Cours de TAP

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Université de Skikda 20 Août 55 1 Cours de Travaux Avant Projet TEC585 I- Circuits d'Alimentations: - Stabilisation par diode Zener - Stabilisation par transistor Ballast - Régulation par ampli opérationnel - Régulation par Transistor - Régulation par circuit intégré II- Calculs des composants électroniques: - Les composants passifs (Résistances, condensateur, self inductance.) - Les composants actifs (Diodes, transistor, thyristor, diac, triac.) III- Les circuits Intégrés: - Introduction - Circuits intégrés TTL - Circuits intègres CMOS IV- Les circuits imprimés - Historiques du câblage électronique. - Différents étapes de réalisations. Bibliographies: - Schémas et appareillage électroniques. JMaurod, Collection dunod. - Dépannage des circuits électroniques. J.Rivaud Collection radio - Electroniques pratiques. Cour Préparé par Dr. LASHAB Mohamed Année Universitaire 2009/2010

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Cours de Travaux Avant Projet

TEC585

I- Circuits d'Alimentations:

- Stabilisation par diode Zener

- Stabilisation par transistor Ballast

- Régulation par ampli opérationnel

- Régulation par Transistor

- Régulation par circuit intégré

II- Calculs des composants électroniques:

- Les composants passifs

(Résistances, condensateur, self inductance.)

- Les composants actifs

(Diodes, transistor, thyristor, diac, triac.)

III- Les circuits Intégrés:

- Introduction

- Circuits intégrés TTL

- Circuits intègres CMOS

IV- Les circuits imprimés

- Historiques du câblage électronique.

- Différents étapes de réalisations.

Bibliographies:

- Schémas et appareillage électroniques. JMaurod, Collection dunod.

- Dépannage des circuits électroniques. J.Rivaud Collection radio

- Electroniques pratiques.

Cour Préparé par Dr. LASHAB Mohamed

Année Universitaire 2009/2010

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Chapitre I

Circuits d'alimentations

I - Introduction:

Tous les appareils électroniques ont besoin d'une alimentation continue

(Radio, télévision, appareils de mesure.), pour la simple raison est que la polarisation

des circuits électroniques a transistor ou a circuit intégrés, s'effectue par des

alimentations continue, autrement les caractéristiques de ces dernières changes, aussi

des contraintes pratiques a respecter. Tout cela fait que l'étude des circuits de

stabilisations et de régulation est nécessaire.

II- Stabilisation par diode Zener:

La stabilisation est l'opération d'empêcher la tension aux bornes d'une charge à

ne pas dépasser une valeur bien déterminée, le circuit de la figure 1, illustre la

stabilisation par diode Zener.

SZR III +=

R

VzVoI R

−=

maxZZ II ≤ , SZR III +≤ max

R

VVoII Z

SZ

−≥+max

SZ

Z

II

VVoR

+

−≥

max

Figure 1

Pour le calcul de la puissance:

ZSZZRRtot VIIVRIVoIP .... maxmax

2++==

UtileZRtot PPPP ++= max

Le rendement est :

Totle

Utile

P

P=ρ

)1(

1.

)..(

.

S

ZSZ

S

I

IVo

Vz

VoII

VzI

+

=+

Vo

Vz≈ρ , pour SIIz <<

Rs

Is

Iz Vz

IR R

Vo

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Application Numérique :

Soit le cas ou la tension d'entée Vo = 30v, la diode Zener Vz = 10v, Pz = 1W,

Rs = 1KΩ,

mAR

VzI

S

S 10== , AVz

PzI Z 1.0max

max == donc 11.0

1030 −≥R

Soit Ω≥ 182R

AR

VzVoI R 11.0=

−=

WvmAIVzP SUtile 1.0)10).(10(. ===

WPR 202.2)182.()11.0( 2 == , WPTotal 3.311.02.2 =++=

Le rendement est de :

03.03.3

1.0==ρ Soit 3%.

Remarques:

- Le rendement sera meilleur lorsque Vz est très proche de Vo.

- Le rendement sera meilleur lorsque Iz<<Is.

- Ce type de rendement est destiné aux applications à faible puissance, il

présente un rendement médiocre.

III- Stabilisation par Transistor Ballast:

Pour avoir des puissances élevées il faut augmenter le courant de charge Is,

Dans le cas de la stabilisation par diode Zener ceci va augmenter le courant IR, par

suite la puissance dissipée dans la résistance R. Une solution simple présentée par la

figure 2, consiste à introduire le transistor pour amplifier le courant de charge.

Vs

PIsIc

VsVoVce

Utile=≅

−=

BZRB

R

Utile

Tr

IIsIcIII

R

VzVoI

Vs

PVsVoIcVceP

.

).(.

β=≅=⇒−=

−=

−==

Figure 2

Application Numérique:

WPzRVVoVVz 1,150,150,30,10 ==Ω=== β

,128,0150

7,1030AI R =

−= ,1,0 AI Z = mAI B 28=

Vz BI

ZI

RI

R

Rs

Vs

Vo

Ballast

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AmAIc 2.4)28.(150 ==

.42)2,4.(10. WIsVsPUtile === , .8442).20().( WIsVsVoPTr ==−=

WIIcVoP RTotale 8,129).( =+=

Le rendement de puissance est de:

%5,32129

42==ρ

Remarques:

- Le transistor consomme une puissance double de celle de la charge.

- Le rendement sera meilleur lorsque le gain statique du transistor est grand.

- Ce type de stabilisation est destiné aux applications à moyenne puissance.

Exercices :

Quelle est la tension de sortie Vs dans chacun des cas suivants :

Vs1 = Vz +0.7 et Vs2 = Vz1 +Vz2

Vs3 = Vz -0.7 et Vs4 = Vz1 si (Vz1<Vz2)

VI- Régulateur à base d'ampli opérationnel:

Le régulateur agit de tell sorte à maintenir la tension constante, empêche la

surtension et la diminution, par contre la stabilisation est conçu contre la surtension

seulement. Dans le montage suivant Figure 3.

Ve

Ve

Ve

Ve

Vs2 Vs1

Vs3 Vs4

Vz

Vz1

Vz2

Vz Vz1

Vz2

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Figure 3

L'ampli opérationnel agit comme un comparateur, possédant deux états seulement

+Vsat et +Vsat, comme indiqué par la figure 4.

Figure 4

Principe de fonctionnement :

Pour démontrer la régulation de ce montage il faut envisager une augmentation

puis une diminution de la tension de sortie et voir le comportement du montage, qui

en principe doit maintenir la tension de sortie constante dans les deux cas.

- En supposant en premier que Vs augmente, il en est de même pour Vp, le

comparateur vois l'entrée non inverseuse plus grande que l'entrée inverseuse, se qui

conduit la sortie σ a basculer vers -Vsat, le Vbe du transistor diminue ce dernier tend à se bloquer, le Vce du transistor augmenter ce qui conduit à une diminue de Vs.

- En supposant maintenant que Vs diminue, il en est de même pour Vp, le

comparateur vois l'entrée inverseuse plus grande que l'entrée non inverseuse, se qui

conduit la sortie σ a basculer vers +Vsat, le Vbe du transistor augmente ce dernier tend à se saturer, le Vce du transistor diminue ce qui conduit à une augmentation de

Vs.

De ce fait le montage de la figure 3, est bien un régulateur.

Cas Ampli Idéal

Cas Ampli Real

σ Vp

R2

R1

Rv

Rs

Vs

R

Vz

Vo

+

e

e

−+ − ee

-Vsat

+Vsat

+

-

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Application Numérique:

.1,1,47021,6,5 Ω=Ω=Ω=== KRKRpRRVVz

1- En déplaçant le curseur de la résistance Rp du bas en Haut, dans quel sens va

changer la tension de sortie Vs.

2- Calculer la tension de sortie Vs dans les deux cas extrêmes du curseur.

1- Le comparateur étant considérée comme idéale, ( −+ = ee ) donc Vp =Vz, Lorsque le

curseur est en bas (en haut), la plus petite (grande) partie est égale à une valeur

constante, ce qui conduit à une valeur plus grande (petite) de la tension de sortie,

autrement dit en déplaçant le curseur vers le bas la tension de sortie augmente, et

inversement.

2- Calcul de la tension de sortie:

Curseur en bas:

VVsRRvR

RVsVp 21,26

47,0

47,047,01.6,5

21

2 =++

=⇒++

=

Curseur en haut:

VVsRRvR

RvRVsVp 57,4

47,01

47,047,016,5

12

2 =+

++=⇒

++

+=

En déplaçant le curseur de bas en haut, la tension de sortie varie de 4,57V à 26,21V.

V- Régulateur à base transistor:

Le montage de la figure 5, représente un régulateur de tension, l'élément

comparateur est le transistor T2, l'entrée non inverseuse est Ve2 et l'entrée inverseuse

est Vb2.

Figure 5

Vp

Rs

R1

Rv

R2

Rz

T2

T1

Vs Vo

5,6V

R0

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De la même manière on demande de montrer que le montage représente bien un

régulateur, puis calculer la tension de sortie.

Principe de fonctionnement: - En supposant que la tension de sortie est soumise à une diminution, il en est de

même pour Vp, le Vbe du transistor est soumis à une diminution parce que la tension

émetteur est fixée par la diode Zener, donc le transistor T2 tend à se bloquer, le

blocage de ce dernier provoque l'augmentation du collecteur Vc2 lui-même égale à

Vb1, donc le Vbe1 augmente et le transistor T1 tend à se saturer, ce ci conduit à la

diminution de Vce1 et donc l'augmentation de la tension de sortie.

- En supposant maintenant que la tension de sortie est soumise à une augmentation, il

en est de même pour Vp, le Vbe du transistor est soumis à une augmentation parce

que la tension émetteur est fixée par la diode Zener, donc le transistor T2 tend à se

saturer, la saturation de ce dernier provoque la diminution du collecteur Vc2 lui-même

égale à Vb1, donc le Vbe1 diminue et le transistor T1 tend à se bloquer, ce ci conduit

à l'augmentation de Vce1 et donc la diminution de la tension de sortie.

De ce fait le montage de la figure 5 est bien un régulateur.

- Calcul des valeurs extrême de la tension de sortie:

Application numérique: R1= 4.7KΩ, R2 = 3.3KΩ, Rv = 1KΩ.

Curseur en haut:

7.06.57.43.31

3.31+=

++

+= VsVp ⇒ VVs 18.13=

Curseur en Bas:

3.67.43.31

3.3=

++= VsVp ⇒ VVs 18.17=

VI- Limiteur de courant:

La forme la plus simple pour protéger un circuit électronique contre la

surintensité est de placer un fusible. Mais souvent la présence du fusible ne protége

pas le circuit contre les surintensités, parce que tout simplement le fusible ne possède

pas la vitesse nécessaire pour protéger les composants à base de semi conducteur.

C'est pour cette raison que l'on a recourt aux semi conducteur pour construire un

circuit électronique contre les surintensités, appelé limiteur de courant, figure 6.

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Figure 6

Au début le transistor T2 est bloqué, parce que riVbe .2 = et le courant (i) est

considéré très faible, il sera important ou signifiant lorsque atteint le courant

maximale (imax), pour le quel risatVbe .max2 = , autrement dit la saturation du

transistor est atteinte. Lorsque le transistor T2 est saturé le transistor T1 sera bloqué

parce que le Vbe1 a ce moment est négatif (à la saturation de T2, Vbe2 = -Vbe1).

Pour limiter le courant i du montage précèdent, il faut que la condition suivante soit

satisfaite :

max

2

i

satVber ≤

Exemples:

1- Montrer que le montage de la figure 7, représente un régulateur de tension,

puis calculer les tensions extrêmes.

2- Localiser le limiteur de courant sur le montage, puis la valeur à limiter lorsque

le curseur est au milieu, dans quel sens faut-il déplacer le curseur du limiteur

pour limiter un courant maximale.

Application Numérique:

R1=R2= 470Ω, Rv = 1KΩ, VZ = 5,6V, Vbesat4 = 0.8V.

Figure 7

Vs

VZ

Ve

T4

T3

T2

T1

Rv

R2

R1

r =1Ω

Re=1K

Rz

La charge

T2

T1 i r Entrée Sortie

VZ

Circuit du

Limiteur

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On peut montrer que le montage est un régulateur presque de la même manière que

l'exemple précédent. Le limiteur de courant est constitué du transistor T4 et la

résistance variable "r". Quant au calcul des valeurs externes sont comme suite:

Curseur en haut:

6.547.047.01

47.01=

++

+= VsVp ⇒ VVs 39.7=

Curseur en Bas:

6.547.047.01

47.0=

++= VsVp ⇒ VVs 12.23=

Le courant à limiter lorsque le curseur au milieu est donné par :

8.0)5.0( max =I

Imax = (0.8)/(0.5)= 1.6A

VII- Régulateur à base de circuits intègres:

Il existe une grande variété de circuits intégrés utilisés comme régulateurs des

tensions positifs ou négatifs on se contente ici de citer les catégories du type

LM78XX et les LM79XX.

1- Le LM78XX:

Ce type de régulateur est destiné aux tensions positives, on en trouve une très

grande gamme de tension, on peut citer : LM7805, LM7812, LM7808. Le brochage

de ce circuit intégré est indiqué sur la figure 8.

Figure 8

Entrée Masse Sortie

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2- Le LM79XX:

Ce type de régulateur est destiné aux tensions négatives, et contient la même

gamme de tension que LM78XX. Le brochage du circuit est donné par la figure 9.

Figure 9

3- Le LM317:

Le LM317 est un régulateur réglable, figure 10. L'utilisateur peut fixer la tension

voulue en fixant un rapport de résistance donné par la relation ci-dessous:

Figure10

Avec la tension de sortie

)2

11(25.1

R

RVout +=

VII- Initiation aux dépannages des circuits électroniques:

Dans l'opération de dépannage des circuits d'alimentations, il faut localiser la

partie défectueuse en servant des mesures de tensions, de courant et de résistance, en

commençant à partir du réseau électrique (220 V), jusqu'à la sortie stabilisée ou

régulée. Voici un tableau contenant quelques exemples de pannes courantes en

alimentation.

Vin

Masse Entrée Sortie

R2

R1

2

1

3 Vin Vout

Vadj

Vout

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Type de panne

Conséquence de la panne

Mesures

Enroulement

Primaire ou secondaire coupé

La tension continue nulle

Mesurer la résistance du

primaire ou secondaire

Court circuit dans le primaire

ou secondaire

Le fusible coté réseau coupé

Tension de sortie faible

Mesure de tension et mesure

de résistance

Une diode ouverte dans le

pont redresseur

Tension de sortie faible et

ondulée non régulée

Mesure sur oscilloscope

Une diode en court circuit

dans le pont redresseur

Fusible coupé

Tension de sortie

Nulle

Voltmètre

Diode Zener du régulateur

ouverte

Tension de sortie faible

Voltmètre

Diode Zener du régulateur en

court circuit

Tension de sortie grande

Voltmètre

Caractéristiques pratiques de quelques composants :

1- Les Résistances lorsqu’ils sont défectueuses ils ne peuvent que être ouvertes

ou de très grandes valeurs.

2- Les condensateurs lorsqu’ils sont défectueux prennent des valeurs élevées.

3- Les transistors sont défectueux lorsque la jonction BE est ouverte ou lorsque il

est saturé pour de bon. Aussi lorsque la tension mesurée de la jonction BE

dépasse le seuil de 0.8V (pour 1 V est plus le transistor est forcement claqué).

4- Les diodes et diodes Zener, lorsqu’ils sont défectueux peuvent présenter un

circuit ouvert ou un court circuit.

Exemple 1: Soit le montage de la figure 11.

Figure 11

R2=

1,2KΩ

T1

T2

VZ =

5,6V

R3=

820Ω

R4=

1KΩ

R1=

470Ω

C =

470uF

3

1 4

2

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Le résultat des mesures faites sur les points indiqués sur le montage de la figure 11,

est donné ci-dessous:

1 2 3 4

16V

13V

5.8V

12.2V

Trouver les cas de pannes suivantes:

1 2 3 4

A 16.0V 15.0V 14.5V 14.5V

B 16.0V 15.0V 5.8V 14.5V

C 17.5V 0 0 0

D

16.5V

2.1V

0

1.5V

E

17.5V

17.5V

0

0

F

16.0V

5.9V

5.9V

5.2V

G

16.0V

7.5V

5.8V

7.0V

Solution:

A: La diode Zener coupée.

B: La résistance R3 coupée ou la jonction (BE) du transistor T1 est coupée.

C: La résistance R1 coupée.

D: La diode Zener en court circuit.

E: La base du transistor T2 est en l'air.

F: Le transistor T1 en court circuit.

G: La résistance R4 coupée.

Exemple 2:

Soit le montage de la figure 12, avec une l'application numérique donnée ci-dessous:

R3 = R4 = 33KΩ, R2 = R9 =2.2KΩ, R8 = 47Ω, R1 = 10KΩ.

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Figure 12

Le résultat des mesures faites sur les points indiqués sur le montage de la figure 12,

est donné ci-dessous:

1 2 3 4 5

9.5V

-0.6V

-8.0V

-7.4V

0

Trouver les cas de pannes suivantes: (sur le tableau les mesures sont en Volt).

1

2

3

4

5

A

9.6

4.8

4.7

5.5

-10.0

B 9.6 0 -8.0 -7.4 -10.0

C

9.0

-0.6

-8

-7.4

0.2

D

9.5

0

-9.6

-10

-10.0

E

9.6

1.0

-8.0

-7.4

-10.0

Solution:

A: Diode Zener coupée.

B: Curseur Rv en l'air

C: La résistance R7 coupée.

D: Diode Zener en court circuit.

E: La jonction BE du transistor T1 coupée.

Sortie Entrée

R1

R9

R8

Rv

R2

R4 R3

3.3V

T2

T1

T4

T3

-10V

+10V

3

2

1

4

5

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Chapitre II

Calcul des Composants Electroniques

I- Les composants passifs:

Les composants électroniques passifs sont ceux qui ne produisent pas de

déformation sur la forme du signal appliqué, à l'exception d'une amplification ou

déphasage du signal. Parmi ces composants on peut citer les résistances, les

condensateurs et les selfs inductances.

1- Les résistances:

a- Résistances bobinées:

Ces résistance sont constitué d'un fil de Nickel chromé est enroulée sur un

morceau de porcelaine, figure 1. Ils sont caractérisées par:

- Consommation de puissance maximale (5 à 25W).

- parmi les inconvénients changement de valeur lorsqu'ils sont soumis à des

températures élevées, aussi ne peuvent pas être utilisé pour des fréquences élevées à

cause de l'effet inductance.

Figure 1

b- Résistances carbonées:

Les résistances carbonées sont constituées d'une couche de carbone enroulée

sur un morceau de céramique, ils sont caractérisés par une bonne stabilité et une

précision moyenne, figure 2. Ces résistances peuvent être utilisé en haute fréquence.

Figure 2

c- Résistances à couches métalliques:

Les résistance à couches métallique possède la même technologie que les

résistance à couches carbonées, mais caractérisées par plus de précision, plus de

stabilité et plus cher.

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d- Code des couleurs et tolérances:

La valeur des résistances est souscrite sur la résistance sous forme d'un code

de couleurs, figure 3.

Le premier numéro

Le deuxième numéro

Nombre des zéros

Tolérance

Figure 3

L'interprétation du code est donnée ci-dessous :

Couleur Numéro

Noir 0

Marron 1

Rouge 2

Oronge 3

Jaune 4

Vert 5

Bleu 6

Violet 7

Gris 8

Blanc 9

Tolérance Or 5%

Tolérance Argent 10%

Exemple : donnée la valeur de la résistance dont les couleurs posées sont :

- (Gris, rouge, orange, or ) à pour valeur: 82000 + 5% = 82 KΩ + 5%.

- (Vert, bleu, rouge, Argent) à pour valeur: 5600 +10%.

La tolérance est le taux d'erreur sur la valeur commis par le constructeur, une

tolérance minimale indique que la valeur est très précise. Lorsque la tolérance est

grande les valeurs nominale s'éloigne et inversement. Les valeurs nominales sont

choisies de sorte à couvrir l'ensemble des valeurs possibles.

Exemple:

- Pour une tolérance de 10% les valeurs nominales sont : 100, 120, 150,

180, 220, 270, 330, 390, 470, 560, 680, 820, …

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16

- Pour une tolérance de 5% les valeurs nominales sont :100, 110, 120, 130,

150, 160, 180, 200, 220, 240, 270, 300, 330, 360, 390, 430, 470, 510, 560, 620,…

Les puissances des résistances sont aussi normalisées, ils sont posés de la manière

suivante: 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W, 5 W, 10 W etc.

2- Les condensateurs:

a- Condensateurs polarisés

a-1 Condensateurs chimiques en Aluminium:

Ces condensateurs sont construits sous forme de feuilles en Aluminium, entre

les quelles est intercalé un isolant en papier, figure 4. Les valeurs de ces

condensateurs varient de 0,47 µF à 2200 µF, et les valeurs des tensions aux quelles ils

sont soumises sont entre 16V et 400V. Ce type de condensateur est utilisé en filtrage

dans les alimentations.

Figure 4

a-2 Condensateurs chimiques en Tantale:

Les condensateurs en Tantale possèdent la même technologie que les

condensateurs en Aluminium, seulement en utilisent le Tantale, figure 5. Les valeurs

de ces condensateurs varient entre 1µF et 47µF et les tensions appliquées varient entre

16 V et 50 V. Ces condensateurs sont utilisés en filtrage dans les alimentations, ils

sont d'une qualité supérieure par rapport à celle en aluminium.

Figure 5

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b- Condensateurs non polarisés

b-1 Condensateur en polyester:

Les condensateurs en polyester trouvent application dans beaucoup de

montages on peut citer : liaison entre les étages d'un amplificateur, utilisés aussi dans

l'électronique des impulsions, les oscillateurs RC (radio fréquence). Les valeurs des

condensateurs varient de 1nF à 47µF, et les tensions appliquées de 40V à 400V,

Figure 6.

Figure 6

b-2 Condensateur en céramique:

Les condensateurs en céramiques sont utilisés dans les applications à haute

fréquence, les oscillateurs LC, aussi dans la liaison entre les différents étages

d'amplificateur. Les valeurs de ces condensateurs varient de 1pF à 10nF, et les

tensions appliquées varient de 63V à 1000V, figure 7.

Figure 7

c- Codage des valeurs du condensateur:

1- Pour les condensateurs polarisés, la valeur du condensateur et la tension appliquée

nominale, sont inscrits sur le condensateur.

Exemples: (100µF, 16V), (47µF, 35V), (2.2µF, 25V).

2- Pour les condensateurs non polarisés en céramiques, la valeur du condensateur et la

tension appliquée, sont inscrits sur le condensateur de la manière suivante: (valeur en

picofarad, tension appliquée).

Exemples: (104,400) s'exprime par: la valeur = 10x104pF=0.1µF

La tension appliquée = 400V.

(333,200) s'exprime par: la valeur = 33x103pF= 33nF.

La tension appliquée = 200V.

(472,300) s'exprime par: la valeur = 4,7nF.

La tension appliquée = 300V.

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3- Pour les condensateurs non polarisés en polyester, la valeur est inscrite sur le

condensateur par le code des couleurs donné précédemment, mais exprimé en

microfarad.

Exemples: (Oronge, oronge, oronge) = 33x10-3µF = 0.033µF.

(Jaune, violet, rouge) = 47x10-2µF = 0.47µF.

(Vert, bleu, marron) = 56x10-1µF = 5,6µF.

II- Les composants actifs:

Les composants électroniques actifs sont ceux qui produisent une déformation

sur la forme du signal appliquée, par exemple un signal sinusoïdal appliquée sur un

composant actif, produit un signal carrée. En générale tout les composant à base de

semi-conducteur sont des composant actifs, on peut citer les diode et diodes Zener, les

transistors, les thyristors, les diac et triacs, etc.

1- Les diodes

Les diodes sont utilisées dans beaucoup d'applications, on peu citer: le

redressement, polarisation des circuits de transistor, dans les générateurs de fonctions.

Les caractéristiques pratiques requises sont: la puissance, le courant direct, la tension

direct maximale. Les différents types de diodes sont représentés ci-dessous figure 8,

selon leurs puissances.

Figure 8

Il existe aussi d'autres types de diode on peut citer :

1-1 Diode Schottky :

Sont des diodes à bas seuil 0.1 V ayant une impédance directe très faible de 10 à

100 Ω, utilisées dans des applications tel que: circuit logiques et en commutation.

1-2 Diode Varicap :

Cathode Anode IN4007 Redressement

BVY120

Grande puissance

IN4800

Faible puissance

2NX110

Très grande puissance

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Sont des diodes présentant un condensateur entre les bornes entre 1pf jusqu'à 1nf,

utilisées pour circuits de modulation FM, et les circuits de démodulation.

1-3 Diode Tunel :

Sont des diodes à impédance direct négative

2- Les diodes Zener:

Les diodes Zener sont utilisées pour la stabilisation des tensions, aussi utilisées

comme tension de référence. Le tableau ci-dessous présente quelques exemples des

caractéristiques pratiques de la diode Zener.

I(mA)

Valeur

Maximale (V)

Valeur

Nominale (V)

Valeur

Minimale (V)

Type

80 2.9 2.7 2.5 BZX2V7

70

3.5

3.3

3.1

BZX3V3

50 4.1 3.9 3.7 BZX3V9

45

5.0

4.7

4.4

BZX4V7

Tableau 1

3- Les transistors:

a- Les transistors bipolaires: Le transistor bipolaire est un composant très utilisé en électronique et en électronique

de puissance. Il est utilisé dans les applications suivantes: amplification, commutation,

les circuit logiques, les générateurs de fonctions à haute et basse fréquence. Les

caractéristiques pratique de se composant sont les suivantes:

Vcemax: tension maximale entre collecteur et émetteur.

Icmax: courant maximale du collecteur.

Pmax: puissance maximale.

β : Gain statique du courant.

Le tableau suivant illustre quelques types de transistors avec leurs caractéristiques:

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P(mW)

β

Vcesat(V)

Icmax(mA)

Vcemax(V)

Type

250 25 0.16 100 10 BCY30

300 50 0.5 130 50 BCY70

250 125 0.25 200 45 BCY107

350 150 0.25 250 25 BCY108

Tableau 2

Les différents transistors classés par puissance sont dessinées ci-dessous, figure 9 et

figure 10. Chaque gamme de puissance est mise dans un boîtier bien approprié.

BD177 (NPN), BD178 (PNP) BC545 (NPN), BC558 (PNP)

Boîtier TO126 Boîtier TO92

Puissance 5 à 25 W Puissance 1 à 5 W

Figure 9

2N3055, BU109, BU208 BUX85, BD244

Boîtier TO3 Boîtier TO220

Puissance 80 à 250 W Puissance 25 à 80 W

Figure 10

b- Les transistors uni jonction:

Le transistor uni jonction est constitué d'une seule jonction PN ou NP, il

possède deux bases et un émetteur. Son schéma électrique est équivalent à une diode

et deux résistances figure 11.

c

e b

e c b

e b

e c b

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Figure 11

Les deux bases sont B1 et B2, l'émetteur étant E. Pour que le transistor commence à

conduire il faut que la relation suivante soit réalisée:

VbbRR

RVE .

21

17.0

++=

Les résistances R1 et R2 sont des résistances internes au transistor. Lorsque le

transistor commence à conduire la résistance R1 devient presque égale à zéro.

Générateur d'impulsions:

Le transistor uni jonction est souvent utilisé comme générateur d'impulsions,

le montage de la figure 12, présente un exemple de générateur d'impulsion simple. Le

condensateur commence à se charger dés que la tension VE atteint la valeur

précédemment indiquée, le transistor commence à conduire et le condensateur se

décharge à travers la résistance RB1, la tension VE chute et le transistor s'arrête à

conduire. Le condensateur commence à se charger de nouveau et l'opération se répète

indéfiniment.

Figure 12

Les tensions de sorties sont données par la figure 14, on remarque qu'ils sont

synchronisés et complémentaires.

VE R2

R1

E

B1

B2

Vbb

RB2

RB1

Sortie 2

Sortie 1 R

C

+Vcc

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Figure 14

Les durées t1 et t2 sont définis comme suite :

)2ln(1 2CRt b= et )2ln(2 RCt =

4- Les thyristors:

Le thyristor possède les caractéristiques d'une diode (ouvert ou fermé), par

l'action d'une impulsion sur la gâchette, ou l'application d'une tension positive entre

anode et cathode supérieur à certain seuil (VBo), le thyristor commence à conduire.

Son schéma électrique est équivalent à deux transistors figure 15. Le thyristor

commence à conduire en laissant passer un courant qui peut arriver à des centaines

d'ampères. Le thyristor s'arrête lorsque le courant direct s'abaisse au dessous d'une

certaine valeur appelée courant de maintient, il s'arrête aussi lorsque on lui applique

une tension négative a ces bornes (anode, cathode).

Figure 15

Gâchette Gâchette

Anode

Cathode

t

Sortie 1

+Vcc

t

Sortie 2

+Vcc

t1 t2

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La courbe caractéristique du thyristor figure 16, montre bien qu'il s'agit d'un

composant qui ressemble beaucoup à une diode à l'exception du courant de maintient

et la tension d'avalanche.

Figure 16

En résume : Deux conditions d’amorçages, qui sont :

- Une impulsion dans la gâchette.

- Une tension directe supérieure à Vbo.

Et deux conditions d’arrêt qui sont :

- Le courant direct inférieur à IH.

- Une tension négative entre anode et cathode.

En pratique il existe plusieurs type de thyristors, classés en premier par puissance puis

par tension de gâchette et courant direct et autres caractéristiques indiqué par le

tableau suivant.

Boîtier

IGT(mA)

VGT(V)

VRSM(V)

VDSM(V)

VT(V)

Type

TO127

10

2

500

500

2

BT109

TO64

25

2.5

500

400

2.5

BTY79

TO48

65

3.5

400

300

3

BTY87

Tableau 3

VGT: Tension minimale de la gâchette.

VT: Tension entre Anode et cathode du thyristor.

IGT: Courant de la gâchette minimale.

VDSM:Tension maximale direct.

VRSM: Tension maximale reverse.

La représentation graphique des thyristors selon les boîtiers et les puissances est

donnée par la figure 17.

VBO

IH

Id

VAK

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TO48 TO64 TO127

Figure 17

Application:

Une des application qui réuni le thyristor et le transistor uni jonction, est la commande

de luminosité d'une lampe, figure 18. Les signaux générés par le transistor uni

jonction alimente la gâchette du thyristor. Le transistor uni jonction est synchronisée

avec le réseau par une tension redressé et écrêté par la diode Zener. En faisant varier

la résistance variable du circuit de l'uni jonction, on modifie la forme arrivant à la

lampe, par suite on commande la puissance de celle-ci.

Figure 18

Figure 19

VZ

K A G

A

K

G

K

G

A

Ve

VGT

VL Lampe 220V

0.1uF

56K Ω

2N2646

BTX30

VZ

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Représentation graphique:

Les signaux de du montage de la figure 18, sont représentés sur la figure 20 et figure

21. On remarque que le signal VL dépend du signal VGT.

Figure 20

Figure 21

t

t

VL

VGT

t

Ve

VT

t

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5- Diacs et triacs:

Le diac et le triac sont de la famille du thyristor, figure 22. Ils présentent

presque les mêmes caractéristiques et ils sont utilisés toujours dans l'électronique de

puissance. Le Triac possède deux gâchettes et fonctionne dans les deux alternances,

pour redresser une alimentation triphasés, ou commander un la vitesse d'un moteur.

Le diac ne possède pas de gâchette il est utilisé pour mise en forme des signaux.

Figure 22

Application:

Une application simple qui relie le diac et le triac est celle d'une commande de la

puissance d'une charge RL. Les signaux reçus de la charge et décharge d'un

condensateur sont mis en forme pour alimenter le triac, figure 23.

Figure 23

Les signaux du montage de la figure 23, sont représentés sur la figure 24. On

remarque que les signaux sont synchronisés et que le signal VL dépend du signal IGT.

Triac Diac

RL

VGT

Ve

VL

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Figure 24

A l'arrivée du courant Igt donné par le diac, la charge VL est alimentée d'une manière

synchronisée

t

t

t

Ve

IGT

VL

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Chapitre III

Les Circuits Intégrés

I- Introduction aux circuits intégrés:

Il existe deux types de circuits intègres qui sont : analogique et numérique. Les

types de circuits analogiques que l'on peut trouver sont: les amplificateurs

opérationnels, les circuits audio, les circuits de modulations et démodulation. Les

types de circuits intègres numériques sont : les portes logiques tels que les AND,

NAND, OR, NOR, les compteurs binaires et décimaux, les bascules JK, RS etc.

Le but des circuits intègres est la possibilité de mettre des circuits électroniques

quelque soit leurs fonctions, dans une surface la plus petite quel soient, et un prix de

revient le moins cher que possible. Les circuits intègres sont caractérisés par le fait

qu'elles contiennent un assez grand nombre de composants en passant par plusieurs

étapes au cours des années. On peut citer en résumé les étapes suivantes:

M.S.I (Medium Scale Integrated Circuit)

L.S.I (Large Scale Integrated Circuit)

V.L.S.I (Very Large Scale Integrated Circuit)

II- Technologie TTL:

Ce type de technologie utilise les transistor bipolaires pour réaliser la plus part

des composants électroniques, on peut citer: les transistors, les résistances et les

diodes. Cette technologie est caractérisé par :

- Un numéro de série 74 S, LS, H

- Une alimentation unique (0,+5V)

- Temps de commutation (2ns).

S: Schottky.

L: Low power.

H: high.

III- Technologie CMOS:

Dans cette technologie le transistor à effet de champ est utilisé pour réaliser la

plus part de composants. Comparativement par rapport à la technologie TTL, cette

technologie est caractérisé par :

- Une technologie récente.

- Plus de composants peut être mis dans la même surface.

- Moins d'énergie à consommer.

- Numéro de série 4000.

- Résistance d'entrée élevée 1012

.

Les inconvénients de cette technologie sont:

- Temps de commutation relativement long (40ns).

- Fragile, lorsque une puissance appliquée n'est pas respectée.

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IV- Brochage des circuits Intégrés:

1- Amplificateur Opérationnel:

Il existe une très grande variété des amplificateurs opérationnels, le plus

utilisé a cause de ces caractéristiques modéré est le MA741. Il existe aussi d'autres on

peut citer : LF351, TL081, etc. les caractéristiques pratiques d'un amplificateur

opérationnel sont en générales les suivantes:

- Résistance d'entée: entre 100KΩ et 1MΩ, le LF351 à une résistance d'entrée

de 1012Ω.

- Résistance de sortie: entre 10Ω et 100Ω.

- Gain à boucle ouverte: entre 80dB et 100dB.

- Rapport de Rejection en Mode Commun, connu par le RRMC, entre 40dB et

80dB.

- Bande passante: entre 1Mhz et 10Mhz.

- Tension d'offset: 10-3

à 10-1

V.

Le brochage de l'ampli opérationnel en général (quel que soit le constructeur), est

donnée par la figure 1.

Figure 1

Réglage de l'offset:

Avant d'utiliser un amplificateur opérationnel on doit régler son offset à zéro.

La façon de le faire et montrée par la figure 2. Si l'offset d'un amplificateur n'est pas

réglée la sortie de ce dernier aura une erreur statique.

Figure 2

+

-

Sortie = 0V

-Vcc

1

Offset

Vin-

Vin+

-Vcc

1

2

3

4

8

7

6

5

NC

+Vcc

Sortie

Offset

5

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Il suffit de réunir la patte 5 et la patte 1 à une résistance variable de 10KΩ, le curseur

lié à –Vcc, ajuster jusqu'à avoir zéro à la sortie.

2- Portes Logiques:

Il existe deux types de technologies dans les portes à savoir CMOS et TTL. Parmi les

portes TTL on présente ici le 7400, de la figure 3.

Figure 3

3- Le Ne555:

Le circuit intégré NE555 est à usage courant, il est très connu pour ces

applications diverses. Il peut être utilisée comme oscillateur, monostable, modulateur

d'impulsions, etc. Le brochage de ce circuit intégré est donné par la figure 4.

Figure 4

R

R

A1

R

+

-

+

-

8 4

A2

6

5

7

3

2

1

R Q

S Q

+Vcc

GND

14 13 12 11 10 9 8

7400

1 2 3 4 5 6 7

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Les différentes broches du circuit intégré sont détaillées ci-dessous :

1- Masse

2- Déclencheur

3- Sortie

4- Remise à Zéro

5- Commande

6- Seuil

7- Décharge

8- Alimentation

Exemple:

Le monostable à base du circuit intégré NE555, est donné par la figure 5

L’état stable : Selon la figure 5 la pin (2) est relier à Vcc, c’est l’entrée inverseuse de

l’amplificateur A2 de la figure 4.7. L’entée non inverseuse relier à Vcc/3, donc la

sortie de l’amplificateur est à l’état bas, l’entrée S de la bascule RS est aussi à l’état

bas. Le condensateur supposé non chargé donc la pin (6) est au potentiel nul, c’est

l’entrée non inverseuse de l’amplificateur A1, la patte (5) est au potentiel 2Vcc/3

(d’après le schémas interne Figure 4), donc la sortie de A1 est à l’état bas, l’entrée de

R de la bascule aussi est à l’état bas. La sortie de la bascule (qui commande la charge

ou décharge du condensateur) est un état haut ou bas peu importe puis que le

condensateur n’est pas chargé.

L’état instable : à l’arrivé d’une impulsion négative la sortie de l’ampli A2 devient

haut, par suite la sortie de la bascule (Q = 1), donc le transistor de la figure 4, va se

bloquer pour permettre au condensateur de se charger, a ce moment la tension de

sortie Vs(t) bascule vers l’état haut. A la fin de l’impulsion la sortie de A2 ainsi que

l’entrée S de la bascule revient à l’état bas. Lors que la tension de Vc(t) atteint 2Vcc/3

( relié à la patte 6 ), l’ampli A1 bascule vers l’état haut, ainsi que l’entrée R de la

bascule donc ( Q = 0 ), ce qui entraîne le transistor interne à l’état de saturation ainsi

la décharge du condensateur. De ce fait on revient à l’état stable.

Vc(t)

R

C

+Vcc

Vs(t)

Ve(t)

8 4

6 3 NE555

5 2 7 1

Figure 5

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4- Compteur décimal:

Un autre exemple de la technologie TTL, c'est le compteur décimal 7490, qui a pour

entrée un signal carré (horloge 1), figure 6. L'horloge 2 est ramenée à l'entrée A, ainsi

le compteur produit une sortie en BCD à 4 digits.

Figure 6

Pour réaliser le compteur décimale on fait relier l'horloge 2 à la patte (12) du circuit

de la figure 5.

5- Bascule JK

Deux bascules JK sont placées dans le circuit de la figure 7. Il s'agit du circuit

en TTL, 7473, H1 et H2 sont les horloges séparées de chaque bascule, et RAZ1 et

RAZ2 sont les remises à zéro.

Figure 7

A

R0 +Vcc R9

Horloge 1

Horloge 2

D GND B C

14 13 12 11 10 9 8

7490

1 2 3 4 5 6 7

H1 RAZ1 K1 +VCC H2 RAZ2 J2

J1 Q1 Q1 GND K2 Q2 Q2

14 13 12 11 10 9 8

7473

1 2 3 4 5 6 7

Page 33: Cours de TAP

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6- Convertisseur BCD 7 segments:

Un convertisseur a pour entrée un mot en BCD, constitué des entrées A,B, C, D.

en sortie le convertisseur doit alimenter un afficheur à sept segment, constitué des

sorties: a, b, c, d, e, f, g. Le brochage d'un afficheur en TTL 7447, est donnée par la

figure 8.

Figure 8

7- Les afficheur anode commune, cathode commune:

Les afficheurs sept segments sont des LED qui s'allument lorsqu'ils sont alimentés

pour former un numéro. Il existe deux types d'afficheurs qui sont anode commune et

cathode commune.

L'afficheur anode commune figure 9, caractérisé par l'anode de tous les segment sont

reliés à +Vcc. Les LED s'allument lorsque chaqu'un d'eux est relié a la masse.

Figure 9

a

f

e

b

c

B C

Vcc f g a b c d e

+Vcc

16 15 14 13 12 11 10 9

7447

1 2 3 4 5 6 7 8

D A GND

g

d

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L'afficheur cathode commune figure 10, caractérisé par la cathode de tous les segment

sont reliés à la masse. Les LED s'allument lorsque chaqu'un d'eux est relié a +Vcc.

Figure 10

Application:

Chronomètre numérique:

Le schéma synoptique de la figure 11, présente un chronomètre numérique qui

peut être réalisée à partir des composants vus précédemment. Le chronomètre peut

être utilisé pour mesurer l'instant entre deux avènements. Par exemple pour mesurer la

vitesse d’une voiture en calculant le temps écoulé entre deux instants.

Figure 11

+Vcc

Bascule

JK

Horloge

Compteur

(1) RAZ

Compteur

(2) RAZ

Convertisseur

(1)

Convertisseur

(2)

Afficheurs

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Chapitre IV

Les circuits imprimés

I- Introduction:

La première solution pour réaliser des circuits électroniques est d'utiliser une

plaque isolante, sur la quel les composants électroniques sont places et reliés par

câblage. Cette solution est idéale pour des petits montages, mais devient de plus en

plus délicate avec la taille du montage. Les circuits imprimés sont la solution pour la

réalisation des gros montages, aussi idéale pour la commercialisation.

II- Réalisation des circuits imprimés:

Pour réaliser des circuits imprimés l'opération doit passer par les étapes

suivantes :

1- Réalisation du Typon: ça consiste à dessiner sur papier calque le montage

contenant les liaisons du circuit et les trous recevant les composants ou les circuits

intégrés, figure 1. Cette opération peut se réaliser par un stylo noir en encre de chine

(pour des montages peu compliqué). Il existe aussi des logiciels destinés à réaliser des

dessins pour circuits imprimés.

Figure 1, Typon

2- Choix de la plaque: la plaque utilisée est généralement constitué d'un support de

Bakélite ou époxy, recouverte d'une couche de cuivre sur une face ou sur les deux

faces ça dépend de l'usage. Le tout est couvert d'une couche protectrice contre les

rayons ultraviolets figure 2.

Figure 2, Plaque de cuivre

Couche

protectrice

Papier calque

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3- Insolation: l'opération qui vient par la suite c'est insolation ou l'exposition aux

rayons ultraviolets, après avoir enlever la couche protectrice la plaque est mise dans

Kit, ou elle est exposée à des rayons ultraviolets, figure3. L'opération ne doit pas

durée plus de 4 minutes.

Figure 3, insolation

4- Révélation: la plaque de cuivre est ensuite placée dans un révélateur, généralement

un liquide préparé à partir de la lessive de soude, cette opération révèle les liaison et

prépare la plaque à la gravure.

5- Gravure: Cette opération consiste à enlever les parties de cuivres attaqués par les

rayons ultraviolets et ne contant pas les liaisons. La plaque est mise dans une solution

de perchlorure de cuivre, ou dans une solution de l'acide chlorhydrique et de l'eau

oxygénée. La durée de cette opération de 15 à 30 minutes

6- Etamage: pour éviter l'oxydation de la plaque et faciliter l'opération de soudage, la

plaque est nettoyée par un produit généralement c'est de la pâte de étain.

7- Vernis et perçage: arrivé a la fin de cette réalisation, en procédé au perçage des

trous, la couverture de la plaque d'une couche de vernis.

Rayons Ultraviolet