, transformer des signaux, etc…
Extrait du sommaire:
I. EAN 1 : les bases de l’électronique 1
1. Circuits linéaires et amplificateurs 3
1.1. Rappel des éléments de base 3
1.1.1. Générateurs de tension et de courant 3
1.1.2. Théorèmes de Thévenin et de Norton 4
1.1.3. Adaptation d’impédance 4
1.1.4. Diviseurs de tension et de courant 5
1.1.5. Théorème de superposition 5
1.1.6. Exemple 5
1.2. Amplificateurs linéaires 6
1.2.1. Généralités 6
1.2.2. Amplificateurs unilatéraux 7
1.2.3. Amplificateurs bilatéraux 7
1.2.4. Exemple 8
1.3. Modèles unilatéraux pour les amplificateurs 9
1.3.1. Amplificateurs de tension 10
1.3.2. Amplificateurs de courant 10
1.3.3. Amplificateurs à transconductance 11
1.3.4. Amplificateurs à transrésistance 11
1.3.5. Relations entre les quatre représentations 12
1.3.6. Amplificateurs en cascade 12
1.4. Amplificateurs différentiels 13
1.5. Modélisation des quadripôles linéaires 16
1.5.1. Généralités 16
1.5.2. Paramètres impédances et admittances 17
1.5.3. Paramètres hybrides 19
1.5.4. Paramètres de transmission 19
1.6. Réponses indicielles et fréquentielles des circuits d’ordre 1 22
1.6.1. Réponses indicielles 22
1.6.2. Réponses fréquentielles 22
1.7. Analyse de quelques circuits 24
1.7.1. Réponses indicielles 25
1.7.2. Réponses fréquentielles 27
1.8. Exercices 29
2. Circuits à diodes 37
2.1. Description d’une jonction semi-conductrice 37
2.2. Caractéristique d’une diode 38
2.3. Modèles linéaires d’une diode 40
2.3.1. Exemple de calcul d’un circuit 41
2.3.2. Caractéristique d’une diode Zener 42
2.4. Conformateurs à diodes 43
2.5. Circuits redresseurs 44
2.6. Redresseur avec condensateur de filtrage 45
2.6.1. Hypothèse 46
2.6.2. Tensions continue et résiduelle 46
2.7. Redresseur avec condensateur et diode Zener 47
2.8. Fonctions non linéaires 51
2.9. Exercices 55
3. Circuits à transistors bipolaires 59
3.1. Introduction 59
3.2. Équations et caractéristiques d’un transistor 60
3.3. Modèle linéaire 62
3.3.1. Domaines de fonctionnement du transistor 62
3.4. Circuit général 63
3.4.1. Courant de collecteur 64
3.4.2. Tension de collecteur 64
3.4.3. Tension d’émetteur 65
3.4.4. État de saturation 66
3.4.5. Puissance dissipée par un transistor 66
3.4.6. Exemple 67
3.5. Polarisation 69
3.5.1. Convention d’écriture 69
3.5.2. Modèle grands signaux 70
3.6. Amplification 70
3.6.1. Modèle petits signaux71
3.6.2. Calcul des paramètres petits signaux72
3.7. Amplificateur de tension 73
3.7.1. Point de fonctionnement 74
3.7.2. Amplification 75
3.7.3. Exemple 77
3.8. Sources de courant 82
3.8.1. Domaine de fonctionnement 82
3.8.2. Résistance de sortie 83
3.8.3. Miroir de courant 84
3.9. Amplificateur à collecteur commun 85
3.9.1. Paramètres de l’amplificateur CC 85
3.10. Amplificateur différentiel 86
3.10.1. Point de fonctionnement en mode commun 87
3.10.2. Amplificateur équivalent 87
3.10.3. Effet d’une source de courant réelle 89
3.10.4. Caractéristique complète de l’amplificateur différentiel 90
3.11. Amplificateur push-pull 93
3.11.1. Gain en tension, résistances d’entrée et de sortie 95
3.12. Calcul d’un amplificateur à plusieurs étages 95
3.12.1. Points de fonctionnement 98
3.12.2. Paramètres différentiels 98
3.12.3. Modèles d’amplification de chaque étage 99
3.12.4. Amplificateur complet 100
3.12.5. Simulation Spice 101
3.12.6. Comparaison des résultats obtenus 102
3.13. Exercices 103
4. Applications linéaires des amplificateurs opérationnels 113
4.1. Préliminaire 113
4.2. Description de l’amplificateur opérationnel 113
4.2.1. Modèle d’un amplificateur opérationnel 116
4.2.2. AO avec une réaction négative ou positive 117
4.2.3. Équations associées à l’AO idéal 118
4.3. Circuits de base 120
4.3.1. Amplificateur inverseur 120
4.3.2. Amplificateur sommateur 121
4.3.3. Amplificateurs non-inverseur et suiveur 122
4.3.4. Amplificateur général 123
4.3.5. Amplificateur différentiel : cas idéal 124
4.3.6. Amplificateur différentiel : cas réel 125
4.4. Circuits dépendants de la fréquence 127
4.4.1. Circuit de base 127
4.4.2. Intégrateur 127
4.4.3. Dérivateur 128
4.4.4. Filtre passe-bas 130
4.4.5. Filtre passe-haut 131
4.4.6. Filtre passe-bande 132
4.4.7. Filtres correcteurs d’amplitudes 133
4.5. Imperfections des amplificateurs opérationnels 135
4.5.1. Gain DC limité 136
4.5.2. Bande passante de l’amplificateur opérationnel 136
4.5.3. Réponses de l’amplificateur non-inverseur 137
4.5.4. Taux de variation limité (slew-rate) 140
4.5.5. Tension de décalage 141
4.5.6. Courants de polarisation 142
4.6. Exercices 143
II. EAN 2 :
des composants aux systèmes 153
5. Réalisation de filtres analogiques 155
5.1. Filtres d’ordre 1 155
5.2. Formes canoniques 158
5.3. Filtres fondamentaux d’ordre 2 158
5.3.1. Circuit R L C 158
5.3.2. Analyse fréquentielle 158
5.3.3. Analyse temporelle 162
5.4. Cellules d’ordre 2 168
5.4.1. Cellules à gain fixe 168
5.4.2. Cellules à gain variable 172
5.4.3. Cellules à gain négatif 172
5.4.4. Comparaison selon les types de cellules 174
5.5. Effet des imperfections de l’AO 174
5.6. Filtres optimums 178
5.6.1. Filtre idéal 178
5.6.2. Filtres réels 180
5.6.3. Approximations d’un filtre idéal 180
5.6.4. Quel filtre choisir ? 185
5.7. Filtres normalisés 187
5.7.1. Transformations à partir d’un filtre passe-bas 187
5.7.2. Filtres normalisés 187
5.7.3. Exemple 188
5.8. Calculs de quelques filtres 191
5.8.1. Filtre passe-bas de Butterworth 191
5.8.2. Filtre passe-bas de Bessel 191
5.8.3. Filtre passe-bas de Tchebycheff 194
5.8.4. Filtre passe-haut de Tchebycheff 194
5.8.5. Filtre passe-bande de Butterworth 194
5.8.6. Filtre coupe-bande de Butterworth 198
5.9. Circuit universel 199
5.9.1. Un exemple de filtre universel 201
5.10. Exercices 203
6. Comparateurs et générateurs de signaux 209
6.1. Introduction 209
6.2. Comparateurs à hystérèse 209
6.2.1. Comparateurs à seuils symétriques 209
6.2.2. Comparateurs à seuils variables 213
6.3. Exemples 215
6.3.1. Comparateur à collecteur ouvert 215
6.3.2. Réglage de température à l’aide d’un comparateur 217
6.4. Bascules ou circuits astables 219
6.4.1. Bascule à cycle symétrique 219
6.4.2. Bascule à cycle non symétrique 221
6.4.3. Bascule unipolaire 223
6.5. Générateurs de signaux 225
6.5.1. Signaux carrés et triangulaires 225
6.5.2. Oscillateur à fréquence variable (VCO) 226
6.5.3. Signaux sinusoïdaux 228
6.6. Exercices 234
7. Étude de la contre-réaction 239
7.1. Introduction 239
7.2. Équations de la contre-réaction 239
7.3. Contre-réaction et amplificateurs 241
7.3.1. Amplificateur non-inverseur 241
7.3.2. Amplificateur inverseur 242
7.3.3. Convertisseur courant-tension 244
7.4. Propriétés de la contre-réaction 245
7.4.1. Stabilisation du gain en boucle fermée 245
7.4.2. Augmentation de la bande-passante 246
7.4.3. Réduction du bruit 248
7.4.4. Diminution de la distorsion non-linéaire 249
7.5. Modification des impédances d’entrée et de sortie 250
7.6. Conclusion 254
7.7. Amplificateurs et contre-réaction 254
7.7.1. Deux approches complémentaires 254
7.7.2. Les quatre types de contre-réaction (CR) 255
7.7.3. Propriétés 258
7.8. Exercices 262
8. Oscillateurs quasi linéaires 269
8.1. Éléments de base 269
8.1.1. Boucle de réaction et oscillation 269
8.1.2. Circuits de réaction 271
8.1.3. Contrôle de l’amplitude et stabilité de la fréquence 271
8.2. Oscillateur à déphaseur CR 273
8.2.1. Circuit déphaseur 273
8.2.2. Fréquence d’oscillation 273
8.2.3. Maintien de l’amplitude 274
8.2.4. Schéma de l’oscillateur 275
8.2.5. Gain non linéaire 275
8.3. Oscillateur de Wien 277
8.3.1. Fréquence de l’oscillation 277
8.3.2. Maintien de l’amplitude 278
8.3.3. Gain non linéaire 278
8.4. Oscillateur en quadrature 279
8.4.1. Fréquence de l’oscillation et maintien de l’amplitude 280
8.4.2. Gain non linéaire 281
8.5. Considérations sur le contrôle de l’amplitude 281
8.5.1. Analyse du limiteur d’amplitude 281
8.5.2. Calcul des composants 282
8.6. Signaux et analyse spectrale 285
8.7. Exercices 287
III. Schémas et histoire 291
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