Module d’électronique Module d’électronique

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Module d’électronique Module d’électronique

Par Sam Kinyera OBWOYA

Université Virtuelle Africaine �

Note

Ce document est publié sous une licence Creative Commons. http://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons

Attribution http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/

License (abréviation « cc-by »), Version 2.5.


Table des maTières

I. Module d’électonique _______________________________________ 3

II. Prérequis_________________________________________________ 3

III. Temps ___________________________________________________ 3

IV. Matériels didactiques _______________________________________ 3

V. Justification______________________________________________ 3

VI. Contenu_________________________________________________ 4

6.1 Résumé _______________________________________________ 4

6.2 Données générales ______________________________________ 5

6.3 Représentation graphique ________________________________ 6

VII. Objectifs généraux ________________________________________ 7

VIII. Objetifs spécifiques d’apprentissage __________________________ 7

IX. Évaluation préliminaire _____________________________________ 9

X. Activités d’apprentissage et d’enseignement_ ____________________ 14

XI. Concepts-clés (glossaire) __________________________________ 158

XII. Lectures obligatoires ______________________________________ 160

XIII. Ressources (facultatives) multimédias ________________________ 162

XIV. Liens utiles _____________________________________________ 165

XV. Synthèse du module _____________________________________ 170

XVI. Évaluation sommative _____________________________________ 172

XVII. Références _____________________________________________ 175

XVIII. Dossier de l’étudiant ____________________________________ 176

XIX. Auteur principal du module _________________________________ 176


i. module d’électroniquePar Sam Kinyera Obwoya Kyambogo University Uganda

ii. PrérequisLes connaissances préalables pour ce module est la physique apprise à l’école. La connaissance des cours qui suivent est particulièrement importante pour que l’étu-diant suive et comprenne le module de façon efficace. Les cours de physique de l’état solide et d’électricité magnétisme sont des préalables. Comme condition générale, l’étudiant doit avoir des connaissances en calcul et en algèbre en mathématique.

iii. Temps d’apprentissageVous aurez besoin de 120 heures pour apprendre ce module.

iV. matériels didactiquesLe matériel didactique requis pour ce module inclut un accès à un ordinateur et no-tamment, un accès régulier à Internet. L’Internet vous fournira plusieurs références et ressources multimédias essentielles. Ces multimédias sont importants puisqu’ils servent, dans certains cas, de chargés de cours virtuels et d’équipement pouvant servir à mener des expériences virtuelles. Cependant, certains cédéroms seront éga-lement disponibles pour compléter l’utilisation d’Internet. Le matériel inclut aussi des lectures et des ressources obligatoires disponibles dans les librairies à proximité ou à l’école.

V. JustificationCe module est conçu pour fournir aux étudiants une fondation de base en physique. Celui-ci permettra aux étudiants d’apprendre la matière pour être capables d’expliquer et de justifier les principes de l’électronique. Le module est structuré de façon à ce l’apprenant ait à faire les activités exigées pour se réaliser au maximum. Le module entier fournira à l’étudiant des idées de base en ce qui a trait à ce qu’est la physique en matière de comportements et de caractéristiques des composantes principales et permettra donc d’enseigner une grande partie de la physique de l’école de façon efficace.


Vi. Contenu

6.1 Résumé

L’électronique est l’étude du flux de charge à travers divers matériaux et dispositifs, notamment les semiconducteurs, les résistances, les inducteurs, les condensateurs, les nanostructures et les tubes électroniques. Toutes les applications de l’électronique se traduisent par la transmission de l’énergie et si possible, de l’information. Bien que considérés comme étant la branche théorique de la physique, le modèle et la construction des circuits électroniques pour résoudre des problèmes pratiques sont une technique essentielle dans les domaines de l’ingénierie électronique et du génie informatique. L’étude de nouveaux dispositifs à semi-conducteur et de la technologie les entourant est parfois considérée comme une branche de la physique. Ce module se concentre sur les aspects technologiques de l’électronique. D’autres sujets importants tels les déchets électroniques et les impacts de la fabrication de semiconducteurs sur la santé au travail sont abordés. Ce cours d’électronique s’adresse aux étudiants s’inscrivant à l’inscription préalable et sur place au baccalauréat ès sciences avec éducation et au baccalauréat en éducation. Comme vous le savez peut-être, l’électro-nique est un domaine important de la physique moderne. Le module comprend six unités : circuits à diodes; circuits à transistors; amplificateurs opérationnels; circuits numériques; acquisition de données et commande de processus et interconnexion des ordinateurs et des dispositifs.

Dans la première unité/activité, p.ex., circuits de diodes, les étudiants doivent expliquer la génération de porteurs de charge, les semiconducteurs intrinsèques et extrinsèques, la formation et l’application d’une jonction PN et doivent concevoir et analyser des circuits de diodes (p.ex., circuits d’alimentation électrique).

Dans la deuxième unité/activité, p.ex., circuits à transistors, les étudiants doivent expliquer la façon dont un transistor bipolaire à jonctions fonctionne ; construction et analyse d’un transistor bipolaire à jonctions de base en diverses configurations (EC, BE, BC); expliquer le fonctionnement d’un transistor à effet de champ de jonctions (TEC) ; construire et analyser des TEC dans les configurations (CD, CS); expliquer la façon dont un transistor MOS fonctionne et construire et analyser des circuits à transistors MOS.

Dans l’unité trois, les résultats d’apprentissage incluent que l’apprenant soit capable d’expliquer la réalisation d’un amplificateur opérationnel et de construire, analyser et synthétiser des circuits d’amplificateurs opérationnels.

Dans l’unité quatre, p.ex., circuits numériques, l’étudiant doit être capable de manipu-ler les nombres dans différentes bases (2, 8, 10, 16); d’appliquer l’algèbre booléenne dans la construction de circuits logiques ; de construire, d’analyser et de synthétiser des circuits logiques (multiplexeurs, décodeurs, bascules de Schmitt, bascules bis-tables, minuteries).


Dans l’unité cinq, l’apprenant devra expliquer le fonctionnement d’un transducteur en différents modes (tension, lumière, piézo, température); expliquer et appliquer les processus de conditionnement d’un signal de transduction; et appliquer un signal conditionné en forme numérique.

Enfin, dans l’activité six, p.ex., éléments du microordinateur 8-, 16- ou 32 bus in-formatiques, l’apprentissage devra inclure l’explication des composantes d’un mode système d’un microprocesseur.

6.2 Données générales

Activité 1 (20 heures)

Cricuits de diodes Révise la théorie de la bande d’énergie, la jonction PN et l’effet de diode, le circuit et les applications de diodes ordinaires.


Circuits à transistors Transistor bipolaire à jonctions, amplificateur émetteur com-mun, amplificateur collecteur commun, amplificateur base commune. Le transistor à effet de champ à jonctions (TEC), amplificateur à TEC source commune, amplificateur à TEC drain commun. Transistor à effet de champ à grille isolée, circuits à transistor MOS de puissance, circuits à multiples transistors.


Amplificateurs opérationnels amplificateurs en boucle ouverte, amplificateur idéal, analyse approximative, gain en boucle ouverte.


Cricuits numériques Systèmes de numérisation, algèbre booléenne, éléments logiques, logique combinatoire. Multiplexeurs et décodeurs. Bascule de Schmitt, dispositif bistable d’accumulateur d’énergie, verrous et circuits flip flop sans entrée d’horloge. Circuits basculeur bistables avec entrée d’horloge, circuits dynamiques basculeur bistables avec entrée d’horloge et minuteries uniques.


Acquisition de données et commande de processus Transducteurs, circuits à signal conditionné, oscillateurs, conversion analogique à numérique.



Interconnexion des ordinateurs et des dispositifs Éléments du microordinateur à 8, 16 ou 32 bus informatiques.

6.3 Représentation graphique

3

6.2 GRAPHIC ORGANIZER

Elect ronics

A. Diode Circuits

B. Transistor Circuits:

C. OperationalAmplifiers

D. Digital Circuits

E. Data Acquisitionand Process Control

F. Com puters andDevice Interconnection

Review Energy band theory,

The PN Junction and the Diode Effect,

Circuit Appli cations of Ordinary Diodes

Bipolar Junction Transistor (BJT)

Comm on Emitter Ampli fier, Comm onColl ector Ampli fier, Comm on Base Ampli fier.

The Junction Field Effect Transistor (JFET),JFET Comm on S ource Amplifier, JFET Common Drain Amplifier.

The Insulated-Gate Field Effect Transistor.Power MOSFET Circuits. Multiple Transistor Circuits

Open-Loop Amplifiers,

Ideal Ampli fier,

Approximation Analysis,

Open-Loop Gain

Number Systems, Boolean Algebra,

Logic Gates, Combinational Logic.

Multiplexers and Decoders. Schmitt Trigger,

Two-State Storage Elements, Latches and Un-Clocked Fli p-Flops.Clocked Fli p-Flops, Dynamicall y clocked Flip-Flops, One-Shot Registers

Transducers,

Signal Conditioning Circuits,

Oscill ators,

Analogue-to-Di gita l Conversion

Elements of the Microcomputer 8-, 16- or 32- Bit Buses

Elect ronics


Vii. Objectifs généraux

À la fin de ce module, vous serez en mesure

• D’être conscient et d’appliquer les concepts et les circuits électroniques de base.

Viii. Objectifs spécifiques d’apprentissages

Unité d’apprentissage Objectifs1. Circuits de diodes (20 heures)

• Révise la théorie de la bande d’énergie,

• La jonction PN et l’effet de diode,• Circuit, applications de diodes ordinai-

res.

Les étudiants doivent être capables de • Expliquer la génération de porteurs de

charge, les semiconducteurs intrinsèques et extrinsèques

• Expliquer la formation et l’application de la jonction PN

• Construire et analyser les circuits de diodes (p.ex., circuits d’alimentation électrique)

2. Circuits à transistors : (25 heures)• Transistor bipolaire à jonctions• (Transistor bipolaire à jonctions);

amplificateur émetteur commun; amplificateur collecteur commun, amplificateur base commune.

• Transistor à effet de champ à jonctions (TEC), amplificateur à TEC source commune, amplificateur à TEC drain commun.

• Transistor à effet de champ à grille isolée. Énergie

• Circuits à transistors MOS, Circuit à transistors multiples

Les étudiants doivent être capables de

• Expliquer la façon dont un transistor bipolaire à jonctions fonctionne

• Construire et analyser des circuits de base de transistors bipolaires à jonctions en différentes configurations (EC, BE, BC)

• Expliquer la façon dont le transistor à effet de champ fonctionne (théorie)

• Construire et analyser des circuits TEC en configurations CD et CS

• Expliquer la façon dont un transistor MOS fonctionne (théorie)

• Construire et analyser des circuits à transistors MOS

3. Amplificateurs opérationnels (10 heures)• Amplificateurs en boucle ouverte,• Amplificateurs idéaux, analyse approxi-

mative, gain en boucle ouverte.

Les étudiants doivent être capables de • Expliquer la construction de l’amplifica-

teur opérationnel• Construire, analyser et synthétiser des

circuits amplificateurs opérationnels


4. Circuits numériques (30 heures)• Systèmes de numérisation, algèbre

booléenne, éléments logiques,• Logique combinatoire,• Multiplexeurs et décodeurs, bascule de

Schmitt, bascule bistable,• Verrous et circuits basculeurs bistables

sans entrée d’horloge;• Circuits dynamiques basculeurs bista-

bles avec entrée d’horloge,• Minuteries uniques

Les étudiants doivent être capables de • manipuler des nombres en différentes

bases (2, 8, 10, 16)• Appliquer l’algèbre booléenne dans la

construction de circuits logiques• Construire, analyser et synthétiser des

circuits logiques (multiplexeur, déco-deurs, bascules de Smchmitt, circuits flip-flops, minuteries)

5. Acquisition de données et commande du processus (20 heures)

• Transducteurs, signal conditionné• Circuits, oscillateurs, conversion analo-

gique à numérique

Les étudiants doivent être capables de • Expliquer le fonctionnement d’un trans-

ducteur en différents modes (tension, lumière, piézo, température)

• Expliquer et appliquer les processus de signal conditionné d’un transducteur

• Appliquer le signal conditionné en forme numérique

6. Interconnexion des ordinateurs et des dispositifs (15 heures)

• Éléments du microordinateur 8, 16 ou 32 bus informatiques

• Expliquer les niveaux de composantes d’un microprocesseur.


iX. Évaluation préliminaire

Êtes-vous prêts à apprendre l’électronique ?

Titre de l’évaluation anticipée : ÉLECTRONIQUE

Résumé : L’évaluation anticipée a pour objectif de déterminer ce dont l’apprenant se souvient et sait de l’électronique apprise à l’école et donc, d’orienter l’esprit de l’apprenant sur la charge de travail qui devra être couverte pendant ce cours. L’éva-luation préliminaire n’est conçue en aucune façon pour décourager l’apprenant, mais plutôt pour le motiver à commencer le cours avec beaucoup de préparation pour les défis à venir.

9.1 Auto-évaluation concernant l’électronique

1 La résistance de matériaux semi-conducteurs dans une cellule photoconductrice varie avec l’intensité de la lumière incidente.

a. directementb. inversementc. exponentiellementd. logarithmiquement

2 Une cellule solaire fonctionne sur le principe de

a. diffusionb. recombinaisonc. transport des fluxd. action photovoltaïque

3 Lequel de ces dispositifs a la plus grande sensibilité ?

a. cellule photoconductriceb. cellule photovoltaïquec. photodioded. phototransistor

4 En DEL, la lumière est émise parce que

a. la recombinaison de porteurs de charge se produitb. la lumière qui tombe sur la diode est amplifiéec. la lumière reflétée est attribuée à l’action de lentillesd. la diode est chauffée

Université Virtuelle Africaine �0

5 Un transistor en série régulateur de tension est appelé émetteur-suiveur régulateur puisque l’émetteur du transistor de chute suit la tension.

a. baseb. entréec. sortied. collecteur

6 Un régulateur de tension par découpage peut être de type :

a. inverseurb. élévateurc. abaisseurd. toutes ces réponses

7 Un régulateur de tension idéal a une régulation de tension de

a. 0b. 1c. 50d. 100

8 Les dispositifs électroniques qui convertissent la puissance en courant continu en puissance c.a. se nomment

a. onduleursb. redresseursc. convertisseursd. transformateurs

9 La sortie d’un redresseur à simple alternance convient seulement aux

a. radios d’automobiles en marcheb. moteurs monophasés en marchec. enregistreurs magnétiques en marched. piles en chargement

10 Lorsqu’utilisée dans un circuit, une diode Zener est toujours

a. polarisée en directb. polarisée en inversec. connectée en sériesd. dérangée par le surchauffage

Université Virtuelle Africaine ��

11 Les diodes de Zener sont principalement utilisées comme

a. redresseursb. amplificateursc. oscillateursd. régulateurs de tension

12 Un régulateur shunt ampli op. diffère d’un régulateur en série dans la façon dont son élément de commande est connecté

a. séries avec résistance de ligneb. parallèle avec résistance de lignec. parallèle avec résistance de charged. parallèle avec tension d’entrée

13 Les systèmes numériques fonctionnent habituellement sur un système

a. octalc. binaired. décimale. hexadécimal

14 Le total de quatre bits binaires (1 + 1 + 1 + 1) donne

a. 1111b. 111c. 110d. 11

15 Le résultat de la multiplication binaire 1112 x 10

2 est

a. 1101b. 0110c. 1001d. 1110

16 Un TEC a des propriétés semblables à

a. un transistor PNPb. un transistor NPNc. des tubes thermoélectriquesd. un transistor unijonction


17 Le gain en tension d’un amplificateur à TEC source commune dépend de

a. son impédance d’entréeb. son facteur d’amplificationc. sa résistance dynamique de draind. sa résistance de charge de drain

18 L’impédance d’entrée extrêmement élevée d’un transistor MOS est principale-ment causée par

a. l’absence de son canalb. sa porte source de tension négativec. sa diminution de porteurs de charged. le courant de fuite extrêmement petit de sa porte de condensateur

19 L’utilité principale d’un émetteur-suiveur est :

a. amplificateur de puissanceb. adaptation d’impédancec. faible impédanced. suiveur de signal de base

20 Le plus petit des quatre paramètres h d’un transistor est :

a. hib. hrc. h0d. hf

Réponses clés

1. B

2. D

3. D

4. A

5. A

6. D

7. A

8. A

9. B

10. B

11. D

12. A

13. B

14. B

15. D

16. B

17. D

18. C

19. B

20. C


Commentaire pédagogique à l’intention des apprenants

L’évaluation préliminaire est conçue pour déterminer vos connaissances en électro-nique et pour vous préparer à l’étude de ce module. Les résultats de cette évaluation vous indiqueront les points à travailler et ceux sur lesquels vous devrez vous concen-trer le plus lors de l’étude et de l’apprentissage de ce module. Comme vous l’avez remarqué, la plupart des questions contiennent des sujets qui ne sont habituellement pas appris à l’école.

Au début de ce module, vous réviserez la théorie de la bande d’énergie que vous avez peut-être vue dans le cours de physique de l’état solide. Plus tard, vous apprendrez sur la jonction PN et l’effet de diode, le circuit et les applications des diodes ordi-naires. Vous devrez être en mesure d’expliquer la génération de porteurs de charge de semiconducteurs intrinsèques et extrinsèques, la formation et l’application de la jonction PN et enfin, être capable de construire et d’analyser des circuits de diodes (p.ex., circuits d’alimentation électrique). Pour chaque autre activité, vous devez atteindre les objectifs convenus. Par conséquent, il est recommandé de faire chaque section de l’activité dans un ordre chronologique. Aux endroits où des connaissances antérieures sont nécessaires, vous devez tout d’abord faire chaque sujet avant d’aller plus loin.

De nombreuses références sont mentionnées tout au long de l’activité. Vous devez avoir accès à ces références en tout temps. La plupart d’entre elles sont en ligne. Si vous n’avez pas accès à Internet, il est recommandé de télécharger ces références et de les garder sur copies d’écran. Nombre de ressources multimédias sont également incluses. Elles sont très utiles puisqu’elles peuvent servir de professeur virtuel ou de laboratoire virtuel. On vous encourage à utiliser ces ressources multimédias en tout temps.


X. activités d’apprentissage et d’enseignement

Activité 1 : Circuits de diodes

Vous aurez besoin de 20 heures pour terminer cette activité. Seules des directives de base sont fournies pour vous aider à faire cette activité. La lecture et le travail personnel sont fortement recommandés.

Objectifs spécifiques d’apprentissage et d’enseignement

Dans cette activité vous

(i) expliquerez la génération de porteurs de charge dans les semiconducteurs intrinsèques et extrinsèques.

(ii) expliquerez la formation et l’application de la jonction PN.(iii) construirez et analyserez des circuits de diodes (p.ex., circuits d’alimentation

électrique).

Résumé de l’activité d’apprentissage

Cette activité inclut, entre autres, l’explication de la génération de porteurs de charge, les semiconducteurs intrinsèques et extrinsèques, la formation et l’application de la jonction PN et enfin, la façon de construire et d’analyser des circuits de diodes (p.ex., circuits d’alimentation électrique).

Lectures OBLIGATOIRES

Lecture 1

Référence complète : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 3 octo-bre 2007

Résumé : Livre complet sur l’électronique qui traite, entre autres, de circuits analogiques, de tubes électroniques, de diodes, de transistors, d’amplificateurs, d’amplificateurs opérationnels et de multiplicateurs analogiques.

Justification : Chaque sujet est présenté de façon très simple rendant la lecture facile. Cependant, ce livre ne sert que de complément au processus d’apprentissage.


Lecture 2

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 octobre 2007 Résumé : Cette lecture est composée de références obtenues de plusieurs sites.

Leur adresse URL peut être obtenue à partir d’une présentation sur écran de cette lecture. En fait, tous les sujets importants de ce cours sont traités dans cette lecture 2.

Justification : Cette référence fournit des sources faciles à lire pour que le lecteur n’ait pas de problème.

Ressources multimédias

Référence : http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm.

Résumé : Cette ressource permet l’étude des caractéristiques du transistor NPN.

Justification : Ce site donne une expérience virtuelle simple qui peut être menée pour l’étude des caractéristiques du transistor NPN.

Référence : http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit04.html

Justification : Cette ressource est pour un circuit d’un amplificateur en émetteur commun (EC) primitif qui comprend un transistor NPN et des bases externes -, collecteur - et résistances de charge. L’apprenant trouvera, pour une série fixe de composantes de paramètres, les rayons de tension d’entrée qui coupent, activent et saturent respectivement le transistor. Dans le cas d’applications analogiques, l’apprenant déterminera le gain différentiel en tension du circuit lorsque le transistor est dans le rayon actif. Pour ce qui est des applications numériques, l’apprenant doit trouver le plus petit gain en courant possible (bêta) et une résistance collectrice correspondante qui fait du circuit un convertisseur fonctionnel et logique.

Justification : Cette ressource aide à l’apprentissage de la polarisation d’un transistor NPN.


Résumé : Cette ressource donne un circuit équivalent de Thévenin avec une charge dans laquelle l’énergie P est distribuée.

Justification : Ce site fournit une ressource utile dans l’apprentissage d’un diviseur de tension.


Liens utiles

Titre : Basic circuit analysis

Adresse URL :http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Com-puter-Science/6-002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm.

Résumé : Contiennent des diapositives de lecture accompagnant des vidéos de lecture et des descriptions de démonstrations en direct montrées par un instructeur.

Titre : Diodes

Adresse URL : http://jersey.uoregon.edu/~rayfrey/431/lab2_431.pdfhttp://jersey.uoregon. edu/

Résumé : Ce site fournit du travail pratique sur les caractéristiques VI. De plus, le site fournit des lectures sur les jonctions de transistor, les commutateurs de transistor, les transistors saturés, etc.

Titre : Diode applications

Adresse URL : http://morley.eng.ua.edu/G332BW.pdf. Résumé : Différentes applications des diodes sont présentées, notamment

l’alimentation électrique, le redresseur à simple alternance, le pont redresseur, le redresseur à deux alternances avec filtre, etc.


Description détaillée de l’activité (Éléments théoriques principaux)

Activité 1.1 Révision de la théorie de la bande d’énergie

Concepts clés de la théorie de la bande d’énergie

Les concepts clés appris sur la théorie de la bande d’énergie en physique de l’état solide sont :

(i) Que les niveaux d’énergie disponibles forment ce que nous appelons des bandes.

(ii) Que dans les isolateurs, les électrons dans la bande de valence sont séparés de la bande de conduction par un large espace appelé largeur de bande inter-dite.

(iii) Que les isolateurs ont une bande de conduction vide, mais une bande de valence pleine.

(iv) Que dans les conducteurs comme les métaux, la bande de valence chevauche la bande de conduction. Il n’y a donc pas de structure pour établir les trous. Le courant total d’une telle structure est simplement un flux d’électrons.

(v) Que les propriétés électriques d’un matériau semi-conducteur reposent entre celles des isolateurs et de bons conducteurs. En ce qui concerne la bande d’énergie, les semiconducteurs peuvent être définis comme étant des maté-riaux qui ont une bande de conduction presque vide et une bande de valence presque pleine. L’espace assez petit entre la bande de valence et la bande de conduction permet à la thermique ou autre excitation de le combler. Avec un si petit espace, la présence d’un petit pourcentage d’un matériau de dopage peut faire augmenter la conductivité de façon spectaculaire.

(vi) Que les électrons les plus à l’extérieur d’un atome, p.ex., ceux dans la couche la plus éloignée du noyau sont appelés électrons de valence et ont l’énergie la plus élevée ou le moins d’énergie de liaison.

(vii) Que la bande d’énergie occupée par les électrons de valence est appelée la bande de valence et qu’elle est la bande la plus occupée. Elle peut être complètement remplie ou partiellement remplie d’électrons, mais elle n’est jamais vide.


Tâche 1.1

Instructions importantes

1. Pour chaque tâche, vous devez faire de brefs commentaires en utilisant certai-nes des références données et en incluant celles auxquelles vous pouvez avoir accès.

2. Utilisez les livres électroniques disponibles et autres références, p.ex., http://hy-perphysics. phy-astr.gsu.edu; to

(a) Révisez votre cours de physique de l’état solide et rafraîchissez votre mémoire à propos des significations de : bande d’énergie, bande de valence, bande de conduction, largeur de bande et niveau de Ferni.

(b) Faites de brefs commentaires sur chacun de ces termes.(c) Distinguez les conducteurs, les semiconducteurs et les isolateurs.(d) Dessinez, côte à côte, des diagrammes montrant les bandes d’énergie dans les

conducteurs, les semiconducteurs et les isolateurs.(e) Expliquez ce que signifient semiconducteurs intrinsèques et énergie de

liaison.

Points d’apprentissage 1.1

Dans cette section, vous apprendrez :

(i) Que la position du niveau de Fermi relative à la bande de conduction est un facteur important dans la détermination des propriétés électriques des maté-riaux.

(ii) Que la largeur de bande entre les bandes de valence dans un isolateur dit qu’à températures ordinaires, aucun électron ne peut atteindre la bande de conduction.

(iii) Que dans les semiconducteurs, la largeur de bande est assez petite pour que l’énergie thermique puisse combler l’espace pour une petite fraction d’élec-trons. Dans les conducteurs, il n’y a pas de largeur de bande interdite puisque la bande de valence chevauche la bande de conduction.

(iv) Que pour les semiconducteurs intrinsèques comme le silicium et le germanium, le niveau de Fermi est essentiellement à mi-chemin entre la bande de valence et la bande de conduction. Bien qu’aucune conduction ne se produise à 0 K, à des températures plus élevées, la largeur des bandes d’énergie interdites est diminuée et un nombre fini d’électrons peut atteindre la bande de conduction et fournir du courant. La conductivité d’un semiconducteur augmente avec la température.

(v) Qu’un semiconducteur intrinsèque est fait d’un matériau semi-conducteur dans sa forme extrêmement pure. Autrement, un semiconducteur intrinsèque peut être défini comme en étant un dans lequel le nombre de conductions d’électrons est égal au nombre de trous.


Activité 1.2 Origine des porteurs de charge

Nous pouvons développer ce concept en nous rappelant la structure de l’atome et ce que sont les électrons de valence.

Tâche 1.2.1

Afin de comprendre l’origine des porteurs de charge, effectuez les tâches suivantes

(a) Lisez et écrivez de brefs commentaires sur la signification de la structure de l’atome.

(b) Dessinez les structures de l’atome du germanium (Ge) et du silicium (Si). Des-sinez la distribution électronique d’un élément pour la comparer à la structure de l’atome est également une bonne pratique. Par exemple, la distribution électronique de l’atome de silicium (Z = 14) est montrée dans la figure 1.1.

1st band

2nd band

Valenc e band

Conduc tion band

Figure1.1. Distribution électronique d’un atome de silicium

(c) La structure de l’atome que vous avez dessinée pour Ge devrait montrer que le germanium est composé de :

(i) un noyau central chargé positivement et (ii) quatre électrons dans l’orbite la plus extérieure. Ces quatre électrons se

nomment électrons de valence. Ceci est le même nombre d’électrons que dans la bande de valence.

1.2.2 Semiconducteurs intrinsèques : Électrons et trous

Des exemples communs de semiconducteurs sont le germanium et le silicium qui ont des largeurs de bandes interdites 0,72 eV et 1,1 eV respectivement. À des tem-pératures au-dessus de 0º K, certains électrons sont excités à la bande de conduction en laissant derrière les trous chargés positivement dans la bande de valence, comme montrée dans la figure 1.2. Prenez note que seulement les bandes de valence et de conduction sont montrées, puisque les bandes les moins remplies ne sont d’aucune conséquence.

Bande de conduction

Bande de valence

2e bande

1re bande


Figure 1.2. Électrons excités à la bande de conduction laissant les trous chargés positivement dans la bande de valence.

Si une tension externe est appliquée à travers le silicium, la conduction d’électrons bouge vers l’anode, pendant que les trous dans la bande de valence bougent vers la cathode (montré dans la figure 1.3). D’où le courant semi-conducteur qui consiste en un mouvement d’électrons et de trous en direction opposée.

Figure 1.3. La conduction d’électrons bouge vers l’anode (+), pendant que les trous dans la bande de valence bougent vers la cathode (-) lorsque la tension est appliquée à travers ceux-ci. La conduction de paires électron-trou formée constitue les porteurs

de charge. Le nombre in , des porteurs de charge thermique générée par unité de volume est donné par l’équation (1).

Bande de conduction

Bande de valence

Électrons libres

Trous

Courant de trous

Courant d'électrons


( )exp / 2i gn N E kT= - (1)

N est la constante pour un semiconducteur donné, gE est l’énergie de bande interdite, k est la constante de Boltzmann et T est la température en kelvins.

De la même façon, σ , d’un semiconducteur est donné par l’équation (2).

( )i e hn eσ μ μ= + (2)

où, e, est la charge électronique, eμ est la mobilité de l’électron et hμ est la mobilité du trou.


(i) À partir de la configuration des atomes, le nombre maximum d’électrons

qu’une couche peut avoir est 22n ; dans la nième couche il y a n sous cou-ches qui ont différentes valeurs de 1 tel que 0, 1, 2, … (n-1); chaque sous

couscouches peut loger un maximum de ( )2 2 1+l électrons.(ii) Ge et Si ont quatre électrons dans la bande de valence ou dans la couche la

plus externe.(iii) les électrons de conduction sont trouvés et circulent librement dans la bande

de conduction.(iv) les trous existent et circulent dans la bande de valence.(v) les électrons de conduction bougent presque deux fois plus vite que les élec-

trons.


Activité 1.3. Niveau de Fermi dans un semiconducteur intrinsèque

En thermodynamique statistique, le nombre d’électrons, cn , dans la bande de conduction est donné par l’équation (3)

( )c gn N P E= ⋅ ( )3

( )gP E est la probabilité qu’un.électron ait une énergie gE . En utilisant la distribution de probabilité de Fermi-Dirac dans l’équation (4),

( ) ( )/

1

1 FE E kTP E

e -=

+ ( )4

( )P E probabilité de trouver un électron avec l’énergie E, FE est le niveau de Fermi. Cela signifie que :

( ) ( )/

1

1 g Fg E E kT

P Ee -

=+

( )5

Donc

( )/1 g F

c E E kT

Nn

e -=

+ ( )6

Tâche 1.3.1 Exercice

(a) Utilisez l’information donnée dans les équations ( ) ( )3 6- et montrez que

/ 2F gE E=

Indice : N = c vn n+ = le nombre d’électrons dans les deux bandes; nv est le nombre d’électrons dans la bande de valence.



Les hypothèses faites sont que :

(i) les largeurs des bandes d’énergie sont petites comparées à la largeur de bande interdite entre elles.

(ii) puisque les largeurs des bandes sont petites, tous les niveaux d’énergie dans une bande ont la même énergie.

(iii) l’énergie de tous les niveaux dans la bande de valence est zéro.

(iv) l’énergie de tous les niveaux dans la bande de conduction est égale à gE

Activité 1.4. Semiconducteurs extrinsèques

Ici, vous apprendrez que :

A. Un semiconducteur est dit être dopé quand une extrême petite quantité d’im-pureté y est ajoutée. De tels semiconducteurs se nomment extrinsèques ou semiconducteurs impurs.

B. Les agents dopants communs sont : (i) les atomes pentavalents ayant cinq électrons de valence (p.ex., arsenic,

antimoine et phosphore). (ii) des atomes trivalents ayant cinq électrons de valence (p.ex., gallium,

indium, aluminium, bore).C. L’atome pentavalent de dopage est connu comme atome donneur puisqu’il

donne un électron à la bande de conduction de germanium pur.D. L’atome trivalent de dopage se nomme accepteur puisqu’il accepte un électron

de l’atome de germanium.E. Par conséquent, deux types de semiconducteurs extrinsèques peuvent être

formés. Ils sont : les semiconducteurs de type N et les semi-conducteurs de type P.

Activité 1.4.1 Semiconducteur de type N

Le semiconducteur de type N peut être formé lorsque l’antimoine est ajouté au Si en tant qu’impureté. Une illustration est montrée dans la figure 1.4. (a) Chaque atome d’antimoine forme des liaisons covalentes avec quatre atomes de germanium, mais le cinquième électron de l’antimoine demeure lié à celles-ci de façon approximative. Cet électron libre peut facilement être excité par la bande de valence à la bande de conduction à l’application de champ électrique ou d’énergie thermique.

• Prenez note que chaque atome d’antimoine ajouté dans les réseaux de ger-manium donne un électron de conduction dans le réseau de germanium sans créer un trou positif.


Figure 1.4

(a) Semiconducteur de type formé en ajoutant l’antimoine au Si

(b) Semiconducteur formé en ajoutant le bore au Si

L’atome donneur devient un ion chargé positivement après avoir donné un de ses électrons de valence, mais il ne peut prendre part à la conduction puisqu’il est fixé fermement dans le réseau cristallin.

L’ajout d’antimoine augmente beaucoup le nombre d’électrons de conduction. La concentration d’électrons dans la bande de conduction est donc augmentée et dépasse la concentration de trous dans la bande de valence. Dans cette situation, on voit que les électrons de semiconducteurs de type N sont les porteurs majoritaires tandis que les trous constituent les porteurs minoritaires. Lorsque le nombre de porteurs de charge dans la bande de conduction augmente, le niveau de Fermi augmente vers la bande de conduction, comme montré dans la figure Fig 1.5(b).

L’atome donneur donne des électrons libres

Antimoine ajouté en tant

qu’impureté

Type N

Type PL’atome accepteur créé un trou

Bore ajouté en tant qu’impu-

reté


Figure 1.5 Démontre les positions relatives du niveau de Fermi à la bande de conduction

Activité 1.5 Semiconducteur extrinsèque de type P


Un semiconducteur extrinsèque de type P est formé lorsqu’un atome trivalent tel le bore est ajouté à du germanium cristal pur (ou du silicium cristal pur) tel que montré dans la figure 1.4(b). Les trois électrons de valence d’atome de bore forment des liaisons covalentes avec quatre atomes de silicium environnants, mais une liaison est laissée incomplète. Cela donne lieu à un trou. L’atome accepteur produit autant de trous positifs dans le silicium de cristal qu’il y a d’atomes de bore et un semicon-ducteur extrinsèque de type P est donc formé. Dans le semiconducteur de type P, la conduction est le mouvement des trous dans la bande de valence. Les trous constituent les porteurs majoritaires tandis que les électrons constituent les porteurs minoritaires. Contrairement à ce qui se passe dans le semiconducteur de type N, le niveau de Fermi dans le type P change vers la bande de valence, Figure 1.5(a) puisque les porteurs majoritaires qui sont les trous, sont trouvés dans la bande de valence.

Activité 1.6 Conductivité des semiconducteurs intrinsèques

Dans un semiconducteur intrinsèque, le courant total I , est causé par la somme du

flux des électrons et du courant des trous. Ceci est donné par l’équation( )7 .

e hI I I= + ( )7

À partir de l’équation (7), on peut montrer que


( )i ( ) /i e hI n e AVμ μ= + l ( )8

( )ii ( )

1

i e h

ohm mn eτρ μ μ

= -+

( )9

( )iii Densité de courant, ( )i e h iJ n e E Eμ μ σ= + = ( )10

où A est la coupe transversale du semi-conducteur, V est la tension à travers sa longueur, l , E est le champ électrique. Les autres symboles ont leur signification habituelle.

Tâche 1.6.1 Prise de notes et vérifications d’équations

(a) Utilisez les références disponibles et vérifiez les équations (8), (9) et (10)

Indice : Prenez note que dans un semiconduteur intrinsèque, i in p= (le nombre de trous).

Activité 1.7 Conductivité du semiconducteur extrinsèque

Dans les semiconducteurs extrinsèques, la densité de courant, J, est donnée par les équations (11) et (12).

(i) Pour un semiconducteur de type N ( )n n e n hJ e n p Eμ μ= + . ( )11

(ii) Pour un semiconducteur de type P ( )p p e p hJ e n p Eμ μ= + . ( )12

où ,nn et np sont les densités de l’électron et du trou dans un semiconducteur de

type N après le dopage et pn et pp sont l’électron et le trou dans un semiconducteur

P après le dopage.

Tâche 1.7.1

• Vous devez essayer de résoudre plusieurs problèmes numériques relativement à l’activité 1.6 afin d’acquérir de la confiance dans ce sujet.


Activité 1.7.2 Dérives

Dans cette activité, vous apprendrez que :

Le mouvement dirigé des porteurs de charge dans les semiconducteurs se produit à partir de deux mécanismes :

i. Dérive d’une charge sous l’influence d’un champ électrique appliqué etii. Diffusion d’une charge à partir d’une région de haute densité de charge à une

région de basse densité de charge.

Lorsqu’un champ électrique est appliqué à un cristal, les porteurs de charge atteignent un mouvement direct, lequel résulte en une vitesse moyenne nette appelée vitesse de dérive, v, dans la direction du champ électrique appliqué, E et produit un courant. La relation entre v et E est :

v Eμ= ( )13

μ est la mobilité.

La densité de courant totale causée par un électron et un trou de dérive est :

( )e h e h e hJ J J e nE e pE e n p Eμ μ μ μ= + = + = + ( )14

où n et p sont la densité électronique et la densité de trou respectivement.

Activité 1.7.3 : Diffusion

Les concepts principaux appris dans cette section sont :

(i) Que la diffusion est un flux de charge progressif à partir d’une région de haute densité à une région de basse densité qui mène finalement à un courant électrique sans qu’un champ électrique soit appliqué.

(ii) Que la diffusion des porteurs est proportionnelle au gradient de la densité de porteurs et la constante de diffusion ou le coefficient de diffusion D, lequel a

une unité de 2 /m s .(iii) Que la densité de courant causée par la diffusion de trou est :

h h

dpJ eD

dx= - . et ( )15

De la même façon, la densité de courant actuelle, causée par la diffusion d’électrons est :


e e

dnJ eD

dx= - . ( )16

Où ,e hD D = constantes de diffusion d’un électron et d’un trou respectivement

dndx

= gradient de densité d’électrons.

dpdx

= gradient de densité de trous.

Pour voir une simulation de diffusion qui montre la façon dont le niveau de Fermi varie avec la concentration de porteurs, voir : http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html. http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html

10 octobre 2007.

Activité 1.7.4. Dérive combinée et courants de diffusion

Les processus de dérive et de diffusion peuvent être présents simultanément dans les semiconducteurs. Les expressions pour les densités totales d’un électron et d’un trou sont donc données par l’équation (17).

2 2/ /e e e h h h

dn dpJ e nE eD A m and J e pE eD A m

dx dxμ μ= + = -

( )17

Activité 1.7.5 Recombinaison

(i) La recombinaison est également un phénomène qui se produit dans les semi-conducteurs.

(ii) Elle est le résultat d’une collision entre un électron et un trou, alors que la conduction libre retourne à la bande de valence.

(iii) La recombinaison est accompagnée de l’émission d’énergie.

À part tout cela, la production thermique des paires électron-trou prend place de façon continue dans les semiconducteurs. Il y a donc un taux de recombinaison net donné par la différence entre la recombinaison et les taux de recombinaison.


Pour en apprendre plus sur la diffusion, la dérive et la recombinaison, connectez-vous à http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/diffusion/diffusion.htmlhttp://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/diffusion/diffusion.html. 7 octobre 2007

Activité 1.8 Jonction PN

Dans cette section, vous apprendrez que :

(i) Une jonction PN est formée en joignant un semiconducteur dopé de type P et un semiconducteur dopé de type N dans une seule partie d’un semiconducteur.

(ii) Le plan qui divise le type P du type N se nomme jonction.

De plus, vous apprendrez que les trois phénomènes suivants surviennent :

1. Une mince couche ou zone désertée (aussi appelée zone de charge d’espace ou zone de transition) est établie de chaque côté de la jonction et qu’elle est appelée ainsi puisqu’elle est diminuée de porteurs de charge libre. Son épais-

seur est d’environ 610- m. Voir figure 1.6.

2. Un potentiel de barrière ou un potentiel de jonction est développé à travers la jonction.

3. La présence d’une couche désertée donne lieu à une jonction et à des capacités de diffusion.

Activité 1.9 Formation d’une couche désertée

Dans cette activité, les points importants à apprendre incluent :

(i) Qu’au début de la formation d’une jonction PN, la concentration de trous dans une zone P est plus grande que celle des électrons dans une zone N (où ils existent en tant que porteurs minoritaires).

(ii) Cette différence de concentration établit le gradient de densité à travers la jonction, lequel mène à certains des électrons libres et mobiles dans la zone N pour se répandre à travers la jonction et se combiner avec les trous, afin de former des ions négatifs.

(iii) Ces électrons libres laissent les ions positifs derrière, dans la zone N.(iv) Par conséquent, une charge d’espace se développe, menant ainsi à la création

d’une zone étroite à la jonction, appelée couche désertée. Voir figure 1.6.(v) La couche désertée entrave tout autre transfert d’électrons, à moins que la

jonction ne soit polarisée en direct.


Type P

Zone semiconducteur La combinaison d’électrons et de trous diminue les trous dans la zone P et les

électrons dans la zone N, près de la jonction. Zone désertée

Type N

électron trou ion négatif d’un trou rempli ion positif d’un électron enlevé

Figure 1.6. Zone désertée formée des deux côtés de la jonction

Activité 1.10 Origine de la jonction ou de la tension seuil de conduction

Les concepts clés à apprendre sont :

(i) Une différence de potentiel électrique BV connue comme jonction ou tension seuil de conduction est établie à travers une jonction PN même lorsque la jonction est isolée de l’extérieur.

(ii) L’établissement d’un potentiel de barrière est causé par des rangées fixes d’ions chargées de façon opposée sur l’un ou l’autre des côtés de la couche.

(iii) L’existence d’un potentiel de barrière, BV , arrête tout autre flux de porteurs à travers la jonction, à moins qu’il ne soit fourni par l’énergie d’une source externe.

(iv) À la température de la pièce de 300º K, BV est environ 0,3 V pour Ge et 0,7 V pour Si.

(v) Le potentiel de barrière est donné par l’équation 18 :


2

log a dB T e

i

N NV V

n

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ( )18

Où

dN est la densité électronique, aN est la densité du trou, in est la densité électronique avant le dopage,

300TV V=23

19

1.38 10 30026

1.6 10

kTmV

e

-

-

× ×= = =

×

Activité 1.11. Bande d’énergie PN en équilibre


(i) En équilibre, le niveau de Fermi concorde avec les deux côtés de la jonction. Les électrons et les trous atteignent donc un équilibre à la jonction et forment une zone désertée, comme démontré dans la figure 1.7.

(ii) La direction vers le haut dans la figure 1.7 représente une augmentation d’énergie d’électrons. Cela signifie que l’énergie doit être fournie pour qu’un électron s’élève dans le diagramme et pour que l’énergie fournie fasse en sorte qu’un trou baisse.

Zone désertéeNiveau de FermiBande de conductionBande de valenceJonction PN

Figure 1.7. Position du niveau de Fermi dans la bande d’énergie PN en équilibre


Activité 1.11 Bande d’énergie PN en polarisation directe

Dans cette section, vous apprendrez que lorsque la bande d’énergie PN est en pola-risation directe telle que démontré dans la figure 1.8 :

Les électrons dans la bande de conduction dans le matériau de type N sur la diffusion à travers la jonction se trouvent à une énergie plus élevée que les trous dans un ma-tériau de type P. Par conséquent, ils se combinent facilement avec ces trous, rendant un courant direct continu possible à travers la jonction.

Pour voir une démonstration d’une jonction PN sous polarisation, allez à

http://jas.eng.buffalo.edu/education/pn/biasedPN/index.html. 5 octobre 2007

La combinaison d’électrons et de trous se produit près de la jonctionLes trous se déplacent vers la jonction à partir du côté positifBande de conductionLes électrons se déplacent vers la jonction à partir du côté négatifBande de valenceJonction PN

Figure 1.8. Bande d’énergie PN en polarisation directe


Activité 1.12. Conduction polarisée en direct

Voilà ce qui se produit lors d’une conduction polarisée en direct :

(i) Le courant direct dans une jonction PN comprend des électrons d’un maté-riau de type N qui se déplacent vers la gauche à travers la jonction et qui se combinent avec des trous dans le matériau de type P.

(ii) Les électrons se déplacent encore plus vers la gauche en sautant de trou en trou, donnant l’illusion que les trous se déplacent vers la droite. Voir figure 1. 9.

Figure 1. 9 Conduction polarisée en direct

Activité 1.13 Jonction PN polarisée en inverse

(i) Dans une jonction PN polarisée en inverse, figure 1.10, une tension inverse fait en sorte qu’un courant transitoire circule tandis que les électrons et les trous sont amenés loin de la jonction.

(ii) Le courant cessera, sauf dans le cas de petit courant thermique lorsque le po-tentiel formé par la zone de déplétion élargie est égal à la tension appliquée.

Zone de déplétion

Figure 1.10 Jonction PN polarisée en inverse


Activité 1.14 Bande d’énergie PN polarisée en inverse

Zone désertéeBande de valenceBande de conductionJonction PN

Figure 1.11 Bande d’énergie PN polarisée en inverse

Dans une polarisation inversée, voici ce qui se produit :

(i) Le côté P devient plus négatif, le rendant finalement ardu pour les électrons se déplaçant au travers de la jonction telle que montrée dans la figure 1.11.

(ii) Dans le diagramme, la direction de conduction des électrons est de la droite vers la gauche et la direction vers le haut représente l’énergie d’électrons.

Activité 1.15 Diode à jonction PN

(a) Construction

Une diode à jonction PN est un bipôle qui consiste en une jonction PN formée en Ge ou en Si cristal.

Figure 1.12 Diode de jonction PN

(a)

(b)


Son symbole graphique est montré dans la figure 1.12 (b). Les zones de type P et N sont appelées anode et cathode, respectivement. Dans la figure 1.12 (b), la pointe de la flèche indique la direction habituelle de l’intensité de courant, lorsque polarisée en direct. La direction est la même pour le courant de trous.

Activité 1.16 Applications des diodes

Activité 1.16.1 Redressement à une alternance

(a) (b)

Figure 1.13 Redressement à une alternance

Écrivez de brefs commentaires pour expliquer la façon dont la tension de sortie dans la figure 1.13 (c) est obtenue lorsque le courant alternatif, figure 1.13 (a), est alimenté au circuit dans la figure 1.13 (b). Utilisez la référence suivante :

http:// ourworld.compuserve.com/homepages/g_knott/elect205.htm. (6 octo-bre 2007)


Activité 1.16.2 Redressement à deux alternances

Dans cette activité, vous devez utiliser le diagramme de la figure 1.14 pour expliquer la façon dont le courant alternatif est totalement rectifié.

Entrée Sortie

Figure 1.14

Utilisez le schéma de la figure 1.14 pour expliquer la façon dont les diodes D1, D

2,

D3, et D

4 provoquent un courant alternatif à être totalement rectifié.

Utilisez le lien suivant : http://ourworld.compuserve. com/homepages/g_knott/elect207.htm.

6 octobre 2007

Activité 1.16.3 Doubleur de tension

Dans cette activité, vous devez utiliser le circuit de la figure 1.15 pour expliquer la façon dont la tension d’entrée est doublée à la sortie.


Figure 1.15 Doubleur de tension

Afin de décrire ce qui se produit dans un doubleur de tension, vous devez utiliser le concept appris lors de l’explication du travail d’un redresseur à une alternance.

Auto-évaluation

1. (a) Trouvez la concentration intrinsèque de porteurs dans le silicium à 350 K pour lequel

25 35 10 , 1.1gN m E-= × = eV, 231.38 10k -= × J/K.

(b). En utilisant la solution du problème en (a), déterminez la conductivité du silicium si

0.14eμ = 2 /m V s- et 0.05hμ = 2 /m V s- .

2. (a) Utilisez les informations données dans les équations ( ) ( )3 6- et démontrez

que / 2F gE E=

Indice : N = c vn n+ = le nombre d’électrons dans les deux bandes; vn est le même que le nombre d’électrons dans la bande de valence.

3. (a) Bien qu’un semiconducteur de type N ait un excès d’électrons et qu’un semiconducteur de type P ait un excès de trous pour la conduction, ils demeurent toujours neutres électriquement. Expliquez pourquoi.

(b) Expliquez ce que signifient « excès » et « déficit » de conduction.

4. (a) Expliquez l’origine du potentiel de barrière.

(b) Identifiez les facteurs desquels dépend le potentiel de barrière.

(c) Expliquez la façon dont chacun de ces facteurs influence la magnitude du potentiel de barrière pour une jonction PN donnée.


Activité 2 : Circuits à transistors

Vous aurez besoin de 25 heures pour terminer cette activité. Seulement des directives de base sont fournies pour vous aider à faire cette activité.


• Expliquer la façon dont un transistor bipolaire à jonctions fonctionne• Construire et analyser un transistor bipolaire à jonctions de base en différentes

configurations (EC, BE, BC)• Expliquer la façon dont un transistor à effet de champ à jonctions (TEC)

fonctionne• Construire et analyser des circuits TEC en configurations CD et CS.• Expliquer la façon dont un transistor MOS fonctionne• Construire et analyser des circuits à transistor MOS.


Cette activité concerne le fonctionnement du transistor bipolaire à jonctions. Cela inclut, entre autres, la jonction EB polarisée en direct ; la jonction BC polarisée en inverse, la tension, le courant et le contrôle de charge, la configuration des transistors, les circuits à transistors et les courants de fuite dans un transistor. Un certain nombre d’équations sont également dérivées. Ceci inclut, entre autres choses, la relation entre les courants de transistors. De plus, l’activité permet l’apprentissage des caractéristi-ques statiques d’un transistor, p.ex., les caractéristiques entrantes, les caractéristiques sortantes et les caractéristiques du transfert de courant constant (CC). La dernière partie de cette activité concerne le fonctionnement d’un transistor à effet de champs (TEC) et d’un transistor MOS.

Lectures obligatoires

Lecture 1 : Electronics WIKIBOOKS

Référence : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 octobre 2007 Résumé : Les sujets traités dans cette lecture incluent : les circuits analogi-

ques, les circuits numériques, les éléments des circuits numériques, l’archi-tecture d’ordinateur et convertisseurs analogique à numérique et numérique à analogique.

Justification : Cette lecture couvre de façon adéquate le cours de base en électronique, résumé dans l’activité.


Lecture 2 : Electronics

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 octobre 2007 Résumé : Cette lecture est formée de références obtenues à partir de plusieurs

sites. Leur adresse URL peut être obtenue à partir d’une capture d’écran de cette lecture. En fait, tous les sujets importants de ce cours se retrouvent dans cette lecture 2.

Justification : Cette référence fournit des sources sur l’électronique faciles à lire. Le lecteur ne devrait pas avoir de problème à les utiliser.

Ressources MULTIMÉDIAS

Références : http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/in-dex. html.

4 octobre 2007 Résumé : La ressource démontre les niveaux de Fermi comparés à la concen-

tration de porteurs et le dopage des donneurs comparé aux atomes accep-teurs.

Justification : Aide à l’apprentissage de la concentration de porteurs, du dopage des donneurs et des atomes receveurs.

Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html.

4 octobre 2007 Résumé : Les étapes de fabrication d’une paire métal-oxyde-semiconducteur

(MOS), d’un transistor à effet de champ (TEC) et d’un transistor bipolaire à jonctions sur une tranche de silicium sont illustrées dans cet applet. Les quatre touches, « first », « previous », « next » et « last » vous permettent de voir les fonds d’images à différentes étapes de la fabrication du dispositif. La touche « animate_next » vous montre les séquences temporelles de la vitesse de fabrication étape par étape. La capacité d’animation vous enseigne très clairement les étapes physiques impliquées. Les étapes de fabrication d’un semiconducteur comprennent plusieurs étapes physiques, chimiques et ther-miques. Cet applet vous permettra de les comprendre.

Justification : Ressource d’apprentissage utile.

Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet. html.

4 octobre 2007 Résumé : Cette ressource présente un applet qui calcule et détermine les ca-

ractéristiques sortantes d’un transistor MOS canal N (mode d’enrichissement). Essayez de changer la gamme de la tension drain source et (ou) la valeur de départ de la polarisation de seuil (« début ») ou d’autres valeurs et voyez le


changement du courant drain comparé à la polarisation drain. Justification : Ressource utile pour l’apprentissage du calcul et de la déter-

mination des caractéristiques sortantes d’un transistor MOS canal N.

Liens utiles

Titre : MOSFET amplifier

Adresse URL : http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Com-puter-Science/6-002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 4 octobre 2007

Résumé : Contient des diapositives de lecture accompagnant des vidéos de lecture et des descriptions de démonstrations en direct montrées par un ins-tructeur.

Titre : BJT and FET transistors

Adresse URL : http://www.nhn.ou.edu/~bumm/ELAB/Lect_Notes/BJT_FET_transitors_v1_1.html.

3 octobre 2007 Résumé : Ce site fournit du bon matériel de lecture sur les transistors bipo-

laires à jonctions et sur les TEC.Titre : Bipolar junction transistor.

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Common_collector. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit du très bon matériel de lecture sur la structure des transis-tors NPN, les transistors PNP, les transistors bipolaires à hétérojonction, les circuits de transistors et les applications des transistors.

Titre : CMOS.

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/CMOS. 4 octobre 2007 Résumé : Fournit du bon matériel de lecture sur la structure du circuit NON-

ET, de la commutation d’alimentation et de la fuite d’énergie.Titre : Common Source

Adresse URL http://en.wikipedia.org/wiki/Common_source. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit des lectures sur les caractéristiques de la largeur de bande.Titre : JFET.

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/JFET”. 4 octobre 2007. Résumé : Fournit du bon matériel de lecture sur la structure, la fonction, les

symboles schématiques du TEC et une comparaison avec d’autres transis-tors.


Description détaillée de l’activité

Dans cette section, on présente un mélange de la théorie et des instructions sur ce que l’apprenant devrait faire pendant l’apprentissage de ce module. On suggère à l’apprenant de terminer chaque section complètement avant d’aller à la prochaine section ou activité. Pour chaque section, on conseille à l’apprenant de consulter les références recommandées. Ceci est important puisque les instructions et activités décrites sont en formes brèves.

Activité 2.1 Façon dont un transistor bipolaire à jonctions fonctionne

Dans cette section, vous apprendrez la façon dont le transistor bipolaire à jonctions fonctionne et les clés d’apprentissage incluront que :

(i) Un transistor bipolaire à jonctions consiste en trois zones de semiconducteurs dopés différemment, une zone émettrice, une zone de base et un collecteur. Ces régions sont respectivement, type p, type n et type p dans un transistor PNP,

Figure 2.1 (a), et type n, type p et type n dans un transistor NPN, Figure 2.1

(b). Chaque zone de semiconducteur est connectée à un terminal, étiquetée

de façon appropriée : émetteur (E), base (B), et collecteur (C).(ii) Un transistor bipolaire à jonctions peut être utilisé pour développer ou changer

les applications.(iii) Les transistors bipolaires sont appelés ainsi puisque leur fonctionnement

nécessite les électrons et les trous.(iv) Bien qu’une petite partie du transistor courant soit causé par le débit des por-

teurs majoritaires, la majorité du transistor courant est causé par le débit des porteurs minoritaires. Les transistors bipolaires à jonctions sont donc classés comme étant des dispositifs porteurs minoritaires.

Transistor PNP Transistor NPN

Figure 2.1 Symboles schématiques des transistors bipolaires à jonctions de type PNP et NPN

(v) La flèche dans le symbole du transistor est sur la jambe émetteur et pointe dans la direction de l’intensité de courant habituelle lorsque le dispositif est en mode avant actif.


ÉlectronsTrousRecombinaison

Figure 2.2 Transistor bipolaire à jonctions NPN BJT avec jonction E–B polarisée dans le sens direct et jonction B C polarisée en inverse

(vi) Dans le fonctionnement habituel d’un transistor NPN, la jonction base émetteur est polarisée dans le sens direct et la jonction base collecteur est polarisée en inverse. Voir la figure 2.2.

NB. Dans la figure 2.2, la tension entre E et B est définie comme BEV et entre C

et B comme CBV . L’importance de ces indices est que la base est positive en ce qui concerne l’émetteur et que le collecteur est positif en ce qui concerne la base.

(vii) Lorsqu’une tension positive est appliquée à la jonction base émetteur, l’équilibre entre les porteurs générés thermiquement et le champ électrique répulsif de la déplétion devient instable, ce qui permet aux électrons excités thermiquement de s’injecter dans la zone de base. Ces électrons se répandent à travers la base à partir de la zone de haute concentration près de l’émetteur vers la région de basse concentration près du collecteur.

(viii) Les électrons dans la base se nomment les porteurs minoritaires puisque la base est dopée type P. Les trous sont donc les porteurs majoritaires dans la base.

(ix) La zone de base du transistor doit être mince pour que les porteurs puissent se répandent à travers celle-ci en beaucoup moins de temps que la durée de vie des porteurs minoritaires d’un semiconducteur, afin de minimiser le pourcentage de porteurs qui se reforment avant d’atteinde la jonction base collecteur.

(x) La jonction base collecteur est polarisée en inverse. C’est pourquoi seulement une petite quantité d’injection d’électrons se produit à partir du collecteur jusqu’à la base. Par contre, les électrons qui se répandent à travers la base vers le collecteur sont balayés dans le collecteur par le champ électrique dans la zone désertée de la jonction base collecteur.


Activité 2.1.2 Définitions des concepts clés

(i) Émetteur- Il est plus fortement dopé que n’importe quelles autres zones puis-que sa fonction principale est de fournir des porteurs de charge majoritaires à la base.

(ii) Base- Elle forme la zone du milieu du transistor. Elle est très fine comparée à l’émetteur ou au collecteur et est légèrement dopée.

(iii) Collecteur- Sa fonction principale est de rassembler les porteurs de charge venant de l’émetteur et de les faire passer à travers la base.

(iv) La structure de NPN et du transistor bipolaire à jonctions est démontrée dans la figure 2.3.

Figure 2.3. Structure de NPN et du transistor bipolaire à jonctions

(v) Le collecteur est beaucoup plus large que l’émetteur puisqu’il doit dissiper beaucoup plus d’énergie et rassembler la plupart des nouveaux porteurs de charge.

Tâche 2.1

Utilisez “http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor, (7 octobre 2007), et Theraja; et écrivez de brefs commentaires sur :

(i) les transistors PNP(ii) la façon dont les transistors sont construits(iii) les propriétés pratiques physiques principales du transistor NPN et du tran-

sistor bipolaire à jonctions(iv) Les cinq zones distinctes du fonctionnement du transistor bipolaire à jonctions :

en activité; inversée ; saturation ; coupure et Avalanche ventilation région.


Activité 2.1.3 Tension, courant et contrôle de charge

(a) En utilisant la référence “http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transis-tor, (7 octobre 2007) vous apprendrez que le courant collecteur émetteur :

(i) peut être vu comme étant contrôlé par le courant base-émetteur (régulation de courant), ou

(ii) par la tension base-émetteur (régulation de tension).(iii) Ces vues sont liées à la relation courant-tension de la jonction base-émet-

teur.(iv) L’explication physique pour le courant collecteur est la quantité de porteurs

de charge minoritaires dans la zone de base.(v) Dans un modèle de circuit linéaire, la vue de la régulation de courant est souvent

préférée puisqu’elle est à peu près linéaire. Le courant collecteur est environ

βdc (voir équation 2.2) fois le courant de base. Le modèle de régulation de tension recquiert une fonction exponentielle pour être pris en compte.

Activité 2.1.4 Configuration de transistor

Dans cette section, vous apprendrez sur les trois types de connexion d’un transistor bipolaire à jonctions

1. Il y a trois types de circuits de connexion pour faire fonctionner un transistor, comme démontré dans la figure 2.4.

(a) base commune BC; (b) émetteur commun EC;et (c) collecteur commun CC.

VB =VT loge

Na Nd

ni2 18( )

C

CEB

B

I/P

O/P

I/P

B

E

O/P I/P

EO/P

(a) (b) (c)

où I/P est l’entrée; O/P est la sortie.

Figure 2.4 Trois types de circuits de connexion du transistor bipolaire à jonctions


Le terme « commun » est utilisé pour indiquer l’électrode commune à l’entrée et à la sortie.

2. Pour une démonstration d’un amplificateur émetteur commun, visitez le http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Amplifier.htm: 7 août 2007

vVariez les différentes composantes le plus possible et observez et notez la variation des sorties.

3. Transistor NPN polarisé : http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Cir-cuit04.html. 6 août 2007

4. Amplificateur transistor bipolaire à jonctions analyse applet : http://jas.eng.buffalo.edu/education/ckt/bjtamp/index.html 6 août 2007.

Activité 2.1.5 Transistors en circuits

Dans cette section, on vous fournit des notes de base sur le comportement et les ca-ractéristiques des transistors bipolaires à jonctions connectés en circuits. Pour bien suivre ce qui se passe, vous devez lire ceci ainsi que les références fournies.

Figure 2.5 Transistor NPN en utilisation

1. Vous devez prendre note que dans un circuit transistor :

(i) Les différents potentiels sont désignés par des indices doubles. Le premier indice représente toujours ce qui est le plus positif. Par exemple, dans la fi-gure 2.5, le potentiel de différence entre l’émetteur et la base est écrit comme

BEV (et non EBV ) puisque la base est positive en ce qui concerne l’émetteur.(ii) Le transistor conduit un courant appréciable (de l’ordre de 1 mA) deC à E,

seulement si BEV est au-dessus d’une tension de seuil parfois appelée tension de fermeture, laquelle est environ 600 mV pour les transistors au silicium bipolaires à tension.


(iii) Cette tension appliquée cause la jonction PN la plus basse pour l’allumage, permettant le flux d’électrons à partir de l’émetteur jusqu’à l’intérieur de la base.

(iv) À cause du champ électrique qui existe entre la base et le collecteur (causé par), la plupart de ces électrons traversent la jonction PN dans le collecteur

pour former le courant collecteur, CI . Le reste des électrons se recombinent avec les trous, les porteurs majoritaires dans la base, produisant un courant

à travers la connexion du socle pour former le courant de base, BI . Comme

démontré dans le diagramme, le courant émetteur, EI , est le total du courant de transistor qui est la somme des autres courants finaux. Ceci est :

(v) E C BI I I= +(vi) En temps normal, les courants circulant dans le transistor sont considérés

comme positifs alors que ceux qui circulent à l’extérieur de celui-ci sont

considérés comme négatifs. D’où, EI est positif alors que BI et CI sont négatifs.

2. Points d’apprentissage importants

Les quatre points de base concernant les transistors en circuits sont :

i. Le courant classique circule le long de la flèche tandis que les électrons cir-culent contre elle;

ii. La jonction /E B est toujours polarisée dans le sens direct;

iii. La jonction /C B est toujours polarisée en inverse;

iv. E C BI I I= +

Activité 2.1.6 Transistor « alpha » et « bêta »

1. Vous devez apprendre des termes importants, utilisés relativement aux transistors. Les principaux concepts à apprendre sont que :

(i) L’efficacité d’un transistor bipolaire à jonctions est mesurée à l’aide de la pro-portion d’électrons capable de traverser la base et d’atteindre le collecteur.

(ii) Le dopage élevé de la zone émetteur et le dopage léger de la zone de base provoquent beaucoup plus d’électrons à être injectés de l’émetteur jusque dans la base que de trous à être injectés de la base jusqu’à l’émetteur.


(iii) Le gain en courant émetteur commun est représenté par βbc ou hfe . Il est

environ le rapport du courant collecteur CC au courant de base CC en activité et en configuration émetteur commun et est plus grand que 100.

(iv) Un autre paramètre important est le gain en courant base commune, adc . Il est environ le gain en courant de l’émetteur ou collecteur en configuration base commune. Ce rapport a habituellement une valeur près de l’unité; 0,98 et 0,998. Alpha et bêta sont plus précisément liés aux identités suivantes (transistor NPN) :

a

dc=

I C

I E

(2.1)

βdc =

a F

1-a F (2.2)

vPour des applets de démonstration de transistors bipolaires à jonctions, visitez le http://jas.eng.buffalo.edu/. 6 août 2007

Pour les étapes de fabrication d’un TEC et d’un transistor bipolaire à jonctions : http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 6 août 2007

Pour un gain de courant élevé, la plupart des porteurs injectés dans la jonction base émetteur doivent venir de l’émetteur.

(i) De petits changements dans l’intensité appliquée à travers les terminaux base émetteur provoquent de grands changements au courant qui circule entre l’émetteur et le collecteur. Cet effet peut être utilisé pour amplifier l’inten-sité ou le courant entrant. Les transistors bipolaires à jonctions peuvent être perçus comme des régularisateurs d’intensité de courants sources, mais sont plus simplement caractérisés comme des régularisateurs de courants sources ou de courants amplificateurs, à cause de la faible impédance à la base.

(ii) La plupart des transistors bipolaires utilisés de nos jours sont NPN, puisque la mobilité d’électrons est plus grande que la mobilité de trous dans un semi-conducteur, permettant de plus grands courants et un fonctionnement plus rapide.

1. Un CA a ac pour un transistor en configuration BC, est le rapport de changement dans le courant collecteur au changement dans le courant émetteur.

a ac =

-ΔI C

ΔI E (2.3)


Il est également connu sous le nom de gain de court-circuit d’un transistor et s’écrit

-hfb

2. De la même façon, βac en configurations est donné par les équations (2.4).

βac = hfe =

ΔI C

ΔI B

( )2.4

Exemple : 2.1

Dans une configuration BC, BI et EI dans un transistor sont 1,5 mA et 30 μA .

Calculez les valeurs de a et CI .

Solution

I C = I E - I B = 1.5×10-3 - 30 ×10-6 = 1.47 mA

a =

I C

I E

=1.471.5

= 0.98

Exemple 2.2 Analyse de configuration d’un collecteur commun

BI

CI

PNP

EI

CI

NPN

BI

IE

(a) (b)

Figure 2.6 Analyse de configuration d’un collecteur commun


Prenez note que l’entrée est appliquée entre la base et le collecteur, tandis que la

sortie sort de l’émetteur collecteur dans la figure 2.4. BI est le courant entrant. D’où le gain de courant est donné par l’équation 2.5

I E

I B

=I E

I C

⋅I C

I B

=βa

=β

β / 1+ β( )

∴

I E

I B

= 1+ β( ) ( )2.5

D’où, le courant sortant, I E = 1+ β( ) × courant entrant

Dans les figures 2.6 (a)et (b), E B CI I I= + .

Pour une démonstration d’un émetteur amplificateur commun (démonstration de son fonctionnement), voir :

http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm. 10 août 2007

http://www.educypedia.be/electronics/composemiconductors.htm. 10 août 2007

Sommaire de l’activité d’apprentissage

Rappelez-vous que les relations entre les courants à transistor sont :

i( )

a =

I C

I E

; β =I C

I B

; a =β

1+ β( );and β =

a

1-a( )

(2.6)

À partir de l’équation(2.6)vous devriez être capable de démonter que :

( )a I C =

β1+ β

I E

(b) I B = 1-a( ) I E

(c)

I E =

I B

1-a( ) et que


Les trois courants CC à transistor sont dans les rapports suivants :

(d) I E : I B : I C = 1: 1-a( ) :a

Activité 2.1.7 Courants de fuite dans un transistor

COI

N NP

CIEI

PNP

EEV

( )1B E COI I I=

EI

CCV( )1 EI

C EI I=

COIEEV

( )1B E COI I I=

EI

CCV( )1 EI

C EI I=

(a) (b)

Figure 2.7 Courants de fuite dans un transistor

Dans les figures 2.7 (a) et (b), CCV est la tension d’alimentation, e EEV est la ten-

sion émettrice. Dans les deux circuits, on voit que EI se sépare en deux parties, à savoir :

(i 1-a( ) I E qui devient le courant de base BI , dans le circuit extérieur et

(ii) a I E qui devient le courant collecteur CI , dans le circuit extérieur.

Bien que C/B soit polarisé en inverse pour les porteurs majoritaires, dans la fi-gure 2.7

(a) il est polarisé en direct pour les électrons générés thermiquement, lesquels

sont des porteurs minoritaires. Ceci est attribué au courant de fuite CBOI , le-

quel circule dans la même direction que le courant collecteur majoritaire CI ,

même si EEV est déconnecté. CBO veut dire « Collecteur base avec émetteur ouvert ».


Prenez note que CBOI , est dépendant de la température puisqu’il est fait de porteurs minoritaires générés thermiquement. Si le courant dû aux porteurs minoritaires est pris en compte,

I C = a I E + I CBO ( )2.7 = majorité + minorité

Activité 2.1.8 Caractéristiques statiques du transistor

Dans cette section, les trois caractéristiques importantes du transistor bipolaire à jonctions sont décrites. Étudiez les notes fournies, ainsi que les références, afin de comprendre les concepts. Vous apprendrez qu’un transistor a trois caractéristiques importantes : caractéristiques d’entrée, caractéristiques de sortie et caractéristiques de courant fermé.

Utilisons la figure 2.8 pour en apprendre davantage sur ces caractéristiques.

Caractéristiques statiques base commune

BEV

B

E

CI

EEV

2R

CCV1RCBV

EIC

Figure 2.8 Caractéristiques statiques base commune

(1) Caractéristiques d’entrée

Cela donne une variation de EI avec BEV lorsque CBV est constant.

(i) Utilisez les références mises à votre disposition et décrivez la façon dont les

séries de valeurs EI et BEV sont obtenues lorsque CBV est constant.

(ii) Dessinez un graphique démontrant les variations de EI avec BEV pour diffé-

rentes valeurs de CBV


(iii) Dans un graphique donné, une résistance à l’entrée inR , est obtenue à partir de l’inversion de la pente, p.ex.,

Rin =

1ΔI E / ΔVBE

=ΔVBE

ΔI E

( )2.8

Prenez note que la variation dans Rin avec VBE donne habituellement lieu à une dis-torsion des signaux.

(2)Caractéristiques de sortie : (mieux assimilées à l’aide d’expériences)

Ceci est une relation démontrant la variation de CI avec CBV lorsque EI est constant.

(i) L’activité 2.1.8 peut être faite entièrement de façon expérimentale. Prenez les composantes de la figure 2.8 et faites cette activité de manière pratique.

(ii) Afin d’obtenir les caractéristiques de sortie, notez les valeurs correspondantes

de CI et CBV pour différentes valeurs de EI .

(iii) Vous devriez être en mesure de remarquer que la petite quantité de CI circule

même lorsque EI =0.

(iv) Utilisez les caractéristiques obtenues pour trouver a ac du transistor.

Points d’apprentissage

(i) Au-delà d’une certaine valeur, CEV , CI augmente rapidement à un quasi-niveau de saturation dû à un claquage par avalanche. Cela peut endommager le transistor.

(ii) La petite quantité de IC qui circule même lorsque IE =0 est la fuite du courant

collecteur CBOI .

(iii) L’inverse de la partie horizontale près des caractéristiques donne la résistance

plaque, outR du transistor quelle offrirait au signal d’entrée.


(3)Caractéristiques de transfert de courant

Ceci est la relation montrant la variation de CI avec EI lorsque CBV est constant.

(i) Écrivez la façon dont vous pouvez obtenir les valeurs correspondantes de CI

et EI lorsque CBV est constant.(ii) Les caractéristiques de transferts typiques sont calculées en utilisant le dia-

gramme de la figure 2.9.

mA

mA

CI

EI

EIΔ

CIΔ

La pente == a

ac=ΔI

C

ΔIE

Figure 2.9 Caractéristiques de transfert de courant

(iii) Si vous avez fait cette activité de façon pratique, déterminez les valeurs de

a

ac=ΔI

C

ΔIE

.


Tâche 2.3 Lectures approfondies et prise de note

Répétez l’activité 2.1.8 pour

(a) Les caractéristiques statiques d’un émetteur commun

(b) Les caractéristiques statiques d’un collecteur commun

Activité 2.1.9 Différentes façons de dessiner des circuits de transistor

Le concept important à retenir ici est les différentes façons dont différents transistors peuvent être dessinés. Le point important à se rappeler est que dans un transistor NPN, le collecteur et la base doivent tous les deux être positifs en ce qui concerne l’émetteur.

Les figures 2.10 et 2.12 démontrent la façon dont la tension d’alimentation peut être représentée avec un seul terminal de la pile. L’autre terminal est présumé être relié à la terre de façon à fournir un chemin complet au courant.

(i) Configuration base commune

PNPERLR

20K

10V

EBV10K

CCV

25V

EI

BCVEBV

CIEI

LR10K20KER

25CCV V=10EEV V= +

PNPCB

+

+

B

VCE

(a) (b)

Figure 2.10 Configuration base commune

Fig. 2.10

(a) peut être redessiné tel que montré dans la figure 2.10 (b) dans laquelle le pôle

négatif CCV et le pôle positif EEV sont supposés être reliés à la terre.


(ii) Configuration émetteur commun

BR

1M

BBV 10V

BEV

LR 10K

C CV 20V

C EV

EI

CI

BI

( )a

C EV

BEV

CI

BI

o

o

LR

10K

1M

BR

CCV+

BBV+

NPN

EI

( )b

NPN

Figure 2.11 Configuration émetteur commun

Une façon plus populaire d’indiquer les tensions d’alimentation dans la figure 2.11(a)est donnée dans la figure 2.11 (b). Puisque le collecteur et la base sont tous les deux positifs en ce qui concerne l’émetteur, une seule pile peut être utilisée.

• Dessinez un nouveau circuit pour 2.11 (b)dans lequel il n’y a qu’une seule pile.

(iii) Configuration collecteur commun

BI

CI

+

+ + + +

NPN

CICBVBBV

EEV

BR

EREI

CEV

-

+

++++

CBVCEV

NPNBR ER

EIBI

(a) (b)

Figure 2.12

Les tensions d’alimentation dans la figure 2.12 (a) pour une configuration CC peuvent être redessinées comme démontré dans la figure 2.12 (b)


Exemples de numérisation

• Calcul des tensions et des courants dans les circuits

Étudiez la figure 2.10 (b) . En commençant par le sol et en appliquant la loi de Kirchoff pour la partie gauche du circuit, nous avons

( )a -VBE - I E RE +VE E = 0 ⇔ I E =

VE E -VBE

RE

Pour Si, 0.7BEV = V ∴ I E =

10 - 0.720

= 0.465mA

Dans la plupart des cas EE EV V?

D’où

I E ≅

VE E

RE

=1020

= 0.5 mA

(b) I C = a I E ≅ I E = 0.5mA

• Nommez les raisons de cette approximation.

(c) De la même façon, le circuit de droite et en commençant par le sol, nous avons

VCB = VCC - I C RL ≅ VCC - I E RL = 25- 0.5×10 = 20 V


Activité 2.2 Transistors à effet de champs (TEC )Vous apprendrez que :

(i) Les transistors à effet de champ sont aussi des dispositifs à trois pôles qui sont grandement utilisés dans les circuits intégrés linéaires et numériques.

(ii) Dans un TEC, un seul porteur de charge est impliqué dans son action, l’électron ou le trou positif. Pour cette raison, le TEC est apellé transistor unipolaire.

(iii) Il y a deux types communs de transistor à effet de champs : le transistor à effet de champ à jonctions (JFET) et le transistor à effet de champ métal-oxyde semi-conducteur (transistor MOS).

(iv) Un des avantages qu’a le TEC sur le transistor bipolaire à jonctions est une impédance d’entrée très élevée.

Activité 2.2.1 Action d’un JFET

Canal de type N

o +

o -

•

p-type g ate region

D G

S N

Figure 2.13 Canal de type N

Les caractéristiques de la figure 2.13 incluent :

(i) S et D sont deux connections appelées source et drain respectivement. Lors-que celles-ci sont connectées à une alimentation électrique CC, les électrons circulent à travers le canal à partir de la source S, jusqu’au drain D.

(ii) Une zone de type P appelée grille, G lequel est allié dans le canal C qui est la régularisation d’électrode d’entrée.

Pour une démonstration, voir : http://jas.eng.buffalo.edu/education/pn/biasedPN/in-dex.html.

8 août 2007

JFET canal N : http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/jfet. html

JFET : http://jas.eng.buffalo.edu/education/jfet/index.html#. 8 août 2007

Région de grille de type P


Tâche 2.4 Prise de note

(a) Écrivez de brefs commentaires sur la formation de zones désertées lorsque la grille G est rendue négative en ce qui concerne le canal N, tel que démontré dans la figure 2.13.

(b) Décrivez la façon dont l’ampleur d’une intensité donnée détermine la largeur de la couche désertée, la résistance du canal et la valeur du courant drain.

(c) Dessinez les symboles d’un TEC et des circuits de base CC pour les canaux N et P.

(d) Dessinez les caractéristiques d’un TEC pour démontrer que la résistance

plaque CA dr , est la pente de la sortie, où les niveaux de courant sont fermés. Ceci est :

(i) a.c. résistance plaque, dr =

δVDS

δ I D

lorsque GSV constant (2.9)

(ii) Utilisez également les caractéristiques mutuelles pour démontrer que la conductance mutuelle en lien avec la sensibilité de la grille qui régularise le courant drain est donnée par l’équation 2.10. Ceci est :

Conductance mutuelle, gm =

δ I D

δVGS

lorsque DSV est constant (2.10)

Activité 2.2.2 Pinch Off

Le concept principal que vous apprendrez ici concerne la relation entre la région désertée et les changements de potentiel entre S et D.

g

Pinch -off poin t chann el

o +

o -

•

Depl etion regio n region

D

G

S

Figure 2.14 Montre le pinch-off

Point Pinch-off

Zone désertée


Observations faites :

1. À mesure que la distance à partir de S vers D augmente :

(i) Le potentiel de canal devient plus positif;(ii) Le p.d inverse entre la grille et le canal augmente vers D et (iii) La largeur du canal entre la zone désertée ainsi que la longueur de la grille

diminuent.

2. L’augmentation de l’intensité positive sur le drain fait en sorte que les zones désertées se rassemblent à la fin du drain, d’où le pinching-off du courant à une certaine valeur.

Exemple de numérisation

(i) Utilisez les figures 2.15 (a) et (b) pour calculer la valeur de dr lorsque GSV est

-2 V et la valeur de la conductance mutuelle mg lorsque DsV est 6 v et GSV S est -2 V.

1.5GS

V Vδ =

3

2

1

6DSV V=

-1 -2 -3

DI

GSV

Figure 2.15

À partir de l’équation 2.9, rd =

δVDS

δ I D

=

8V0.2mA

= 40kΩ


À partir de l’équation 2.10, gm =

δ I D

δVGS

⇔ gm =

2mA1.5V ; 1.3 mA/V

Activité 2.2.3 TEC circuit équivalent CA

sign al iV

iV

m i

m gs

g V

g V

=

D

S

DR

dr

1M Ω

DR

-

+9V

0V

0.1 Fμ

0V

( )b FET equivalen t

circ uit ( )a Basic FET am plifier circu it (a) Circuit amplificateur TEC de base (b) Équivalent TEC

Figure 2.16

Vous apprendrez que dans un TEC

(i) Une très petite quantité de perte circule entre la source et la grille.

(ii) Courant source = Courant drain.

(iii) La capacité grille à source est beaucoup plus petite que dans le transistor bipolaire à jonctions.

Illustration d’un circuit amplificateur TEC de base.

(i) Dans la figure 2. 16 (a) l’objectif du condensateur est d’isoler le signal source à partir de la grille, aussi longtemps que CD est concerné.

(ii) La valeur de la capacité C doit être assez grande pour faire diminuer le si-

gnal. Dans ce cas, la valeur de la fréquence f est calculée pour C = 0.1 μF et

réactance X C = 1 MΩ ,comme ce qui suit.

X C =

12π fC

= 106


f =

1

2π × 0.1×10-6 ×106= 1.6 Hz.

Circuit équivalent CA

Le circuit équivalent de la figure 2.16 (a)donné dans la figure 2.16 (b)est dessiné après avoir identifié que :

(i) DR est connecté entre le drain et la source.

(ii) La résistance plaque dr , dans un TEC entre le drain et la source est parallèle

à DR .

(iii) La tension du signal iV ou gsV développe un courant de signal d m gsI g V=

lequel se divise entre dr et DR .

Activité 2.2.4 Gain en tension et moyenne fréquence

Le rayon moyen des fréquences en bande a.f. s'étend entre 300 Hz et 5000 Hz.

Gain en tension iV

Ventreedsignalsortiedesignal

Av 0

'==

0V et iV sont valeurs r.m.s.

À partir de la figure 2.16 (b),

0 d m gsV I R g V R= =

où d D

d D

r RR

r R=

+ dr et DR sont en parallèle.

0 ,ds i gsV V and V V= =


⇒

V0

Vi

= Av = gmR

Exemple numérique

Un transistor à effet de champ ayant mg = 4 mA/V et dr =60 kΩ est utilisé avec un drain de résistance de charge 30 dans un amplificateur de tension a.f. Trouvez le gain en intensité.

Solution

R =

rd RD

rd + RD

=30 × 6030 + 60

= 20 kΩ

Av = gmR = 4 × 20 = 80

Tâche 2.5 Prise de note et lecture approfondie

Utilisez les références et écrivez de brefs commentaires sur

(i) La sortie et l’angle de phase de sortie(ii) La polarisation de la grille(iii) Les calculs de la ligne de charge

Activité 2.2.5 Transistor MOS

1. Structure

(i) Le transistor MOS est une forme d’EC où la grille est isolée à partir du canal par une mince couche d’oxyde de silicium, tel que montré dans la figure Fig. 2.17.

(ii) Par conséquent, dans un transistor MOS,

- Aucun courant de fuite entre la grille et le canal ne se produit et- La résistance d’entrée est de centaines de mégohms.


D G S

N-channel

Base

P-substrate

Silicon oxide

Figure 2.17 Construction d’un transistor MOS (type déserté)

Prenez note que la grille est associée avec l’effet de capacité à travers l’oxyde et le canal. Lorsqu’une tension positive est fournie à la grille, un champ est mis en place à travers l’oxyde qui attire les électrons vers la région de grille. Cette conduction a lieu entre la source et le drain. Le degré de conduction dépend de la positivité de la grille en ce qui concerne la source.

• Pour les caractéristiques de sortie d’un canal N d’un transistor MOS, voir : http://jas.eng.buffalo. edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet.html.

10 août 2007

Tâche 2.6 Prise de note et lecture approfondie

Utilisez les références et complétez les notes sur :

- Les caractéristiques de sortie courbent lorsque l’ampleur d’une tension positive dans un transistor MOS est variée.


Auto-évaluation 2

1. Continuez l’analyse d’EC et montrez que a = 1 / 1+ β( ) .

Conseil : Écrivez tout d’abord la relation pour βdc en rapport au collecteur et aux courants de base.

2. Montrez que dans une configuration CC

Courant de sortie = 1+ β( ) × courant d’entrée

3. En référence à un transistor

(a)Montrez que

I C =

a I B

1-a( )+

I CBO

1-a( ) et

(b)De la même façon, montrez que I B = 1-a( ) I E - I CBO

(c)Répétez l’activité 2.1.7 pour un circuit EC


Activité 3 : Amplificateurs opérationnels

Vous aurez besoin de 10 heures pour terminer cette activité. Seulement des instructions de base vous sont fournies pour vous aider à faire cette activité.


Dans cette activité, vous devrez :

i. Expliquer la construction d’un amplificateur opérationnel etii. dessinez, analyser et synthétiser des circuits d’amplificateur opérationnel.

Sommaire de l’activité d’apprentissage

Cette activité concerne l’apprentissage de propriétés générales d’un amplificateur opérationnel, des principes derrière son fonctionnement et des applications dans le calcul classique, notamment l’addition, la soustraction, la multiplication, la division, l’intégration et la différenciation. Des équations pertinentes sont dérivées et utilisées pour résoudre les problèmes de numérisation.


Lecture 1 : Electronics WIKIBOOKS

Référence : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 octobre 2007 Résumé : Les sujets couverts dans cette lecture incluent : les circuits ana-

logiques, les circuits numériques, les éléments des circuits numériques, l’architecture d’un ordinateur, les convertisseurs analogique à numérique et numérique à analogique.

Justification : Cette lecture couvre adéquatement le cours de base en élec-tronique résumé dans cette activité.

Lecture 2 : Operational Amplifier WIKIBOOKS

Référence : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amp. 5 octo-bre 2007

Résumé : La lecture 3 inclut : les amplificateurs, l’amplificateur opération-nel, la notation, le processus de construction rapide, les amplificateurs opé-rationnels idéaux, la configuration de base d’amplificateurs opérationnels, la configuration avancée des amplificateurs opérationnels et l’amplificateur opérationnel réel.

Justification : Fournit la plupart des lectures obligatoires sur l’amplificateur opérationnel, nécessaires pour ce cours.



Référence : http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 3 oc-tobre 2007

Résumé : Cette ressource traite de l’amplificateur inverseur où la tension source est allumée afin de regarder le circuit pour différentes valeurs des résistances et (ou) le gain en boucle ouverte de l’ampli-op.

Justification : Dans le cas (normal) d’un grand gain en boucle ouverte d’un ampli-op (habituellement >100 dB) le mécanisme de réaction forcera le ter-minal inverseur de sortie à être pratiquement mis au sol. Dans cette limite, le facteur d’amplification de la boucle fermée du circuit sera déterminé par les valeurs de résistances seulement.

Liens utiles

Titre : Operational amplifier.


Résumé : Contiennent des diapositives de lecture accompagnant des vidéos de lecture et des descriptions de démonstrations en direct montrées par un instructeur.

Titre : OP-Amps.

Adresse URL : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amps”. 4 octo-bre 2007.

Résumé : Fournit du bon matériel de lecture sur les amplificateurs, l’ampli-ficateur opérationnel, la notation, les amplificateurs opérationnels idéaux, les configurations de base des amplificateurs opérationnels, et les amplificateurs opérationnels réels.

Titre : Operational Amplifier.

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 4 octo-bre 2007

Résumé : Contient du bon matériel de lecture sur l’amplificateur opérationnel. Les sujets incluent : l’opération de base, l’amplificateur opérationnel de base, l’amplificateur opérationnel idéal, les limites de l’amplificateur opérationnel réel, les notations, l’utilisation de la construction des systèmes électroniques, le comportement du CD, le comportement du CA, le circuit amplificateur non inversé de base, la circuiterie d’un amplificateur opérationnel de type 741 et les applications communes.


Activité 3.1 Conception d’un amplificateur opérationnel

En utilisant des références telles : http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_ampli-fier

6 août 2007.

Vous apprendrez que l’amplificateur opérationnel :

(i) Est habituellement nommé ampli op et son symbole graphique habituel est montré dans la figure 3.1

(ii) A deux entrées et une sortie, où on assume que les entrées ont une impédance très élevée et que le courant négligeable circule donc à l’intérieur ou à l’ex-térieur des entrées.

(iii) A une sortie régularisée par une contre-réaction dans l’usage ordinaire.

(iv) A une tension de sortie d’entrée déterminée par la contre-réaction causée par le gain élevé de l’amplificateur.

(v) Cela signifie qu’un ampli-op peut livrer un courant infiniment grand à la charge ou au circuit auquel il est connecté.

(vi) Fait tous les calculs classiques possibles, notamment l’addition, la soustrac-tion, la multiplication, la division, l’intégration et la différenciation.

Où :

V+

+ : entrée non inverseuse

V- : entrée inverseuse

Vout

: sortie

VS+

: alimentation électrique positive (parfois aussi VDD

, VCC

, ou VCC +

)

VS-

: alimentation électrique négative (parfois aussi VSS

, VEE

, ou VCC-

)

d

SV-

V _S

V-

V _

V+

V +

outV

d

d

d d

+

_

SV+

Figure 3.1. Symbole graphique pour un ampli-op


Le type d’ampli-op le plus commun est le « 741 ». Il a huit jonctions p-i-n. La fi-gure 3.2 donne leur apparence physique.

Figure 3.2. Apparence physique typique d’un ampli op 741

Activité 3.2 Circuit amplificateur non-inverseur


La tension de sortie est la différence entre les entrées + et - multipliée par le gain en

boucle ouverte : Vout = V

+-V

-( )* Avo .

inV +

outV

+

_

inV

outV

+

(a)Amplificateur inverseur (b)Amplificateur non-inverseur

Figure 3.3 Circuits amplificateurs de base inverseur et non-inverseur

(i) Si un ampli-op est connecté comme dans la figure 3.3 (a)et (b), le rap-

port de /out inV V sera très élevé. Ceci se nomme le gain en boucle ouverte. Lorsqu’un ampli-op fonctionne sans branchement à une résistance ou à un condensateur à partir de sa sortie (p.ex., sans réaction), il est dit être en condi-tion de boucle ouverte. Le mot « boucle ouverte » signifie que le parcours ou la boucle de réaction est ouvert.


(ii) Dans un arrangement non-inverseur, la sortie 0V , est en phase avec la tension d’alimentation est une copie amplifiée exacte de l’entrée, mais

(iii) Dans ce cas d’arrangement inverseur, la tension d’alimentation est exactement opposée, copie amplifiée, p.ex., la tension de sortie est 180 degrés déphasés avec la tension d’alimentation.

Tâche 3.1 Lecture approfondie et prise de note

Utilisez les références suivantes :

1. “http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 12 août 2007

2. B.L Theraja and R.S. Sedha: “Principles of Electronic devices and circuits”

a. Faites des commentaires complets sur le circuit amplificateur non-inver-seur.

b. Nommez les deux « règles d’or » dans vos commentaires.c. Faites des commentaires sur la différence entre le gain en boucle ouverte et

le gain en boucle fermée.

Pour une simulation d’un amplificateur inverseur, voir :

http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 7 juillet 2007

http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Amplifier.htm

http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html

Activité 3.2.1 Contre-réaction

x

3R

1R

2R

inV outV

+

_

Figure 3.4 Contre-réaction


La contre-réaction se produit lorsqu’une petite partie du signal de sortie est réalimentée à l’entrée inverseur en utilisant l’arrangement du circuit dans la figure 3.4. Puisque

0V est de 180 0 il est déphasé de l’entrée, la réaction réduit le signal et l’amplificateur

doit amplifier et donc réduire le gain. La quantité de sorties réalimentée est générée

par 2R .

Certains des avantages à utiliser la contre-réaction sont :

1. Un amplificateur avec un gain variable presque infini peut être produit en utilisant un circuit ampli-op standard.

2. L’utilisation d’une contre-réaction améliore la gamme de fréquences dont l’am-plificateur amplifiera et améliorera la stabilité.

Certaines caractéristiques de l’ampli-op

(i) Il y a une très grande impédance entre l’entrée et le sol + et –. Idéalement, l’im-pédance est infinie, mais en pratique, elle est d’environ 2 M� . Cela assure qu’aucun courant ne circule dans les terminaux d’entrée de l’amplificateur.

(ii) Il y a zéro impédance de sortie qui assure que l’amplificateur n’est pas affecté par la charge.

Bref commentaire

ØÀ cause du gain à boucle ouverte élevé, une petite différence entre les tensions d’alimentation + et – fait monter la sortie à sa plus haute valeur, laquelle est la

tension de l’alimentation. Ceci est appelé la valeur de saturation sV puisque la sortie ne peut être plus élevée. Si la tension d’alimentation est 15 V et que le

gain à boucle est 105, alors la différence en tension 15/105 =150 μV produit

la saturation. Avec un 0V , n’importe quelle petite différence en tension 0V peut passer de +15 V à -15 V ou le contraire.

NB. Dessinez la variation de 0V avec inV pour cette observation


Pour que l’amplificateur soit utile, l’entrée – doit avoir pratiquement la même tension que l’entrée +. Dans le circuit d’amplificateur inverseur, l’entrée + est connectée au sol lequel est également 0 V, alors l’entrée – doit toujours avoir pratiquement la même tension. L’entrée – est connue sous le nom de terrain virtuel.

Activité 3.2.2 Gain d’un amplificateur inverseur

Dans la figure 3.3 l’entrée est gardée en équilibre aussi loin que possible si la résistance

3 1 2R R R= + est connectée entre l’entrée + et 0 V, en parallèle à 1 2&R R .

Puisque l’entrée + est au potentiel de la masse (terrain virtuel) le courant à travers

1R sera 1/inV R et le courant à travers 2 0 2/R V R= .

Puisque l’impédance d’entrée est très élevée, aucun courant ne peut circuler dans l’entrée –. La somme du courant à la jonction X doit donc être égale à zéro, p.ex.,

1 0 2/ / 0inV R V R+ =

⇒Vin / R1= -V

0/ R

2 ( )3.1

Mais

V0/ Vin = -R

2/ R

1= Gain

Le gain de cet amplificateur inverseur est donc = -R2

/ R1. Le signe négatif indique

que l’entrée est inverseuse. Le gain dépend de 1 2&R R . Cela signifie que le gain n’est affecté par aucun changement qui pourrait se produire dans l’ampli op, notamment un changement en gain causé par un changement de température. La contre-réaction fournit donc une stabilité.

Tâche 3.2 Lecture approfondie et bref commentaire

Utilisez les références et faites de brefs commentaires sur :

1. Le gain d’un amplificateur non-inverseur.2. Le suiveur de tension.3. La réponse de fréquence d’un circuit ampli-op.


Activité 3.2.3 Gain d’un amplificateur non-inverseur

En utilisant la figure 3.4, le gain d’un amplificateur non-inverseur est dérivé comme suit.

Figure 3.5 Gain d’un amplificateur non-inverseur

L’entrée est appliquée à l’entrée +, mais la réaction est appliquée à l’entrée –, tel que démontré dans la figure 3.5. La fraction du signal de sortie qui doit être réalimentée

à l’entrée est déterminée par le diviseur de tension 1 2&R R .

Supposons la fraction de 0V envoyée à l’entrée inverseuse (-) est fV , où

V f =

V0× R

1

R1+ R

2( ) ( )3.2

.Supposons que la différence en tension entre les deux entrées soit TV où

VT = Vin -V f . ( )3.3

Dans ce cas, TV est la tension amplifiée, p.ex.,

V0= A

0×VT . ( )3.4


0A est le gain à boucle ouverte. D’où la substitution pour TV dans l’équation (3.3) en utilisant l’équation (3.4) nous avons

Vin -V f = A

0×VT ( )3.5

Et

V f = Vin -V

0/ A

0.. ( )3.6

Encore une fois, la substitution pour fV dans l’équation (3.2) en utilisant l’équa-tion (3.6) on obtient

Vin -

V0

A0

=V

0× R

1

R1+ R

2( )

∴Vin = V

0

R1

R1+ R

2

+1A

0

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟

∴Gain =

V0

A1

=R

1+ R

2

R1

(3.7)

Since A

0; 105 ⇒

1A

0

; 0

À partir de l’équation 3.7, le gain dépend de 1 2&R R .

Exemple

Calculez la tension de sortie dans un amplificateur non-inverseur pour une entrée de

120 μV if R1 = 2.4 kΩ et R2

= 240kΩ .

Solution

Le gain d’un circuit ampli-op est donné par

2

1

2401 1 101

2.4

RA

R= + = + =


La tension de sortie est donc

V0= AV

1= 101×120μV = 12.12mV .

Activité 3.2.4 L’ampli-op comme amplificateur de sommation

Un ampli op est utilisé dans les préamplificateurs audio et les mélangeurs. Lorsqu’uti-lisé pour ajouter un certain nombre de signaux ou de tension, le circuit est appelé amplificateur de sommation, figure 3.6 Le point x est un terrain virtuel, les courants d’entrée dans le point X sont donc :

1 1 2 2 3 3/ , / , /V R V R V R

Et le courant de réaction = 0 4/V R

Par la théorie de Kirchoff

3 01 2

1 2 3 4

0V VV V

R R R R+ + + =

∴-V

0=

R4

R1

×V1+

R4

R2

×V2+

R4

R3

×V3 (3.8)

x

5R

4R

outV+

_3R

2R1R

3V2V1V

Figure 3.6 Ampli-op comme amplificateur de sommation


D’où 0V est la somme des trois entrées avec chaque entrée multipliée par un facteur

de 4 /R R , R , est la résistance à l’entrée correspondante. Le signe négatif pour 0V

indique que 0V est en opposition de phase aux entrées. Ce résultat s’applique à la tension alternative et à la tension continue et est assez utile pour un mélange de mi-crophones, puisque nous ne voulons pas qu’un microphone en affecte un autre.

Activité 3.2.5 Réaction positive, oscillateur à onde carrée ou multivibrateur astable.

Vous avez déjà appris que :

1. La contre-réaction réduit la tension différentielle à l’entrée.2. De la même façon, la réaction positive tend à faire augmenter la tension dif-

férentielle à l’entrée puisque la tension de sortie sera en phase avec la tension d’alimentation.

3. D’où la sortie atteint la tension de saturation VS

. Si le circuit d’ampli-op est conçu pour passer continuellement de +VS à –VS et de – V

S à + V

S, on obtient

une tension de sortie oscillatrice.

Un circuit avec réaction positive qui produit des oscillations à onde carrée et agit comme un multivibrateur astable est montré dans la figure 3.7.

0V 2V

1V

2R

3R 1C

+

_

1R

Figure 3.7 Réaction positive, oscillateur à onde carrée et multivibrateur astable.


Action du circuit.

Description de ce qui se produit. Lisez et suivez les instructions fournies :

Supposons C1 électriquement neutre au début et 0V à valeur positive maximale (+ V) causé par une petite tension différentielle aux entrées.

Une fraction 2V de 0V est réalimentée à l’entrée +. Par laquelle

V

2=

V0× R

2

R2+ R

3

( )3.9

0V est également réalimenté à l’entrée – à travers 1R . Cela provoque 1C (qui est

neutre au début) de sa charge à travers 1R vers +V et 1V augmente exponentiellement

avec le temps. Voir figure 3.8 (a)

(a)

(b)

Voltage

Figure 3.8 Variation de tension avec le temps

Temps

Temps périodique

Temps

Tens

ion

Tens

ion


Après un temps qui dépend de la constante de temps, C1× R

1, V1

atteint une valeur

plus élevée que 2V ; & la sortie change de façon à ce que la sortie soit –V, tel que

démontré dans la figure 3.8 (b)La réaction positive aide l’ampli-op à changer rapidement puisque 2V baisse ensuite,

le rendant beaucoup moins élevé que 1V et force donc 0V à devenir négatif encore plus rapidement. C

1 , se décharge maintenant (et commence à se décharger dans

la direction opposée) jusqu’à ce que 1V devienne moins élevé que 2V . L’ampli-op

change donc à nouveau de façon à ce que 0V redevienne positif (+V). Le cycle est ensuite répété.

La figure 3.8 (a)montre la façon dont 1V varie avec le temps et la figure 3.8 (b)montre la façon dont la tension de sortie 0V varie avec le temps. Le temps périodique du multivibrateur est donné par

T = 2C

1R

1ln 1+

2R3

R2

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟ ( )3.10


Utilisez les références disponibles et faites de brefs commentaires sur :

1. Oscillateur à onde sinusoïdale : écrivez l’expression pour la fréquence de sortie

2. Ampli-op comme comparateur et circuit de commutation

Activité 3.2.6 Ampli op comme intégrateur

1. Dans cette section, on vous présente l’action d’un ampli-op comme intégra-teur.

Lisez bien et assurez-vous que vous comprenez la description.


- 1I 2I

X inV

0 V

C

0V +

R

Figure 3.9 Ampli-op comme intégrateur

Le circuit dans la figure 3.9 fournit une sortie, 0V qui est partie intégrante de la tension

d’alimentation, inV . Le point X est un terrain virtuel. Le photodétecteur à travers R

est inV et le photodétecteur à travers C est 0V . Mais,

1

inVI

R= ( )3.11

Et

02

dVdQI C

dt dt= = ( )3.12

At X, 1 2 0I I+ =

∴

Vin

R= -C

dV0

dt ( )3.13

D’où

1RC

Vindt = - dV0∫∫

∴V

0= -

1RC

Vindt∫ ( )3.14


ØLa tension de sortie est proportionnelle à l’intégrale de la tension d’alimen-tation.

À partir de l’équation (3.13),

Vin

R= -C

dV0

dt

⇒

dV0

dt= -

Vin

CR= -k (constant). ( )3.15

Cela signifie que 0V varie de façon linéaire avec le temps t, et a un gradient néga-tif.

Auto-évaluation 3

1. Nommez les facteurs qui peuvent mener à la sélection d’un ampli op pour l’utilisation

2. Calculez la tension de sortie d’un amplificateur non-inverseur pour une entrée

de 420 μV if R1 = 1.7 kΩ et R2

= 340kΩ .

x

5R

3R

outV

+

_

1R

2V 1V

2R

Calculez la tension de sorite pour le circuit ci-dessus si ( )1 50sin 1000V t= mV et

( )2 10sin 300V t= mV


Activité 4 : Circuits numériques

Vous aurez besoin de 30 heures pour terminer cette activité. Seulement des instructions de base vous seront fournies pour vous aider dans cette activité.


Pour cette activité vous devrez être capable de :

(i) Manipuler des nombres dans différentes bases (2, 8, 10, 16)(ii) Appliquer l’algèbre booléenne dans la construction de circuits logiques (iii) Construire, analyser et synthétiser des circuits logiques (multiplexeur, déco-

deurs, bascules de Schmitt, bascules flip-flops, enregistreurs)(iv) Expliquer les niveaux des systèmes de composantes d’un microprocesseur.


Dans cette activité, différents systèmes de numérisation, notamment les systèmes de numérisation décimaux, binaires, octaux et hexadécimaux sont appris. On aborde également la conversion d’un système à un autre système de numérisation et la façon dont chaque système de numérisation est codé. La dernière partie de cette activité concerne les éléments logiques où les caractéristiques de différents éléments logiques sont présentées et discutées à l’aide d’exemples convenables en utilisant l’algèbre booléenne.


Lecture 1L Electronics WIKIBOOKS

Référence complète : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 octo-bre 2007

Résumé : Les sujets abordés dans cette lecture incluent : les circuits analogi-ques, les circuits numériques, les éléments des circuits numériques, l’architec-ture d’ordinateur et les convertisseurs analogique à numérique et numérique à analogique.

Justification : Cette lecture couvre de façon adéquate le cours de base élec-tronique résumé dans cette activité.


Lecture 2

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 octobre 2007 Résumé : Cette lecture est constituée de références obtenues dans divers

sites. Leur adresse URL peut être obtenue à partir d’une copie sur écran de cette lecture. En fait, tous les sujets essentiels de ce cours sont couverts dans la lecture 2.

Justification : La référence fournit des sources de lecture facile sur l’électro-nique que le lecteur ne devrait pas avoir de difficulté à utiliser.

Lecture 3 : Boolean Algebra + Notes on Designing simulation of Schmitt’sTrigger circuit

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/Electronics/Boolean-Algebra. 5 oc-tobre 2007

Justification : Fournit du matériel de lecture facile sur l’algèbre booléenne.

Ressources MULTIMÉDIAS utiles

Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/ 3 octobre 2007.

Résumé : Illustrations utiles des amplificateurs avec transistor bipolaire à jonctions et transistor MOS sont utiles pour promouvoir la compréhension facile des sujets.

Justification : Fournit une vidéo utile sur les amplificateurs avec transistor bipolaire à jonctions et transistor MOS

-Modèles de circuits de quatre amplificateurs de base -Circuits amplificateurs transistor bipolaire à jonctions monoétagé (EC, BE

et BC) -Amplificateur émetteur commun monoétagé conception polarisée (java1.1)

-Circuits amplificateurs transistor MOS monoétagé (CS, c.g. et CD) -Différents types de charge dans un circuit amplificateur CI (p.ex., un ampli

CS)


Liens utiles

Titre : Digital Logic

Adresse URL : http://www.educypedia.be/electronics/digital.htm. 3 octo-bre 2007

Résumé : Ce site fournit du matériel de lecture sur les éléments logiques, les diagrammes de Venn, les diagrammes de De Morgan, les circuits logiques combinatoires, les formes canoniques, l’algèbre booléenne, les tables de Karnaugh, les tables de vérité, les commutateurs anti-rebond, la bascule JK, la bascule maître-esclave, la soustraction binaire, l’arithmétique binaire, la bascule à verrouillage D, la bascule D, les symboles de bascule, la conversion bascule d’entrée, l’alternance des circuits de balance, la bascule D ; utilisant des verrous non-ou, la construction d’une balance CMOS, les compteurs et le compteur asynchrone.

Titre : Schmitt’s trigger

Adresse URL : http://www.visionics.ee/curriculum/Experiments/Schmitt%20Trigger/Schmitt%20Trigger1.html. 3 octobre 2007

Résumé : Fournit des lectures supplémentaires sur la théorie de la bascule de Schmitt.

Titre : Logic Gates

Adresse URL : http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.htmlhttp://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.html. 3 octo-bre 2007

Résumé : Cette lecture fournit à l’étudiant les compétences fondamentales requises en construction de circuits numériques. Aucune connaissance sur les techniques numériques n’est préalable. La lecture présente tout d’abord les éléments logiques de base qui forment les composantes de base de tous les circuits numériques. Elle progresse ensuite pour combiner ces éléments de circuit en un nombre de façons de construire des circuits qui fournissent certaines fonctionnalités, notamment le calcul et les aditions. Les aspects de la construction d’un circuit sont également couverts.

Titre : Boolean Algebra

Adresse URL : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 4 octobre 2007

Résumé : Ici, on présente des opérations mathématiques formelles ainsi que les lois de l’algèbre booléenne. De plus, un certain nombre d’exemples est donné.

Titre : Multiplexing

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing. 4 octobre 2007 Résumé : La lecture inclut de la télégraphie, des processus vidéo, une radio-

diffusion numérique et une radiodiffusion analogue.


Introduction

Il existe deux types de circuits qui peuvent être considérés comme étant des dispo-sitifs numériques : les éléments logiques et le basculeur bistable. La calculatrice électronique est un exemple de circuits numériques où l’information est traitée en forme binaire et où la sortie est affichée en nombres décimaux. Le mouvement gra-duel de l’arbre du potentiomètre est l’entrée analogue dans un circuit qui consiste en une pile, un potentiomètre et un ampèremètre en série. Des exemples de signaux analogiques incluent l’onde sinusoïdale et les signaux audio et vidéo. L’onde carrée, quant à elle, est un exemple de signal numérique. Un système numérique a deux amplitudes distinctes telles 0 et +5 V. L’impulsion est soit tout allumée, soit tout éteinte, p.ex., élevé ou bas.

Activité 4.1 Systèmes de numérisation

(i)Manipulation de nombres en différentes bases

Un système de numérisation est une série de nombres ainsi qu’une ou plusieurs opérations telles une addition ou une multiplication.

Des exemples de systèmes de numérisation incluent les entiers naturels, les entiers relatifs, les nombres rationnels, les nombres algébriques, les nombres réels, les nombres complexes, les nombres p-adiques, les nombres surréels et les nombres hyperréalistes.

Numéral

Les numéraux utilisés dans l’écriture des nombres avec des chiffres ou des symboles se divisent en deux types appelés les numérales arithmétiques 0,1, 2,3, 4,5, 6,7, 8,9 et les numéraux géométriques 1,10,100,1000,10000... respectivement.

Quatre systèmes de numérales arithmétiques sont souvent utilisés dans les circuits numériques.

Ces systèmes sont :

1. Décimal ; il a une base (ou base de numération) de 10, p.ex., il utilise dix différents symboles pour représenter les nombres.

2. Binaire ; il a une base de deux, p.ex., il utilise seulement deux différents symbo-les.

3. Octal ; il a une base de huit, p.ex., il utilise huit différents symboles.

4. Hexadécimal ; il a une base de 16, p.ex., il utilise 16 différents symboles.


Tous ces systèmes utilisent le même type de numération pondérée, excepté que

a) le système décimal qui utilise les puissances de 10 est utilisé pour représenter les quantités à l’extérieur du système numérique.

b) le système binaire qui utilise la puissance de 2 est énormément utilisé par les systèmes numériques tels les ordinateurs qui fonctionnent à l’aide d’informa-tion binaire.

c) le système octal qui utilise la puissance de 8 possède certains avantages dans le travail numérique puisqu’il requiert moins de circuiterie pour recevoir de l’information à l’intérieur et à l’extérieur du système numérique. De plus, il est plus facile de lire, d’enregistrer et d’imprimer des nombres octaux que des nombres binaires.

d) le système hexadécimal qui utilise une puissance de 16 est particulièrement approprié pour les micro-ordinateurs.

Activité 4.2 Le système de nombre décimal

(i) Base ou base de numération

Le système de nombre décimal a une base de dix, ce qui signifie qu’il contient dix symboles uniques (ou numéros). Ils sont : 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Chacun d’eux peut être utilisé dans chacune des positions du nombre.

(ii) Valeur de position

La valeur de position d’un nombre 2573 est donnée par :

2573 = 2*103 + 5*102 + 7*101 + 3*100

Le chiffre trois est le chiffre le moins significatif, alors que le deux est le chiffre le plus significatif.

Encore une fois, le nombre 2573.469 peut être écrit comme

2573.469 = 2*103 +5*102 + 7*101 +3*100 +4*10-1 +6*10-2 +9*10-3

Activité 4.3. Système de nombres binaires

Comme le système de nombres décimaux, il a une racine et utilise le même type de système de valeur de position.

Racine

Sa base ou racine est deux puisqu’il utilise seulement deux numéros, soit 0 et 1 (les mots binary digit se contracte pour former le mot « bit »). Tous les nombres binaires consistent en une chaîne de zéro et d’un. Des exemples sont 10, 101 et 1011 qui sont lus comme un-zéro, un-zéro,-un et un-zéro-un-un. Pour éviter la confusion, des indices de dix pour les décimaux et de deux pour les binaires sont ajoutés comme démontré ci-dessous.


1010

, 10110

, 657410

___ nombres décimaux et

102 , 101

2 , 110001

2____ nombres binaires.

Valeur de position

La valeur de position de chacun des bits correspond à une certaine puissance de deux. Un nombre binaire à sept bits 1101,011 est illustré ci-dessous

Chiffre le plus significatif Chiffre le moins significatif

1 1 0 1 • 0 1 1

23 2

2 21 2

0 2-1 2

-2 2-3

Virgule binaire

L’équivalent décimal est

1101.011

2= 1× 23( ) + 1× 22( ) + 0 × 21( ) + 1× 20( ) + 0 × 2-1( ) + 1× 2-2( ) + 1× 2-3( )

8 4 0 1 0= + + + + + 10

1 18 4 0 1 0 13.375

2 8= + + + + + + =

Les nombres binaires sont énormément utilisés par tous les systèmes numériques causés par l’électronique lui-même. Le bit 1 peut être représenté par un transistor saturé (pleine conductivité), une lumière ALLUMÉE, un relais énergisé ou un aimant magnétisé dans une direction particulière. D’un autre côté, le bit 0 peut être repré-senté par un arrêt de transistor, une lumière ÉTEINTE, un relais rendu inerte ou un aimant magnétisé dans la direction opposée. Dans de tels cas, seulement deux valeurs peuvent être présumées par le dispositif.


Activité 4.4 Conversion de binaires en décimales

Les procédures suivantes devraient être adoptées dans la conversion d’un entier relatif binaire (nombre entier) en un nombre décimal :

Étape 1 : Écrivez un nombre binaire, p.ex., tous ses bits en rangée.Étape 2 : Directement en dessous des bits, écrivez 1, 2, 4, 8, 16, …De droite vers

la gauche.Étape 3 : Rayez les poids décimaux qui s’étendent en dessous de 0 bit.Étape 4 : Ajoutez les poids restants pour obtenir l’équivalent décimal.

Exemple 4.1 Conversion de 11012 en son nombre décimal équivalent

Solution Les quatre étapes de la conversion sont données comme suit :

Étape 1 1 1 0 0 1

Étape 2 16 8 4 2 1

Étape 3 16 8 4 2 1

Étape 4 16+8+1 = 25.

∴11012= 25

10

Activité 4.5 Fractions binaires

La procédure est la même que pour les entiers relatifs binaires sauf que les poids suivants sont utilisés pour différentes positions de bits.

Exemple 4.2. Conversion de la fraction binaire 0,101 en son équivalent décimal.

Solution. Les quatre étapes suivantes seront utilisées :

Étape 1 0 1 0 1

Étape 2 ½ ¼ 1/8

Étape 3 ½ ¼ 1/8

Étape 4 ½ +1/8 = 0.625

∴0.1012= 0.625

10


Exemple 4.3 Trouvez l’équivalent décimal du nombre binaire à 6 bits 101.1012

Solution

1 0 1 1 0 1

4 2 1 ½ ¼ 1/8

4 2 1 ½ ¼ 1/8

= 5 + ½ +1/8 = 5.625

∴101.1012= 5.625

10

Activité 4.6 Méthode double-addition

Cette méthode de conversion des entiers relatifs binaires et beaucoup plus simple et rapide que celle donnée jusqu’à maintenant, surtout dans les cas de gros nombres.

Les trois étapes suivantes sont nécessaires :

1. Doublez le premier bit à l’extrême gauche et additionnez cette double valeur au bit suivant à la droite.

2. Doublez la somme obtenue et ajoutez la valeur doublée au bit suivant.3. Continuez l’étape 2 jusqu’à ce que le dernier bit ait été additionné à la somme

doublée précédemment.

La conversion de 110012 se fait de la façon suivante. Il est vu que 11001

2 =25

10

1 1 0 0 1

2 ×1 = 2,2 + 1 = 3, 2 × 3 = 6,6 + 0 = 6, 2 × 6 = 12,12 + 0 = 12, 2 ×12 = 24,24 + 1 = 25


(i)En utilisant la méthode double-addition, convertissons 2111010 en son équi-valent binaire.

1. 2 ×1= 2 , additionnez le bit suivant 1 pour que 2+1 =3

2. 2 × 3 = 6 , additionnez le bit suivant 1 pour que 6+1 =7


4. 2 ×14 = 28, additionnez le bit suivant 1 pour que 28+1 =29


Donc 1110102 = 58

10 .

4.7 Conversion de décimales en binaires

(a) Entiers relatifs

De telles conversions peuvent être effectuées en utilisant la méthode double-addi-tion ou la méthode division par deux. Comme exemple, convertissons 25

10 en son

équivalent binaire.

25 ÷ 2 =12+ reste de 1 HAUT

12 ÷ 2 = 6 + reste de 0

6 ÷ 2 = 3 + reste de 0

3 ÷ 2 = 1 + reste de 1

1 ÷ 2 = 0 + reste de 1 BAS

Donc 2510

= 110012

(b) Fractions

Dans ce cas, la règle de multiplication par deux est utilisée. On multiplie chaque bit par deux et on enregistre le report dans la position de l’entier relatif. Les étapes ci-dessous démontrent la façon dont 0.8125

10 est converti en son équivalent binaire.

0.8125× 2 = 1.625 = 0.625 avec un report de 1

0.625 × 2 = 1.25 = 0.25 avec un report de 1

0.25 × 2 = 0.5 = 0.5 avec un report de 0

0.5 × 2 = 1.5 = 0.0 avec un report de 1

∴0.8125 10 = 0.1101 2


Activité 4.9 Opérations binaires

Les quatre étapes suivantes sont considérées :

1. addition 2. Soustraction 3. Multiplication 4. Division

(a) Utilisez vos connaissances en mathématique apprises à l’école pour effectuer l’addition binaire.

(b) Soustraction binaire.

La soustraction binaire requiert plus d’opérations d’emprunt que la soustraction décimale. Les quatre règles de la soustraction binaire sont les suivantes :

1. 0 – 0 = 0, 2. 1 - 0 = 1, 3. 1 – 1 = 0,

4. 0 – 1 = 1 avec un emprunt de 1 dans la colonne suivante de la diminuende ou de 10 – 1 = 1

Exemple 4.4

Soustrayons 01012 de 1110

2. Les étapes diverses sont expliquées ci-dessous :

1110

-0101

1001

Explication

1. Dans la première colonne, puisqu’on ne peut soustraire 1 de 0, on emprunte 1 de la colonne de gauche suivante. D’où on écrit 1 dans la réponse et change le 1 de la colonne suivante par un 0.

2. On applique la règle 1 à la colonne suivante, p.ex., 0 – 0 = 0.

3. On applique la règle 3 à la troisième colonne, p.ex., 1 – 1 = 0.

4. Enfin, on applique la règle 2 à la dernière, p.ex., la quatrième colonne 1 – 0 = 1 Comme vérification, on doit prendre note que parlant de nombres décimaux, on a soustrait 5 de 14. Évidemment, la réponse doit être 9 (1001

2).


Activité 4.10 Complément d’un nombre

Dans un travail numérique, deux types de compléments de nombres binaires sont utilisés pour une soustraction complémentaire :

(a) Complément 1

Le complément 1 d’un nombre binaire est obtenu en changeant chacun de ses 0 en un 1 et chacun de ses 1 en un 0. On l’appelle également le complé-ment restreint. Par exemple, le complément 1 de 100

2 est 011

2 et de 1110

2 est

00012.

(b) Complément 2

Le complément 2 d’un nombre binaire est obtenu en additionnant 1 à son

complément 1é

Complément 2 = complément 1 + 1

Il est aussi connu sous le nom de complément vrai.

Exemple : 4.5

Le complément 2 de 10112 est trouvé de la façon suivante :

Étape 1 : Son complément 1 est 0100 2 .

Étape 2 : Additionnez 1 à 0100 2 afin d’obtenir 01012.

Étape 3 : D’où le complément 2 de 1011 2 es t 0101 2 .

La méthode de complément de soustraction diminue la soustraction à un processus d’addition.

Dans les ordinateurs numériques, cette méthode est populaire puisque

1. Seulement des sommateurs sont requis, ainsi la simplification de la circuiterie.

2. Il est facile d’obtenir des compléments avec les circuits numériques.


Activité 4.10 Soustraction complémentaire de 1

La soustraction d’un nombre est effectuée en additionnant le complément 1 à la diminuende en suivant les règles suivantes :

1. Calculez le complément 1 du diminuteur en changeant tous ses 1 en 0 et tous ses 0 en 1.

2. Additionnez ce complément au diminuteur.3. Faites le report circulaire du dernier 1 ou 0.4. S’il n’y a pas de report circulaire (p.ex., 0 report), la réponse doit donc être

recomplémentée et un signe de négation doit y être attaché.5. Aucune recomplémentation n’est nécessaire si le report circulaire est 1.

Exemple 4.6

La soustraction de 101 2 à 111 2 est faite de la façon suivante :

Solution

111

+ 010 ←Complément du diminuteur 101

1001

1 ← Report circulaire

010

La réponse finale est obtenue en enlevant le report de la somme de l’addition dans la dernière position et en l’additionnant dans le reste. On appelle cela le report cir-culaire.

Tâche 4.1. Utilisations des règles précisées en 4.13 dans la résolution de problè-mes

Utilisez les règles de soustraction et faites les soustractions suivantes.

a. Soustrayez 1101 2 de 1010 2 . La réponse finale est -0011. Expliquez la façon dont elle est obtenue.

b. Soustrayez 1110 2 de 0110 2 . La réponse est -1000 2 .

c. Soustrayez 01101 2 de 11011 2 . La réponse est 01110 2 .


Activité 4.11. Soustraction complémentaire de 2

Les étapes essentielles sont les suivantes :

1. Trouvez le complément 2 du diminuteur,2. Additionnez ce complément au diminuende,3. Écrivez le report final,4. Si le report est 1, la réponse est positive et ne doit pas être recomplémentée,5. Recomplémentez la réponse et ajoutez un signe négatif s’il n’y a pas de re-

port.

Exemple 4.7 Utilisations de la soustraction complémentaire de 2

Soustrayez 1010 2 de 1101 2

Solution.

Le complément 1 de 1010 est 0101

Le complément 2 est 0101 + 1 = 0110

En l’additionnant, on obtient

1101

+0110

10011

L’omission du dernier report donne la réponse finale 0011 2 .

Activité 4.12. Multiplication et division binaires

Les procédures pour la multiplication et la division sont les mêmes que pour la mul-tiplication et la division décimales.

(a)Les quatre règles simples de la multiplication sont :

i. 0 × 0 = 0ii. 0 × 1 = 0iii. 1 × 0 = 0iv. 1 × 1 = 1

.


(b)Les règles de la division sont :

i. 0 ÷ 1=0ii. 1 ÷ 1= 1iii. La division de 1 par 0 est sans signification

Tâche 4.2. Lecture approfondie et prise de note

a) Utilisez les références disponibles et lisez sur la multiplication et la division des nombres binaires.

b) Faites le plus d’exemples possible afin de bien maîtriser de tels problèmes.

c) Multipliez 1101 2 par 1100 2 (La réponse est 1001100 2 ).

d) Multipliez 111 2 par 111 (La réponse est 101001 2 ).

e) Divisez 11001 2 par 101 2 (La réponse est 101 2 ).

f) Divisez 110011 2 par 100 2 (La réponse est 110,11 2 ).

Activité 4.13 Système de nombres octaux

(i) Racine ou base

Il a une base de 8, ce qui signifie qu’il possède huit chiffres compteurs distincts : 0,1, 2,3, 4,5, 6, et 7

Ces chiffres de 0 à 7 ont exactement la même signification physique que dans le système décimal. Au-delà de 7, le comptage devient

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

→ 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17,

20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27,

30, 31, 32, … … … … …


(ii) Valeur de position

La valeur de position (ou poids) pour chacun des numéros est donnée par différentes puissances, comme démontré ci-dessous :

← 8 4 8

3 8 2 8

1 8 0 • 8

-1 8 -2 →

↑

Point octal

Exemple 4.8 Conversions de nombres octaux en décimaux

453 8 ≡ 4 × 82 + 5× 81 + 3× 80 = 4 × 64 + 5× 8 + 3×1= 29910

453.27 8≡ 4 × 82 + 5× 81 + 3× 80 = 4 × 64 + 5× 8 + 3×1+ 2 ×

18+ 7 ×

164

; 299.359410

Exemple 4.9 Conversions de nombres décimaux en octaux

Ici, huit agit en tant que facteur de multiplication pour les entiers relatifs et comme facteur de division pour les fractions.

256 .4310→ octal

256 ÷ 8 = 32 avec 0 reste

32 ÷ 8 = 4 avec 0 reste

4 ÷ 8 = 0 avec 4 restes

⇒ 25610≡ 400

8

De la même façon,

0.4310→ octal est calculé de la façon suivante :

0.43× 8 = 3.44 = 0.44 avec un report 3

0.44 × 8 = 3.52 = 0.52 avec un report 3

0.52 × 8 = 4.16 = 0.16 avec un report 4

0.16 × 8 = 1.24 = 0.24 avec un report 1


0.24 × 8 = 1.92 = 0.92 avec un report1 etc.

∴0.4310≅ 0.334

8

∴256.4310≅ 400.334

8.

Activité 4.14 Conversions de binaires en octaux

La procédure la plus simple est d’utiliser la méthode binaire triple, où le nombre donné est arrangé dans des groupes de trois bits en commençant à partir du point binaire. Ensuite chaque groupe est converti en son nombre octal équivalent.

Exemple 4.10

(a)convertissez 101011 2 en son équivalent octal.

Solution

Étape 1 : Commencez par convertir les bits dans les groupes de trois, p.ex.,

101011 101 011

Étape 2 : Convertissez chacun de ceux-ci en octaux

101 2 est 5 octaux et 011 2 est 3 octaux.

∴101 011

↓ ↓

5 3

∴1010112= 53

8


(b)Convertissez 1101.11 2 en octal

Solution

Étape 1 : Regroupez les bits en trois, p.ex.,

1101.11 001 101 110

Étape 2 : ↓ ↓ ↓

1 5 6 ∴1101.112= 15.6

8

Activité 4.14.1 Utilité du système de nombre octal.

La facilité avec laquelle les conversions peuvent être faites entre les octaux et les binaires rend le système octal attrayant comme moyen « abrégé » d’exprimer les gros nombres binaires. On doit prendre note que certains nombres binaires dans les ordinateurs ne représentent pas toujours une quantité numérique, mais qu’ils sont souvent un type de code qui transmet de l’information non numérique comme :

(i) des données numériques réelles,(ii) des nombres correspondants à une location appelée (adresse) en mémoire,(iii) un code des instructions,(iv) un code représentant des caractères alphabétiques et autres caractères non

numériques,(v) un groupe de bits représentant l’état des dispositifs internes et externes à

l’ordinateur.

Il est pratique et plus efficace d’écrire un nombre en octal plutôt qu’en binaire lors-qu’on a affaire à une grande quantité de nombres binaires de plusieurs bits. Par contre, souvenez-vous que les circuits et systèmes numériques fonctionnent seulement en binaire.

Activité 4.15 Systèmes de nombres hexadécimaux

Système de nombre hexadécimal

1. Il a une base de 16 et utilise donc 16 chiffres compteurs distincts allant de 0 à 9 et de A à F : 0,1, 2,3, 4,5, 6,7, 8,9, A, B, C, D, E, F

2. La valeur de place de chacun de ses numéros est en puissance ascendante de 16 pour les entiers relatifs et en puissance descendante pour les puissances de 16 pour les fractions.


Ce système est utilisé pour spécifier les adresses de différents nombres binaires d’une mémoire d’ordinateur.

Exemple 4.11 Comptage au-delà de F

………F 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F 20 21 22….

Activité 4.16 Codage numérique

Dans les circuits logiques numériques, chaque pièce d’information est représentée par une combinaison équivalente de chiffres binaires, appelée code numérique.

L’utilité d’un code parmi d’autres est de

i. Réduire le besoin de circuiterie.ii. Augmenter la fiabilité du système numérique.iii. Permettre aux erreurs détectées d’être corrigées.

Activité 4.16.1 Code décimal codé binaire (DCB)

Le code décimal codé binaire (DCB) est utilisé pour représenter un chiffre décimal par un groupe de quatre bits. À partir de la droite jusqu’à la gauche, la pondération des positions des quatre bits est 8-4-2-1 Cela est aussi appelé le code 8421. Il est un code numérique pondéré. Chaque chiffre numérique de 0 à 9 requiert un nombre binaire pondéré de 4 bits, comme démontré dans la table 4.1

Table 4.1

Décimale DCB

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001


a) Cependant, tout nombre décimal est exprimé en code DCB en remplaçant chaque chiffre décimal par la combinaison de quatre bits appropriée.

b) Inversement, un nombre DCB est converti en nombre décimal en divisant le nombre pondéré en groupes de quatre bits (en commençant par le bit le moins important) et en écrivant ensuite le chiffre décimal représenté par chacun de ces groupes de quatre bits.

Exemple 4.12 Écrivez le nombre décimal 674 en code DCB.

Solution. 0110 0111 0100.

De la même façon, les codes DCB pour les nombres décimaux suivants sont montrés dans la table 4.2.

Table 4.2

Decimale DCB

51 0101 0001

428 0100 0010 1000

7369 0111 0011 0110 1001

21057 0010 0001 0000 0101 0111

Activité 4.16.3 Codage octal

Cela implique le regroupement de bits en trois. Par exemple, (2341)8 = (010 011 100

001)2 = (010011100001)

2.

De la même façon, le nombre à 24 bits stocké dans la mémoire de l'ordinateur tel 110 010 101 001 010 111 000 011 peut être lu dans l'octal comme

110 010 101 001 010 111 000 011

6 2 5 1 2 7 0 3

Activité 4.16.4 Codage hexadécimal

L’avantage de ce codage est que quatre bits sont exprimés par un seul caractère. Ce-pendant, le désavantage est que de nouveaux symboles ont été utilisés pour représenter les valeurs de 1010 à 1111 binaires.


Éléments logiques

Activité 4.17 Définition d’un élément logique

Un élément logique est un circuit électronique qui

(i) prend des décisions logiques basées sur certaines combinaisons de signaux d’entrée.

(ii) possède une sortie et une ou plusieurs entrées.(iii) met en application la fonction logique de matériel basée sur l’algèbre boo-

léenne. Les variables utilisées en algèbre booléenne sont soit un zéro ou un 1. Les principaux circuits intégrés de ces éléments sont : la logique à tran-sistors et transistors (TTL), la logique à couplage par l’émetteur (ECL), le métal-oxyde-semiconducteur (MOS) et le semi-conducteur complémentaire à l’oxyde de métal (CMOS).

Pour une démonstration, voir ce qui suit : Useful Applets : http://jas.eng.buffalo.edu/

CMOS Inverter Gate Applet : http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/inverter/index2. html: 4 octobre 2007

Analog Switch & Transmission Gate : http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/tgate/index.html. 4 octobre 2007

Activité 4.17.1 Logiques positive et négative

Les symboles numériques 0 et 1 représentent les états possibles d’un circuit ou d’un dispositif dans les systèmes informatiques dans lesquels on peut avoir une logique positive ou négative. Dans une logique positive, le 1 représente : un circuit ALLUMÉ, un commutateur FERMÉ, une HAUTE tension, un signe POSITIF ou une proposition numérique VRAIE. D’un autre côté, le 0 représente un circuit ÉTEINT, un commuta-teur FERMÉ, une BASSE tension, un signe NÉGATIF ou une proposition numérique FAUSSE. Dans une logique négative, seules les conditions opposées l’emportent.

Pour un système numérique avec deux seuils de tension 0V et 5V, on a un système de logique positive si le symbole 1 veut dire 5V et le symbole 0 pour 0V. Par contre, si 1 représente 0V et 0 représente 5V, nous obtiendrons un système de logique né-gative.

En effet, le seuil de tension le plus positif des deux représente le 1 tandis que dans la logique négative, la tension la plus négative représente le 1 et il n’est pas essentiel que le 0 soit représenté par 0 V.


Activité 4.17.2 La porte OU

Pour cette activité, vous devrez apprendre que le symbole pour la porte OU à deux entrées avec les entrées marquées A et B et la sortie marquée X est montré dans la figure 4.1 (a). Son circuit de commutation équivalent est montré dans la figure Fig 4.1 (b). Les trois variables A, B et X peuvent avoir 1 ou 0 à la fois.

A XB A + B = X

a( )

b( )

Figure 4.1 La porte OU

Activité 4.17.3 Opération logique

Les points d’apprentissage importants sont :

a) La porte OU possède une sortie de 1 lorsque A, B ou les DEUX sont 1.b) Ceci est n’importe laquelle ou toutes les portes puisqu’une sortie se produit

lorsque n’importe laquelle ou toutes les entrées sont présentes.c) Dans la figure 4.1 (b), la lampe s’allume (logique 1) lorsque l’un ou l’autre

des commutateurs A ou B ou les deux sont fermés.

Par contre, la sortie est 0 si et seulement si les entrées sont 0. En changeant les condi-tions, la lampe est ÉTEINTE (logique 0) seulement lorsque les deux commutateurs A et B sont FERMÉS.

La porte OU représente l’équation booléenne A + B = X. (4.1)

Dans l’équation 4.1, X est réel lorsque A est vrai ou B est vrai ou que les deux sont vrais. Sinon, cela signifie que la sortie X est 1 lorsque A ou B ou les deux sont 1. Dans ce cas, la porte OU se nomme la porte OU inclusif puisqu’elle inclut le cas où les deux entrées sont réelles. Le signe « + » dans l’équation 4.1 indique une opération OU et non pas que la somme de A et B est égale à X. Les autres symboles utilisés à la place de « + » sont U et V. D’où l’équation 4.1 peut aussi être écrite comme :

AUB = X ou AVB = X. (4,2)

X

A

B

Université Virtuelle Africaine �0�

Exemple 4.13 Transistor porte OU

Cet exemple illustre un transistor porte OU possible qui consiste en trois transistors

interconnectés Q1, Q

2, et Q

3 alimentés à partir d’une alimentation commune ccV = +5V,

tel que démontré dans la figure 4.3.

MN

3Q2Q1QA

1R2R

5V+

X

B

Figure 4.2 Transistor porte OU qui consiste en trois transistors interconnectés

Description de ce qui se produit dans la figure 4.2

(ii) Lorsque +5V est appliqué à A, Q1 est polarisé dans le sens direct. Il mène donc.

Supposons que 1Q est saturaté, l’entier ccV = 5V tombe à travers R1 causant donc

N à aller au sol. À tour de rôle, cela coupe 3Q causant ainsi X à aller à ccV , p.ex., +5V.

(iii) Lorsque +5V est appliqué à B, 2Q mène, conduisant ainsi N au sol, p.ex., 0V.

Sans polarisation directe sur sa base, 2Q est coupé et conduit donc encore une

fois X à ccV , p.ex., +5V.

(iv) Si les deux entrées A et B sont reliés à la terre, 1Q et 2Q sont coupés, conduisant N à +5V.

Comme résultat, 3Q devient polarisé dans le sens direct et mène pleinement.

Dans ce cas, l’entier ccV tombe à travers 2R , conduisant M et donc X au sol.


Tâche 4.3 Construction d’une table de vérité pour une porte OU

(a) Pour toutes les combinaisons possibles d’entrées, utilisez la figure 4.1 (b) et construisez une table de vérité qui donne l’état de sortie.

(b) Expliquer la signification de chaque combinaison.(c) Construisez une table de vérité pour la porte OU à trois entrées.

Activité 4.17.4 Porte OU exclusif


a) Le symbole pour la porte OU exclusif est comme démontré dans la figure 4.3 (a) et que son circuit de commutation équivalent est comme démontré dans la figure 4.3 (b).

b) Dans ce type de porte, la sortie est 1 lorsque ses entrées sont différentes et la sortie est 0 lorsque ses deux entrées sont les mêmes.

c) Le circuit se nomme également comparateur ou détecteur d’égalité puisqu’il produit une sortie seulement lorsque les deux entrées sont différentes.

(a): Porte OU exclusif (b): Circuit de commutation équivalent

Figure 4.3

Ici, nous traiterons seulement d’énoncés exclusifs tels que :

On peut être riche OU pauvre,

Évidemment, on ne peut être les deux à la fois.

Le changement de circuit de commutation de la figure 4.3 (b) simule la porte OU exclusif. Le changement des positions A et B allumera la lampe individuellement, mais une combinaison de A et B n’est pas possible. Construisez la table de vérité.


Activité 4.17.5 La porte ET

Le symbole logique pour une porte ET à deux entrées est montré dans la figure 4.4 (a) et son circuit de commutation équivalent est montré dans la figure 4.4 (b). Chacune des trois variables A, B, X peuvent avoir une valeur de 0 ou 1.

X BA lampX

( )a ( )b

AB

.A B X=

2-Porte ET entrée Circuit de commutation équivalent

Figure 4.4

Opération logique

• La porte ET donne une sortie seulement lorsque toutes ses entrées sont pré-sentes.

• La porte ET a une sortie 1 lorsque A et B sont tous les deux 1. D’où cette porte est une porte tout ou rien qui a une sortie se produisant seulement lorsque toutes ses entrées sont présentes.

• En terminologie vrai ou faux, la sortie d’une porte ET sera réelle seulement si toutes ses sorties sont réelles. Sa sortie sera fausse si une de ses entrées est fausse.

La porte ET fonctionne avec l’algèbre booléenne

A× B = X or A.B = X or AB = X . . ( )4.3

Ceci est différent de la multiplication arithmétique. La signification logique de

l’équation (4.3)est que

• La sortie X est 1 seulement lorsque A et B sont 1.• La sortie X est réelle seulement lorsque A et B sont réels.


Tâche 4.4 Construction d’une table de vérité

(a) Construisez une table de vérité pour une porte ET à deux entrées.(b) Construisez une table de vérité pour une porte ET à trois entrées.(c) Dessinez des circuits électriques équivalents pour la porte ET.

Activité 4.17.6 Porte ET symbolise la multiplication logique

Selon l’algèbre booléenne, la porte ET fait une multiplication logique sur ses entrées selon l’équation 4.4.

0.0 = 0, 1.0 = 0 ( )4.4

0.1 = 0, 1.1 = 1

En général, les lois booléennes de multiplication sont données par l’équation (4.5)

A.1 = A, A.0 = 0

A.A = A ( )4.5

Activité 4.17.7 La porte NON

(1) La sortie de cette porte n’est PAS la même que son entrée. Cette porte est aussi appelée un inverseur puisqu’il inverse le signal d’entrée. Elle possède une entrée ou une sortie, comme démontré dans la figure 4.5 (a) et la table de vérité est montrée dans la figure 4.5 (b). Le symbole schématique pour l’inversion est un petit cercle, comme démontré dans la figure 4.5 (a).

A B

0

1

1

0

(a)Porte NON

(b)Table de vérité

}

}


Le symbole pour l’inversion, la négation ou la complémentation est une barre au-

dessus de la fonction, pour indiquer l’état complémentaire. Par exemple, A signifie

non-A. De la même façon, ( )A B+ signifie le complément de (A +B).

(2)L’opération NON

Elle est une opération de complémentation et son symbole est une barre au-dessus. Par exemple

0 1=

1 0=

1 0 1 0 1 0or= = = =

D’où la double complémentation donne la valeur originale.

Activité 4.17.8 La porte NON-OU

(1)Elle est une porte NON-OU qui peut être faite d’une porte OU en branchant un inverseur dans sa porte, comme démontré dans la figure 4.6 (a).

X B

A

Figure 4.6. Une porte NON OU qui peut être faite d’une porte OU

L’équation de sortie est donnée par

( )X A B= +

Une fonction NON OU est tout simplement le contraire de la fonction OU.


Tâche 4.5 : Circuits équivalents pour une porte NON

(2) Une porte NON OU est une porte universelle

Une porte NON OU est souvent appelée porte universelle puisqu’elle peut être utilisée pour réaliser les fonctions de base logique : OU, ET et NON OU.

As O R gate

X AB=

A

B B

A o X A B= +

A B+

B

A o

A A+ = A A

A A o

( )a ( )b

( )c

As AND gate

As N O T gate

Figure 4.7

(i) Comme porte OU

Dans la figure 4.7

(a) La sortie à partir des portes NON OU est A + B. En utilisant un autre inverseur dans la sortie, la sortie finale est inversée et est donnée par X = A + B laquelle est la fonction logique d’une porte normale OU.

(ii) Comme porte ET

Afin d’utiliser la porte NON OU comme porte ET, deux inverseurs sont utilisés,

une pour chaque entrée, comme démontrée dans la figure (b).(iii) Comme porte NON

Comme porte NON, les deux entrées sont connectées ensemble, comme dé-montré dans la figure 4.7

(c). L’entrée est A A+ .

(a) Comme porte OU (b) Comme porte ET

(c) Comme porte NON OU


Activité 4.17.8 La porte NON-ET

(1) La porte NON-ET est une porte NON et une porte ET. Elle peut être obtenue en connectant une porte NON dans l’entrée d’une porte ET, tel que démontré dans la figure 4.8. Sa sortie est donnée par l’équation booléenne.

X o X AB= A

B

A B

( )a ( )b

Figure 4.8

Si les entrées ne sont pas 1, alors la sortie de la porte sera 1.

(2) La porte NON-ET est une porte universelle.

La porte NON-ET se nomme porte universelle puisqu’elle peut faire les trois fonctions logiques d’une porte OU, ET ou d’un inverseur.


(a) Montrez la façon dont une porte NON peut être faite d’une porte NON-ET.

(b) Montrez la façon dont on peut utiliser les deux portes NON-ET pour produire une porte ET.

(c) Montrez la façon dont une porte OU peut être faite à partir de trois portes NON-ET.

Exemple 1 : Un signal électrique est exprimé comme 101011. Expliquez sa signifi-cation. Si ce signal est appliqué à une porte NON, quel sera le signal de sortie ?


Solution

0 0

1 1 0 1 0 1

0 0 1 1 output signal

input signal

Le nombre binaire 2101011 pour le signal d’entrée est représenté comme un train d’impulsions.

La logique positive 1 représente la haute tension et 0 représente la basse tension. Le

nombre binaire pour le signal de sortie est 2010100 .

Exemple 2. Deux signaux électriques représentés par A = 101101 et B =110101 sont appliqués à une porte ET à deux entrées. Dessinez le signal de sortie et le nombre binaire qu’elle représente.

Solution. Le train de pulsions correspondant à A et B est montré dans la figure 4.9. Dans une porte ET, C est 1 seulement lorsque A et B sont 1.

01 011

00

1

0 0 1111

A

B

1 0 11Coutput signal

input signal

input signal

1 2 3 4 5 6 Time intervals

Figure 4.9 En montrant les signaux d’entrée A et B, et le signal de sortie C

Signal d’entrée

Signal de sortie

Signal d’entrée

Signal d’entrée

Signal de sortie

Intervalles de temps


La sortie peut être trouvée dans différents intervalles de temps comme suit :

1. 1er intervalle : 1 + 1 = 1

2. 2e intervalle : 0 + 1 = 0

3. 3e intervalle : 1 + 0 = 0

4. 4e intervalle : 1 + 1 = 1

5. 5e intervalle : 0 + 0 = 0

6. 6e intervalle : 1 + 1 = 1

D’où la sortie de la porte ET est 2100101 .

Activité 4.17.8 Circuit combinatoire logique

Un circuit combinatoire logique est un circuit construit à partir de différentes combi-naisons de portes logiques. Le circuit possède une série d’entrées, un circuit associatif sans mémoire pour fonctionner sur des entrées et une série de sorties, comme montré dans la figure 4.10. La sortie pour un circuit logique combinatoire dépend uniquement de la valeur d’entrée présente et non de celles qui ont précédé.

Des exemples de tels circuits sont : des décodeurs, des additionneurs, des multi-plexeurs, des démultiplexeurs, etc.

Combi nation al outpu ts

Combi nation al Log ic gates

Exter nal inputs

Figure 4.10 Circuit logique combinatoire

Sorties combinatoires

Entrées externes

Éléments logiques

Université Virtuelle Africaine ��0

Activité 4.17.9 Multiplexeur et Démultiplexeur

(a)Le multiplexeur (MUX) est un dispositif qui sélectionne une entrée seulement

parmi N sources d’entrées de données, 0 1 1, ,............ nC C C � sous l’influence

d’une entrée de sélection, montrée dans la figure 4.11 (a). Il possède une ligne de sortie unique. D’où le multiplexeur est un commutateur logique de sortie lequel est maîtrisé par un signal logique.

BA

F2c1c0c

3coutput

Address

0C

1C

1nC

1-4 multiplexer

input

select

output

Figure 4.11(a) Analogue mécanique du multiplexeur; 4 à 1 multiplexeur (b) Schéma d’ensemble

(b)Démultiplexeur

Un démultiplexeur performe le processus contraire du multiplexeur. Il peut prendre une entrée et transférer les données sur cette ligne d’entrée à la borne de plusieurs lignes de sortie, sous l’influence de l’entrée de sélection.

• Utilisez les livres d’électronique standard et compilez les notes sur le travail de démultiplexeur.

Activité 4.17.11 Bascules bistables

Le nom bascule bistable décrit l’habileté d’un circuit à changer entre deux états sta-bles. Une bascule bistable, aussi appelée multivibrateur bistable, constitue un circuit de mémoire numérique de base puisqu’il possède deux états stables. Un des états stables est connu sous le nom de R à U ou logique 1 et l’autre état stable est appelé


RÉINITIALISATION, CLAIR ou 0. La plupart des bascules bistables sont du type base de temps dans lequel le changement d’état de la bascule bistable se produit à une vitesse précise. Certaines des bascules bistables les plus utilisées sont les types SR, JK, D et T.

(a)Balance SR

Le type de balance le plus simple est la balance SR. Elle possède deux entrées : les entrées S et R et les deux sorties, qui sont complémentaires à chacune, indiquées par

Q et Q . Le circuit de balance SR est parfois appelé le verrou SR. Le verrouillage signifie que le circuit maintient une condition, en mode désactivé, jusqu’à ce qu’il soit libéré par une impulsion S ou R. La construction d’un verrou SR est démontrée dans la figure 4.12.

oQ

o Q

R

o

o

o

o

Figure 4.12 Circuit de balance SR avec deux portes NON-OU

• Il y a quatre modes d’opération : (i) mode désactivé inhinbité (ii) mode en-semble (iii) mode conditions initiales ou vidage (iv) mode interdit ou non permis.

Activité 4.19 ALGÈBRE BOOLÉENNE

Introduction

L’algèbre booléenne n’est pas l’algèbre numérique ordinaire apprise à l’école, mais un totalement nouveau système appelé algèbre logique. Comme mentionnée plus tôt, l’algèbre booléenne est idéale pour la conception et l’analyse de circuits logiques utilisés en informatique. Elle fournit une façon économique et directe de décrire la circuiterie informatique et des circuits de commutation compliqués. Comparée aux outils d’analyse et de conception mathématiques, l’algèbre booléenne a les avantages de simplicité, de rapidité et de précision.


Caractéristique unique de l’algèbre booléenne

Contrairement à l’algèbre ordinaire, les variables utilisées en algèbre booléenne ont une propriété unique, p.ex., elles peuvent assumer seulement une des deux valeurs possibles 0 et 1. Chacune des valeurs utilisées dans une équation logique ou booléenne peut supposer seulement la valeur de 0 ou 1.

Par exemple, dans l’équation logique A + B = C, chacune des trois variables A, B et C peuvent avoir seulement la valeur de 0 ou 1.

Lois de l’algèbre booléenne

L’algèbre booléenne est un système de mathématique basé sur la logique. Elle a sa propre série de lois fondamentales qui sont nécessaires à la manipulation des expres-sions booléennes.

1. Lois OU

Loi 1. 0A A+ = Loi 3. A A A+ =

Loi 2. 1 1A+ = Loi 4. 1A A+ =

2. Lois ET

Loi 5. .0 0A = Loi 7. .A A A=

Loi 6 .1A A= Loi 8. . 0A A =

3. Lois de complémentation

Loi 9. 0 1= Loi 12. If A = 0, alors 0A =

Loi 10. 1 0= Loi 13 A A=

Loi 11. Si A = 0, alors 1A =

4. Lois de la commutativité

Ces lois permettent un changement dans la position des variables dans les expressions OU et ET.

Loi 14. A+ B = B + A Loi 15. A.B = B.A


Les lois 14 & 15 signifient que l’ordre dans lequel une combinaison de termes est faite n’influence pas son résultat final.

5. Lois associatives

Ces lois permettent d’enlever les parenthèses de l’expression logique et de regrouper les variables.

Loi 16. ( ) ( )A B C A B C+ + = + +

Loi 17. ( ) ( )A B C D A B C D+ + + = + + +

Loi 18. ( ) ( ). . . .A B C A B C=

6. Lois distributives

Ces lois permettent la factorisation ou la multiplication d’une expression.

Loi 19. ( )A B C AB AC+ = + .

Loi 20. ( )( )A BC A B A C+ = + + .

Loi 21. .A A B A B+ = + .

7. Lois d’absorptivité

Elles nous permettent de réduire une expression logique compliquée en une forme plus simple en absorbant certains des termes en termes existants.

Loi 22. A AB A+ = Loi 23. ( ).A A B A+ =

Loi 24 ( ).A A B AB+ = .


Auto-évaluation 4

1. Convertissez la fraction binaire 0,111 en sa décimale équivalente.

2. Convertissez 100.77 en son binaire équivalent.

3. Convertissez 25,625 en sa binaire équivalente.

4. Dans les conversions suivantes, commentez les réponses obtenues

i 1101.0 2 et 11010.0 2 .

ii 1101.0 2 et 110.10 2 .

5. Effectuez les soustractions binaires suivantes :

a. 1000 2 - 0001 2

b. 1001 2 - 0111 2 .

c. 1101 2 - 1010 2 .

6. Écrivez les nombres hexadécimaux suivants en nombres binaux.

( )i D8 ( )ii 4E.

7. (a) Utilisez les références pour dessiner des circuits équivalents pour une porte NON et expliquez le fonctionnement de ceux-ci.

(b)

X

A B

C

(i)Trouvez l’équation booléenne pour la sortie X.

(ii)Évaluez X lorsque : A = 0, B = 1, C = 1 et lorsque : A = 1, B = 1, C = 1

(c) Construisez une opération logique pour une porte NON-OU et expliquez son fonctionnement.


8.

i) Dessinez le circuit logique pour le multiplexeur de la figure 4.11

(b)

ii) Écrivez l’équation logique qui fournit la fonction commutatrice.iii) Le démultiplexeur exécute le processus contraire du multiplexeur.

Écrivez un bref commentaire à ce sujet.

9.

(i)Construisez une table de vérité pour la figure 4.13(ii) Utilisez la figure 4.13 pour décrire la façon dont les quatre modes d’opération :

mode désactivé ou inhibé; mode ensemble; mode réinitialisation ou vidage et mode interdit ou non permis sont obtenus.

(iii)Dessinez un circuit d’une bascule à verrouillage RS et décrivez son mode de fonctionnement.


Activité 5 Acquisition de données et commande de processus

Vous aurez besoin de 20 heures pour terminer cette activité. Seulement des directions de base vous seront données pour vous aider à faire cette activité.


Dans cette activité, vous aurez besoin de :

i. Expliquer le fonctionnement d’un transductor en différents modes (tension, lumière, piézo, température)

ii. Expliquer et appliquer le signal transductor qui conditionne les processus etiii. Appliquer le signal conditionné en forme numérique.


Dans cette activité, on aborde le sujet de différents types de transducteurs en rela-tion avec la façon dont le traitement de l’information est fait. La discussion sur le traitement de l’information est divisée en trois parties : les capteurs, le formage de signaux et l’acquisition de données. Comme exemple de capteurs, on discute du cap-teur piézoélectrique et une expression pour la tension générée est dérivée. En ce qui concerne le formage de signaux, les sujets suivants sont abordés : exigences pour les convertisseurs analogiques numériques ; isolation de signaux, formage de signaux; suppression de signaux indésirés. De plus, les conversions d’un capteur de tension, de courant et de résistance en tension sont discutées. La dernière section de cette activité traite de l’acquisition de données dans laquelle les sujets discutés incluent : l’antirepliement; l’échantillonnage et la mémorisation; la conversion analogique numérique et les intégrations de systèmes. Dans certains cas, certaines équations sont dérivées et uitilsées pour des problèmes numériques.


Lecture 1 : WIKIBOOKS

Référence complète : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Al-gebra.

5 octobre 2007 Résumé : Les sujets traités incluent parmi d’autres : opérateurs mathématiques

formels, lois de l’algèbre booléenne (associativité, distributivité et commuta-tivité).

Justification : Cette lecture fournit du matériel de lecture de base sur l’algèbre booléenne.


Lecture 5 : Sensors.

Référence : http://Soundlab.cs.princeton.ed/learning/tutorials/sensors/node19.html.

7 juillet 2007 Résumé : Les sujets traités incluent l’acquisition de données (capteurs pié-

zoélectriques, accéléromètre, capteurs de force, microphones, capteurs bipo-tentiels); formage de signaux (exigences pour les convertisseurs N/A, tension à tension, résistance à tension, capacité à tension); acquisition de données (antirepliement, conversion analogique numérique, systèmes d’acquisition de données).

Justification : Cette lecture fournit du bon matériel sur cette activité.


Référence : http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=Transducers&oe=UTF-8&um=1&ie=UTF-8&sa=N&tab=wi. 4 octobre 2007

Résumé : Images de différents types de transducteurs. Justification : Cette ressource fournit de l’information sur les différents

transducteurs.Référence : http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=sensors&oe=UTF-8&um=1&ie=UTF-8&sa=N&tab=wi. 4 octobre 2007

Résumé : Cette ressource fournit différents types de capteurs. Justification : Les images renforcent l’apprentissage.

Liens utiles

Titre : Piezoelectricity

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit des lectures utiles sur : matériel, applications qui incluent la haute tension et les sources d’énergie, les capteurs, les récepteurs, les moteurs piézoélectriques et les classes de cristal.

Titre : Transducers

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer”; 4 octobre 2007 Résumé : Fournit de bonnes lectures sur les types de transducteurs qui in-

cluent parmi d’autres : l’antenne, lampe fluorescente, capteur à effet Hall, moteur rotatif, générateur mécanique de vibrations, cristal piézoélectrique et photodiodes.


Activité 5.1 Fonctionnement des transducteurs

Dans cette activité, vous devrez :

i. Expliquer le fonctionnement d’un transducteur en différents modes.ii. Expliquer et appliquer les processus de formage de signaux de transduc-

teurs.iii. Appliquer le formage de signaux en forme numérique.

Puisque l’électronique n’est pas un cours très enseigné à l’école, cette activité vous fournira grandement la plupart des informations de case liée aux différents concepts. Par contre, vous devrez faire de la lecture extensive afin de couvrir les zones mé-connues. Un certain nombre de références vous seront données pendant votre étude, mais vous ne devriez pas vous limiter à celles-ci.

Activité 5.1.1 Définition des transducteurs

Un transducteur est un dispositif, habituellement électrique, électronique, élec-tromécanique, électromagnétique, photonique ou photovoltaïque qui convertit un type d’énergie en un autre pour différentes raisons, notamment le mesurage ou le transfert de l’information (p.ex., les capteurs de pression). Dans un sens plus large, un transducteur est parfois défini comme étant un dispositif qui convertit un signal d’une forme à une autre.

Activité 5.1.2 Traitement de l’information

Dans cette section, vous apprendrez la façon dont le traitement de l’information est fait. Cela, concernant les domaines principaux. Le chemin par lequel l’information est traitée requiert trois parties : les capteurs, le formage de signaux et l’acquisition de données, telles que représentées dans la figure 5.1.

Figure 5.1 Les trois parties dans lesquelles l’information est traitée


Avant de discuter des trois parties dans lesquelles l’information est traitée, jetons un œil aux types de transducteurs.

Types de transducteurs

Les types de transducteurs sont donnés comme suit :

1. Électromagnétique :

- Antenne - convertit les ondes électromagnétiques en courant électrique et vice versa.

- Tube cathodique (CRT) – convertit les signaux électriques en forme visuel-le.

- Lampe fluorescente, ampoule électrique convertit l’énergie électrique en lumière visible.

- Cartouche de bande magnétique convertit le mouvement en forme électri-que.

- Résistor de la phase lumineuse convertit les changements d’intensités lumi-neuses en résistances aux changements.

- Amorce de la bande, convertit les champs magnétiques changeants en forme électrique.

- Capteur à effet Hall convertit le niveau d’un champ magnétique en forme électrique.

2. Électrochimique :

- Sonde de pH.- Pile à combustible électrogalvanique.

3. Électromécanique :

- Moteur rotatif, moteur linéaire.- Potentiomètere lorsqu’utilisé pour mesurer une position.- Cellule à quartz convertit la force à mV/V signal électrique en utilisant des

tensiomètres.- Tensiomètre.- Commutateur.


4. Électroacoustique :

- Géophone convertit le mouvement au sol (déplacement) en tension.- Hydrophone convertit les changements de pression de l’eau en une forme

électrique.- Haut-parleur, écouteur – convertit les changements de signaux électriques en

forme acoustique.- Microphone – convertit les changements de pression d’air en signal électri-

que.- Cristal piézoélectrique convertit les changements de pression en forme élec-

trique.- Diode laser, diode électroluminescente convertit l’énergie électrique en formes

lumineuses.- Photodiode, photorésistance, phototransistor, tube photomultiplicateur

– convertit les changements d’intensité lumineuse en forme électrique.

5. Électrostatique :

- Électromètre- Affichage à cristaux liquides

6. Thermoélectrique :

- Détecteur de température à résistance- Thermocouple- Termistance (inclut résistor CTP et résistor CTN).


Vous devez utiliser les références suivantes :

«http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer»; 8 octobre 2007; http://soundlabs.prin-ceton.edu/learning tutorials/sensors/node7, 12 août 2007, pour faire de brefs com-mentaires. Vous devez utiliser les liens inclus dans la référence afin d’enrichir vos commentaires.

(a) Expliquer le fonctionnement d’un transducteur dans les modes suivants :

Tension

Lumière

Piézo et

Température


Activité 5.1.3 Brefs commentaires sur le capteur, le formage de signaux et l’acquisition de données

Dans cette section, on discute brièvement des trois phases du traitement de l’infor-mation de la figure 5.1. La plupart des concepts sont fournis, ainsi vous devez vous concentrer sur la compréhension des concepts ci-dessous.

(i) Le capteur

Les capteurs peuvent être catégorisés par la physique sous-jacente de leur fonction-nement, bien qu’un principe physique puisse être utilisé pour expliquer plusieurs phénomènes différents. Par exemple, l’effet piézoélectrique peut mesurer la force, la flexion, l’accélération la chaleur et les vibrations acoustiques. Par ailleurs, un phénomène peut aussi être mesuré par plusieurs principes physiques. Par exemple, les ondes sonores peuvent être expliquées par l’effet piézosémétrique, la capacité, les effets du champ magnétique et les changements de résistance.

(ii) Formage de signaux

L’information d’un capteur doit être changée en une forme appropriée pour une en-trée dans un système d’acquisition de données. Cela signifie de changer l’entrée des capteurs en une tension (si ce n’est pas déjà fait), en modifiant la plage dynamique des capteurs pour maximiser la précision du système d’acquisition de données, en enlevant les signaux indésirés et en limitant le spectre du capteur. Dans certains cas, le fonctionnement des signaux analogiques (linéaire et non linéaire) est nécessaire au redressement de la charge de traitement du système d’acquisition de données et de l’ordinateur.

(iii) Acquisition de données

Les signaux horaires analogique et continu mesurés par le capteur et modifiés par la circuiterie de formage de signaux doivent être convertis en une forme que l’ordinateur peut comprendre. C’est ce qu’on appelle ici une acquisition de données.

Activité 5.1.4 Capteurs

Dans cette activité, vous expliquerez le fonctionnement de certains capteurs :

1. Capteurs piézoélectriques, résistance de caption de force et microphones.2. Les notes fournies doivent être complétées en tout temps.


Capteurs piézoélectriques

L’effet piézoélectrique est un effet dans lequel l’énergie est convertie entre les formes mécanique et électrique. Lorsqu’une pression est appliquée à un piézoélectrique, la déformation électrique résultante entraîne une charge électrique. Par exemple, les microphones piézoélectriques changent la pression acoustique en une tension. D’un autre côté, lorsqu’une charge électrique est appliquée à un cristal polarisé, celui-ci subit une déformation mécanique qui, à son tour, peut créer une pression acoustique. (Lisez sur ce sujet).

Façon dont une tension est formée dans un cristal polarisé.

Figure 5.2 Structure interne d’un électret

Les solides qui ont une polarisation électrique permanente se nomment électrets, figure 5.2. Une polarisation permanente semblable est également observée dans les cristaux où, chaque cellule du cristal possède un dipôle électrique, orienté de façon à ce que les dipôles soient alignés. Par contre, cela provoque un excès de charge de surface qui attire les charges libres de l’atmosphère environnante rendant le cristal neutre. Si une force suffisante est appliquée à un cristal piézoélectrique, la déforma-tion qui se produit perturbe l’orientation des dipôles électriques et une situation où la charge n’est pas complètement annulée se produit. Cela entraîne un excès temporaire de charge de surface, qui se manifeste ensuite en une tension développée à travers le cristal.

Figure 5.3 Un capteur basé sur l’effet piézoélectrique


Si la charge de surface sur un cristal est connue, le principe physique est utilisé pour construire un capteur qui mesure la force. Un capteur de force est fait à partir d’un condensateur formé en intercalant un cristal piézoélectrique entre deux plaques de métal, comme démontré dans la figure 5.3. Lorsqu’une force externe agit sur un cristal, une charge, fonction de la force appliquée est crée à cause de la déformation du cristal. Cette charge provoque une tension V, donnée dans l’équation 5.1

fQV

C= ( )5.1

fQ est la charge résultante à partir d’une force f et C est la capacité du dispositif. Comme on l’a décrit ci-haut, les cristaux piézoélectriques agissent comme transduc-teurs qui changent la force ou la contrainte mécanique en charge électrique qui peut être convertie en tension. Inversement, si on applique une tension aux plaques du système de la figure 5.3, le champ magnétique résultant fait en sorte que les dipôles électriques internes se réalignent, causant une déformation du matériel. Un exemple de cela est que des transducteurs piézoélectriques sont utiles tant comme haut parleurs (tension à mécanique) que comme microphones (mécanique à électrique).


Utilisez la lecture obligatoire 5 et autres références pour écrire des commentaires expliquant les principes et le fonctionnement de :

(a) Résistors de caption de force.(b) Accéléromètre (Dispositifs analogiques ADXL50).(c) Microphones.

Activité 5.1. Formage de signaux

Exigences des convertisseurs N-S

L’objectif premier de la circuiterie de formage de signaux analogiques est de mo-difier la sortie du capteur en une forme pouvant être convertie de façon optimale en un train de données numériques à temps discret par le système d’acquisition de données. Voici certaines exigences importantes de l’entrée de la plupart de systèmes d’acquisition de données :

1. Le signal d’entrée doit être une tension en forme d’onde. Le processus de conversion de la sortie du capteur en une tension peut également être utilisé pour réduire les signaux indésirés, p.ex., le bruit.

2. La plage dynamique devrait être près ou à la plage dynamique du système d’ac-quisition de données (habituellement égale au niveau de référence de tension,


refV ou 2* refV ). Il est important de maximiser la résolution du convertisseur analogique numérique.

3. L’impédance de source sR , du signal d’entrée devrait être assez basse afin que

des changements dans l’impédance d’entrée inR , du système d’acquisition de données n’affectent pas le signal d’entrée.

4. La largeur de bande du signal d’entrée doit être limitée à moins de la moitié de la fraction de sondage de la conversion analogique numérique.

Brefs commentaires sur les exigences supplémentaires pour un formage de si-gnaux

Il y a plusieurs autres utilités à la circuiterie de formage de signaux en dépendance d’une application particulière. Certaines d’entre elles sont :

(i) Isolation du signal Dans plusieurs applications, il est nécessaire d’isoler le capteur de l’alimenta-

tion électrique de l’ordinateur. Cela est fait de l’une des deux façons suivantes : isolation magnétique ou isolation optique.

(ii) Prétraitement du signal En règle générale, il est préférable d’effectuer un prétraitement du signal

du processeur avant l’acquisition de données afin de diminuer le temps de traitement requis par l’ordinateur, diminuer la fréquence d’échantillonnage nécessaire du système ou même pour effectuer des fonctions qui permettront l’utilisation d’un système entier d’acquisition de données plus simple.

(iii) Suppression de signaux indésirés Plusieurs sorties de capteurs peuvent avoir plusieurs différentes composantes.

Certains de ces signaux supplémentaires peuvent corrompre le besoin de la sortie du capteur à être supprimé avant que le signal soit numérisé. Le « bruit » qui résulte des signaux indésirés peut également être supprimé en utilisant une circuiterie analogique. Par exemple, 60 Hz d’interférence peuvent déformer la sortie de capteurs à faible sortie. La circuiterie de formage de signaux peut supprimer l’interférence avant d’être amplifiée et numérisée.


Tension à tension

(i) Motif

Plusieurs capteurs produisent une tension en forme d’onde. Donc, aucune circuiterie de formage de signaux n’est nécessaire pour effectuer la conversion en une tension. Par contre, la modification de portée dynamique, la transformation d’impédance et la diminution de la largeur de la bande peuvent toutes être nécessaires dans le système de formage de signaux en dépendance de l’amplitude et de la largeur de bande du signal et de l’impédance du capteur. À partir de ce stade, il est important de revoir l’analyse des circuits idéaux ampli-op, discutés dans l’activité 3 (non inverseur, amplificateur de sommation, etc.).

(ii)Circuits : Amplificateurs

Inverseur

Le circuit le plus commun utilisé dans le formage de signaux est le circuit ampli-ficateur inverseur, tel que démontré dans la figure 5.4. Le gain en tension de cet amplificateur est

-

F f

RI

. Le niveau des sorties du capteur peut concorder au niveau nécessaire pour

le système d’acquisition de données. L’impédance d’entrée est d’environ IR et l’impédance de sortie est près de zéro. Le circuit fournit donc une transformation d’impédance entre le capteur et le système d’acquisition de données.

Figure 5.4. Amplificateur inverseur

L’excursion de tension de la sortie de l’amplificateur est limitée par l’alimentation électrique de l’amplificateur, comme démontré dans la figure 5.5. Dans cet exemple, l’alimentation électrique est +/- 13V. Lorsque la sortie de l’amplificateur dépasse ce niveau, elle est « écrêtée ».


Figure 5.5. Écrêtage de la sortie de l’amplificateur

La largeur de bande est limitée de la même façon que la plage dynamique de l’am-plificateur. Le gain de largeur de bande d’un ampli-op est fixé. Lorsque le produit gain bande passante 3MHz est connecté pour avoir un gain de 100, alors la largeur

de bande de l’amplificateur sera limitée à ( )30 100 30 3kHz kHz MHz� = . Tous les ampli-op amorcent le bruit au signal et cela constitue une limite majeure du circuit amplificateur. Les résistances amorcent elles aussi le bruit dans le circuit. L’équation pour ce bruit thermique est :

2 4noiseV kTBR= ( )5.2

où k est la constante de Boltzmann, T est la température, B est la largeur de bande du dispositif de mesure et R est la valeur de la résistance.

Une autre limite de l’ampli-op est la tension de décalage. Tous les ampli-op possèdent une petite quantité de tension présente entre les terminaux inverseur et non-inverseur. Ce potentiel en courant continu est alors augmenté comme s’il faisait partie du signal du capteur.


(iii) Amplificateur de mesure

L’amplificateur de mesure est certainement la configuration de circuit la plus im-portante pour augmenter la sortie du capteur. Un amplificateur de mesure devrait posséder :

1. Un gain précis, exact et stable, habituellement entre 1 et 1 000.2. Une impédance d’entrée très élevée3. Une impédance de sortie très basse4. Un RRMC très élevé

Prenez note que le RRMC (rapport de rejection en mode commun) est défini comme suit :

vd

vc

ACMMR

A=

( )5.3

Où :

Avd =

Vout

V + -V -=

Gain mode différentiel ( )5.4

Avc =Vout

V + +V -

2

=

Gain mode commun ( )5.5

L’amplificateur différentiel décrit ici ne satisfait pas la deuxième exigence de l’impédance de sortie élevée. Ce problème est résolu en plaçant un amplificateur non-inverseur à chacune des entrées de celui-ci, comme démontré à la figure 5.6. Souvenez-vous qu’un amplificateur non-inverseur possède une impédance de sortie presque infinie. Dans la figure 5.6, les deux résistances sont branchées ensemble pour

créer une résistance commune GR à la place de mettre les résistances à la terre. Le gain différentiel total du circuit est donné par l’équation 5.6 :

Avd = 1+ 2

R3

RG

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟R

2

R1

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟ ( )5.6


Figure 5.6 Amplificateur de mesure

Exemple : Calcul numérique

Déterminez le gain total de l’amplificateur de la figure 5.6 si

2.3kΩ; R2= 47kΩ; R

3= 4.5kΩ;and RG = 2.0kΩ

Solution

Avd = 1+ 2

R3

RG

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟R

2

R1

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟

≅ 112.4(vi)

Filtres actifs passe-bas et passe-haut

La largeur de bande du signal entrant peut être limitée en modifiant l’amplificateur non-inverseur, comme démontré dans la figure 5.7. Cela dit, la résistance de réaction est remplacée par une combinaison résistance/condensateur. Le gain du circuit est donc maintenant donné par l’équation 5.7.

Av = H0

1

1+ jff

0

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟ ( )5.7

Où: H

0= -

R2

R1

et f

0=

12πR

2C

( )5.8


Figure 5.7 Filtre passe-bas unipolaire

Activité 5.2 Courant à tension

Dans cette section, vous apprendrez la façon dont le courant de sortie peut être converti en tension.

Activité 5.2.1 Motif

Certains capteurs produisent un courant plutôt qu’une tension. Le plus commun de ces types de capteurs est la photodiode qui a une sortie de courant proportionnelle à la quantité de lumière brillant dessus. Dans ce cas, la circuiterie du formage de signaux est requise pour convertir la sortie de courant du capteur en tension.

Activité 5.2.2 Circuits

Une configuration d’amplificateur inverseur est utilisée à la place d’un amplificateur non-inverseur dans la conversion de courant en intensité, puisqu’un amplificateur non-inverseur attire très peu de courant. La figure 5.8 montre un amplificateur de courant connecté à une photodiode. À mesure que la lumière augmente, la sortie de courant de la photodiode augmente, donc l’augmentation

outV Proportionnellement :

out sV I R= ( )5.9


Figure 5.8 Photocellule branchée à un amplificateur de courant

Activité 5.3 Résistance à tension


Plusieurs capteurs produisent des changements dans la résistance électrique en réponse à la quantité qu’ils mesurent. Par exemple, dans les résistances de caption de force, leurs résistances diminuent lorsqu’une force est appliquée, dans les thermistances, la résistance change en fonction de la température et dans les microphones à charbon, leur résistance change en réponse à la pression acoutisque changeante. Ce qui doit être fait par la suite est la conversion de la résistance du dispositif en une tension utilisable qui peut être lue par les convertisseurs analogiques numériques. Certains circuits qui performent ces mesures sont décrits comme suit :

Activit 5.3.2 Circuits

Il y a deux façons de convertir la résistance d’un capteur en une tension. La première façon et la plus simple est d’appliquer une tension à un réseautage de séparateur de

résistance composé d’une résistance étalon FR , et du capteur MR , comme démontré dans la figure 5.9.

Figure 5.9 Résistance à tension


La tension qui apparaît à travers le capteur (ou la résistance étalon) est alors isolée avant d’être envoyée à la CAN. La tension de sorite est donnée par l’équation 5.10

1

1

mout

fm f

m

RV

RR RR

= =+

+ ( )5.10

Dans ce cas, l’amplificateur amplifie la tension entière mesurée à travers le capteur et pourtant, il est beaucoup mieux d’amplifier seulement le changement dans la tension dû au changement dans la résistance du capteur. Cela est atteint en utilisant un pont, comme démontré dans la figure 5.10.

Figure 5.10. Un pont de résistance connecté à un amplificateur de mesure

Si 1R est fixé égal à R, alors la sortie approximative de ce circuit est donnée par l’équation 5.11.

Vout =

A4

Vrefδ ( )5.11

Où A est le gain de l’amplificateur de mesure et δ est le changement dans la résis-

tance du capteur correspondant à une certaine action physique. Ici, seulement δ est amplifié.


Activité 5.4 Capacité à tension


La propriété électrique de la capacité est un principe physique derrière plusieurs capteurs puisque c’est une propriété qui varie directement de façon proportionnelle à la distance entre les plaques de métal. Les condensateurs peuvent être utilisés comme capteurs qui détectent la présence d’un objet entre leurs plaques puisqu’ils sont sensibles au matériau qui réside entre leurs plaques de métal. Donc, le principe peut être utilisé comme détecteur qui détermine lorsque quelque chose entre dans un espace. Dans le cas du capteur piézoélectrique, on utilise le fait que la tension d’un condensateur chargé variera de façon inversement proportionnelle à sa capacité. La tension de sortie est amplifiée à un niveau utilisable par un circuit ampli-op.

Activité 5.4.2 Circuits

Cette activité décrit brièvement la façon dont la capacité peut être mesurée. On doit prendre note que la capacité peut être mesurée des mêmes façons que la résis-tance, p.ex., en utilisant un diviseur de tension ou un circuit en pont, voir figure 5. 9 et figure 5.10. Au lieu d’utiliser des résistances, on utilise des condensateurs. Par

contre, une différence critique est que refV doit être un signal sinusoïdal puisque le condensateur bloque le CC.

Activité 5.5 Acquisition de données

Dans cette section, vous apprendrez sur les fonctions des différentes sections de l’ac-quisition de données. La figure 5.11 montre les étapes dans lesquelles l’acquisition de données peut être divisée. Chaque étape du processus de l’acquisition de données : antirepliement; échantillonnage et mémorisation; et quantification sont décrits.

Figure 5.11 Acquisition de données


Activité 5.5.1 Antirepliement

L’exigence essentielle dans tous les signaux doit être la bande limitée à moins de la moitié de la fréquence d’échantillonnage du système d’échantillonnage. Pour des signaux de spectres larges, un filtre passe-bas analogique doit être placé avant le système d’acquisition de données. L’atténuation minimum du filtre à la fréquence antirepliement devrait être d’au moins :

Amin = 20log 3∗2B( ) ( )5.12

Où B est le nombre de CAN. Cette formule est dérivée du fait qu’il y a un niveau de bruit minimum inhérent au processus d’échantillonnage et qu’il n’est pas nécessaire d’atténuer le détecteur de signal plus qu’en dessous de ce niveau de bruit.


(a) Utilisez la lecture obligatoire 5 et d’autres références pour écrire de brefs com-mentaires sur

- Les problèmes avec le filtre antirepliement :- La façon dont les problèmes peuvent être résolus.

Activité 5.5.2 Échantillonage et mémorisation


Le but de la circuiterie échantillonnage et mémorisation est de prendre un instantané du détecteur de signal et de mémoriser la valeur. Cela se produit une fois à chaque pé-riode d’échantillonnage lorsque le commutateur se branche au condensateur au circuit de formage de signaux. Pendant cette période, le condensateur mémorise la valeur de la tension mesurée jusqu’à ce qu’on nouvel échantillon soit acquis. Au milieu de tout cela, la CAN doit avoir un signal stable afin d’effectuer une conversion de façon précise. La figure 5.13 est un circuit équivalent pour un circuit d’échantillonnage et de mémorisation. Plusieurs fois, la circuiterie d’échantillonnage et de mémorisation est incorporée dans le même bloc de circuits incorporé.


C

Figure 5.13 Circuit équivalent pour un échantillonnage et mémorisation

Par contre, le circuit d’échantillonnage et de mémorisation a quelques problèmes attribués à : temps de transition précis ; signal de branchement d’interface ; et signal de statisme.

Activité 5.5 Conversion analogique à numérique


(i) Le but de l’analogique au numérique est de quantifier le signal d’entrée à partir de l’échantillon et de garder le circuit aux niveaux discrets 2B où B est le nombre de bits du convertisseur analogique à numérique.

(ii) La tension d’entrée peut varier de 0 à refV (ou -Vref to +

+Vref pour une CAN

bipolaire). Cela signifie que la référence de tension de la CAN est utilisée pour fixer la portée de conversion de la CAN.

(iii) Pour une CAN monopolaire, une entrée 0 V provoquera le convertisseur à sortir tous les zéros.

(iv) Si l’entrée à la CAN est égale ou plus grande que refV , alors le conver-tisseur sortira tous les uns.

(v) Pour les entrées entre deux niveaux de tension, la CAN sortira les nombres binaires correspondant au niveau de signal.

(vi) Pour une CAN bipolaire, l’entrée minimum est -Vref et non 0 V.

1. Problèmes avec la CAN

La CAN a des problèmes causés par son dans le signal de sortie quantifié puisqu’elle sort seulement des niveaux 2B. Le rapport entre le signal et son bruit de quantification est appelé RSBQ. Le RSBQ décibels (dB) est environ égal à six fois le nombre de bits de la CAN donnée dans l’équation 5.13.

20log SQNR( ) = 6∗ Bits ( )5.13


Pour une CAN de 8 bits, le RSBQ est approximativement égal à 48 dB. Par contre, d’autres sources de bruit qui corrompent la sortie de la CAN incluent le bruit du capteur, de la circuiterie du formage de signaux et de la circuiterie numérique envi-ronnante.

2. Façon de réduire le bruit

Les effets du bruit peuvent être réduits en maximisant le niveau du signal d’entrée. Cela est fait en augmentant le gain de la circuiterie du formage de signaux jusqu’à

la sortie maximum du capteur soit égale à refV de la CAN. Il est également possible

de réduire refV jusqu’au niveau maximum du capteur. Le problème est que le bruit

corrompra les petits signaux. Une bonne règle de jugement est de garder refV au moins aussi large que le signal de conversion numérique maximum, qui est habituellement de 5V.

Activité 5.6 Intégration d’un système

Figure 5.14 Schéma d’ensemble des instruments nationaux d’une carte d’acquisition de données


Activité 5.6.1 Système d’acquisition de données

La figure 5.14 représente un schéma ensemble matériel des instruments nationaux d’une carte d’acquisition de données pouvant être utilisé dans la partie laboratoire en classe. Il possède 16 voies analogiques qui peuvent être configurées en 16 sorties individuelles closes ou en 8 sorties différentielles. Cela est fait par un multiplexeur ou un circuit commutateur et son logiciel configurable.

La sortie du multiplexeur s’alimente dans un amplificateur qui a un gain program-mable à travers le logiciel. Le circuit permet au programmeur de sélectionner un amplificateur approprié au signal qui sera mesuré. Le tableau utilisé en classe est capable d’implanter des gains de 0.5 à 100. Comme exemple de la façon dont le gain programmable sera utilisé, supposons un signal d’entrée bipolaire (positif et néga-tif). Le convertisseur analogique à numérique a une plage de tension d’alimentation de ±5V, d’où un gain de 0.5 permettrait au tableau de manipuler des tensions entre ±10V (5/0.5). De la même façon, un gain de 100 résulterait en une plage maximum de ±50mV (5/100) à la sortie du tableau.

En plus des convertisseurs analogiques à numériques, il y a deux convertisseurs numériques à analogiques qui permettent de générer des signaux analogiques. Huit lignes d’objectif général E-S sont aussi fournies, ce qui permet au tableau de maî-triser la circuiterie numérique externe ou de surveiller l’état des dispositifs externes, notamment les commutateurs ou les touches.

Auto-évaluation 5

1. (a) Que signifie le suiveur ?

(i) Temps de transition précis(ii) Signal de connexion d’interface(iii)Signal de statisme

(b)Décrivez la façon dont les problèmes dans (a) peuvent être résolus

2. Expliquez la signification de l’isolation magnétique et l’isolation optique

3. Expliquez la théorie de base de l’isolation optique


Activité 6 : Interconnection ordinateurs-dispositif

Vous aurez besoin de 15 heures pour terminer cette activité. Seulement des directives de base vous seront fournies pour vous aider à faire cette activité.


Dans cette activité, vous devrez : expliquer les niveaux des systèmes de composantes d’un microprocesseur.


Cette activité commence en donnant premièrement les définitions des termes es-sentiels. Ensuite, on aborde les types de classification des ordinateurs, notamment les ordinateurs analogiques, numériques et hybrides. Dans chaque cas, trois unités principales pour un ordinateur : unités d’entrée, unités de sortie et unités centrales de traitement sont discutées. Dans le cas de l’unité centrale (UC), la signification de termes comme 16 bits 64 K mémoire sont clairement expliqués.

Matériel de lecture

Lecture 7 : Computers WIKIBOOKS

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 4 octobre 2007 Résumé : La référence fournit des lectures sur l’architecture des programmes

enregistrés et la façon dont l’ordinateur fonctionne. Cela inclut l’unité de commande, l’unité arithmétique et logique (UAL), mémoire, entrée/sortie (E/S), multitâche, multitraitement et traitement en réseau et Internet.

Justification : Fournit aux débutants une lecture de base simple sur l’ordina-teur.


Référence : http://www.eastaughs.fsnet.co.uk/cpu/index.htm. 7 octobre 2007

Justification : Les sujets couverts incluent le tutoriel informatisé, le tutoriel du microprocesseur qui traite de la structure Cpp et les instructions du fonc-tionnement.

Justification : Fournit une illustration et des explications concises au sujet de l’informatique.


Liens utiles

Titre : Computers

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Computer 4 octobre 2007. Résumé : Cette ressource fournit des lectures sur des programmes enregistrés

dans l’architecture et la façon dont l’ordinateur fonctionne. Cela incut l’unité de commande, l’unité arithmétique logique (UAL), mémoire, entrée/sortie (E/S), fonctionnement multitâche, multitraitement et traitement en réseau et Internet.

Titre : Microprocessor.

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor. 5 octo-bre 2007

Résumé : Fournit du matériel de lecture de base sur : les constructions notables de 8 bits, constructions de 16 bits, constructions de 32 bits et constructions de 64 bits dans les ordinateurs personnels.

Titre : 32-bit in computer architecture

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit Résumé : Donne la signification d’un processeur de 32 bits


Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/8-bit Résumé : Inclut une liste d’UC de 8 bits

Activité 6.1 Ordinateur

Dans cette activité, nous commençons par donner la définition d’un ordinateur numérique avant d’expliquer les niveaux de systèmes de composantes du micropro-cesseur.

Activité 6.1.1 Définition

Un ordinateur numérique est un éventail complexe d’éléments logiques, d’enregis-trements et de circuiterie associée organisés pour exécuter des calculs logiques en manipulant des formes d’ondes représentant des nombres et des mots numériques.

Les circuits d’ordinateurs numériques sont construits pour effectuer des calculs logiques de toutes sortes. Donc, la machine fournit des instructions détaillées se rap-portant à chaque étape spécifique du calcul désiré, ainsi qu’aux nombres numériques impliqués. La série complète d’instructions se nomme le programme et est enregistrée à l’intérieur de l’ordinateur. Puisque le programme et les données se changent facile-ment pour différents problèmes, le programme enregistré de l’ordinateur numérique est un instrument très flexible et puissant de traitement.


Activité 6.1.2 Types d’ordinateurs

Dans cette activité, vous apprendrez que les ordinateurs peuvent être divisés selon leur grandeur et leurs mémoires. Cela inclut :

Les micro-ordinateurs : Un micro-ordinateur ou ordinateur personnel est le plus petit système d’ordinateur à usage général. Il peut exécuter un programme pour performer une variété d’instructions. De tels ordinateurs ont habituellement un microprocesseur de 8, 16 ou 32 bits. Un microprocesseur de 8 bits signifie qu’il peut exécuter 8 bits ou 1 octet de données dans un simple temps donné.

Les mini-ordinateurs : Un système mini-ordinateur est un petit ordinateur à usage général. Les mini-ordinateurs sont multiusages, contrairement aux micro-ordinateurs. Ils sont très utiles dans les réseaux de traitement de données distribuées. La plupart des mini-ordinateurs d’aujourd’hui ont un microprocesseur de 32 bits.

Les ordinateurs centraux : Un système ordinateur central est un ordinateur rapide pouvant traiter les données plus rapidement et plusieurs microprocesseurs sont utilisés à la place du seul microprocesseur utilisé dans les micro-ordinateurs et mini-ordina-teurs. Il peut opérer automatiquement 2 à 8 octets dans la même unité de temps.

Les superordinateurs : Les superordinateurs sont les ordinateurs les plus puissants et les plus coûteux. Le temps requis pour effectuer une opération peut même être exprimé en nanosecondes. De tels ordinateurs sont très utiles en recherche et en défense.

Activité 6.1.3 Classification des ordinateurs

Dans cette section, vous apprendrez que les ordinateurs peuvent également être classés selon les données qu’ils traitent. La classification inclut : les ordinateurs analogiques, numériques et hybrides.

a) Ordinateurs analogiques

(i) manipulent les données qui sont représentées par les quantités physiques de grandeur à réglage continu, notamment le courant de tension, la température, la longueur, etc.

(ii) soulèvent l’analogie mathématique du problème.

Cependant, un ordinateur analogique est moins précis (1 partie dans 414 ) et à une mémoire limitée.

b) Ordinateurs numériques

Ils manipulent les nombres actuels exprimés en chiffres et les qualités dans le problème sont représentées par des numéros uniques. La circuiterie d’im-pulsion est utilisée dans de tels ordinateurs. Ils divisent le problème en étapes arithmétiques logiques. Ils possèdent une très grande mémoire et sont très précis (1 partie dans 1012 ou plus).


c) Ordinateurs hybrides

Les ordinateurs hybrides sont ceux dans lesquels les caractéristiques désirables des ordinateurs analogiques et numériques sont intégrées.

Activité 6.1.4. Composantes essentielles du système informatique

Dans cette activité, vous apprendrez les fonctions principales d’un ordinateur. Un ordinateur peut être divisé en trois unités principales :

- Unités d’entrée, unités de sortie et unité centrale.

La figure 6.1représente le diagramme gobal d’un système informatique.

CPU

Arithmetic & Logi c Un it

Main m emory

Contro l Un it

Output Input

Figure 6.1 Diagramme d’ensemble d’un système informatique


(i)

Unités d’entrée

Les instructions et données nécessaires sont alimentées à l’ordinateur à travers l’unité d’entrée de celui-ci. Les unités d’entrée peuvent être séparées en deux types :

-Les unités d’entrée directes et les unités d’entrée indirectes

Les unités d’entrée directes sont :

Le clavier, la voie d’introduction des données, le lecteur code à barres, l’écran tactile (unité de visualisation), le pointeur optique, la table d’entrée, la souris, le lecteur de voix, le lecteur de caractères à encre magnétique et le lecteur de caractères op-tiques.

Les entrées indirectes sont :

Le lecteur de cartes, le lecteur de disquettes, les disques compacts, les clés USB et la bande magnétique.

Lecteur

(ii)

Unités de sortie

Ces unités prennent la sortie générée par l’ordinateur dans le code machine et la convertissent en une forme compréhensible pour l’être humain ou l’emmagasinent de façon pratique. Les unités de sortie peuvent être divisées en trois catégories : sortie-écran, sortie imprimée ou sortie emmagasinée. La plupart des ordinateurs possèdent des unités-écrans. Les unités-écrans sont les tubes cathodiques (CRT). L’écran plasma est venu sous les projecteurs avec l’arrivée des ordinateurs portables. L’unité imprimée génère la sortie dans la forme imprimée sur papier. Les imprimantes peuvent être largement divisées en quatre types :

- Imprimantes par points, imprimantes qualité courrier, imprimantes par ligne, imprimantes laser.

Les différentes formes de sorties emmagasinées, aussi connues sous le nom d’em-magasinage secondaire, sont les suivantes :

- Papier perforé, bande magnétique, disque magnétique, rangement zone disque en mémoire, rangement de bulles magnétiques, disque optique.

(iii)Unité centrale (UC).

L’UC est le cœur de l’ordinateur et consiste en trois composantes :

- Mémoire ou mémoire principale, unité arithmétique et logique et unité de commande


Toutes les composantes sont des circuits électroniques. L’espace de mémoire ou de mémoire principale peut être divisé en quatre sections :

- Zone mémoire d’entrée où les données sont gardées jusqu'à ce qu’elles soient traitées.

- Zone mémoire programme où les instructions de traitement sont gardées.- Zone mémoire de travail (bloc-notes) où les données intermédiaires sont

gardées pendant le traitement.- Zone mémoire de sortie où les résultats finaux sont gardés.

La zone mémoire principale est de deux types :

- Mémoire à tores magnétiques- Mémoire à semi-conducteurs

Le premier type est non rémanent, p.ex., il n’arrête pas de stocker les données lorsque l’alimentation est éteinte. Il est maintenant presque super cédé par le second type. Les mémoires à semiconducteurs sont plus rapides d’accès, plus compactes et moins coûteuses. Les types communs sont :

- Mémoire vive (MEV),- Mémoire morte (ROM),- ROM programmable (ROMP),- Mémoire morte reprogrammable (EPROM).

La mémoire est mesurée en mots, localisation ou adresses.

Par exemple, le nombre d’octets dans une mémoire de 16 bits 64 K est donné comme suit :

Mémoire de 16 bits 64 K = 64 * 1024 localisations

= 64 * 1024 * 16 = 1048576 bits

= 131072 octets,

Où 1 octet = 8 bits de localisations de mémoire et K = 1024 localisations.

Activité 6.2. Microprocesseur

Dans cette activité, on apprend sur le microprocesseur et ensuite, on explique son système de niveau de composantes. Un microprocesseur est un ordinateur processeur sur une micro-puce. Il est parfois appelé puce logique. Il est le « moteur » qui va en mouvement lorsque vous allumez votre ordinateur. Un microprocesseur est conçu pour exécuter des opérations arithmétiques et logiques qui font usage de petits espaces de maintien de nombre appelés registres. Les opérations typiques d’un microprocesseur incluent l’addition, la soustraction, la comparaison de deux nombres et le report de nombres d’un espace à un autre.Ces opérations sont le résultat d’une série d’instruc-tions qui fait partie de la construction d’un microprocesseur. Lorsque l’ordinateur est


allumé, le microprocesseur est conçu pour recevoir la première instruction à partir du système d’entrée-sortie de base (BIOS) qui vient avec l’ordinateur comme partie de sa mémoire. Après, le BIOS ou le système d’exploitation chargé par le BIOS dans la mémoire de l’ordinateur, ou un programme d’application « lit » le microprocesseur, lui donnant des instructions à exécuter.

En résumé, le microprocesseur est l’intégration d’un nombre de fonctions utiles dans un seul CI. Ces fonctions sont :

a. L’habileté à exécuter une série d’instructions stockées pour poursuivre les tâches définies de l’utilisateur.

b. L’habileté à accéder aux puces mémoires externes pour lire et écrire les don-nées à partir de et à la mémoire.

Activité 6.2.1 Architecture d’ordinateur

Vous apprendrez que :

a. Les parties principales d’un ordinateur peuvent être interconnectées de dif-férentes façons pour insister sur différentes caractéristiques de fonctionne-ment.

b. La structure interne de chaque partie peut être configurée pour exécuter certaines tâches de façon très efficace. Ces aspects de la construction d’un ordinateur numérique se nomment l’architecture d’ordinateur.

Activité 6.2 Architecture des microprocesseurs

Cette activité traite de l’apprentissage de l’architecture des microprocesseurs qui inclut : l’organisation de la mémoire, l’unité centrale et entrée/sortie.

Activité 6.2.1 Organisation de la mémoire

Ici, vous apprendrez que la mémoire morte (ROM) et la mémoire vive (MEV) utili-sées dans les systèmes microprocesseurs, sont basées, entre autres, sur les transistors bipolaires portes à circuit intégré (porte NON-ET en DTL, porte NON-ET en TTL, porte NON-OU en ECL, porte OU en I2L); et les circuits intégrés portes à transistor MOS (porte NON-OU en MOS à canal N, porte NON-ET en CMOS).

• Écrivez de brefs commentaires pour expliquer ce qui suit

a. Mémoire vive (MEV)b. Mémoire morte (ROM)


Points d’apprentissage

Vous devrez apprendre, parmi d’autres points, que :

i. Une mesure de la puissance du système microprocesseur est la capacité de mémoire qui détermine la longueur du programme ainsi que la quantité de données pouvant être manipulée.

ii. Normalement, la plus petite unité d’information accessible à l’extérieur de la mémoire est un mot et la longueur de mot la plus utilisée en microprocesseur est un mot de 8 bits, appelés octet.

iii. Les mots mémoire peuvent être interprétés par l’UC de trois façons fonda-mentales différentes : binaire pur de données numériques; instructions et code de données.

iv. Les données binaires sont les données numériques associées avec le pro-gramme. Par exemple, un octet de mémoire peut représenter n’importe quel numéro à partir de 0000 0000, cela est, 0 à 1111 1111, ou 255.

Activité 6.2.2 Unité centrale (UC)


i. Chaque UC à au moins un registre dans lequel les mots de données pris dans la mémoire peuvent être stockés.

ii. Le registre de travail principal de l’UC se nomme accumulateur.iii. L’accumulateur stocke le mot de données que l’UC fera fonctionner.

• Utilisez les références disponibles et écrivez de brefs commentaires pour expliquer le fonctionnement de trois autres registres opérationnels :

Registre d’instruction; registre de programme et compteur de données.

Activité 6.2.3 Entrée/Sortie

Cette activité jette un bref coup d’œil sur ce qui se produit dans l’entrée et la sortie du microprocesseur.

Les points d’apprentissage principaux sont :

(i). Dans un système microprocesseur complet, l’UC échange des données et des mots d’adressage avec les puces mémoires et entrée/sortie ou dispositifs E/S.

(ii). Une façon directe d’accomplir cela est avec un bus de données et un bus d’adresse, qui sont des parcours du signal communs interconnectant tous les dispositifs. (Le terme bus est dérivé du latin omnibus, qui signifie « pour tout »).


(iii). L’UC peut placer un mot d’adressage sur le bus d’adresse lequel est décodé par chacune des autres puces et qui résulte en une réponse appropriée. Cette réponse qui peut être de faire placer le mot mémoire sur le bus de données par une puce mémoire, est déclenchée par un signal d’autorisation sur une ligne de commande, telle que la ligne de commande de lecture/écriture.

(iv). Une longueur de mot d’adressage commune dans un microprocesseur classique de 8 bits est composée de 16 bits, c’est-à-dire deux octets.

(v). Une convention populaire est d’assigner les dix chiffres les plus bas au mot d’adressage et les six chiffres binaires les plus significatifs restants à la sé-lection de puces, tel que démontré ci-dessous : 16 bits adresse mémoire

1 0 0 0 1 114243

0 0 1 1 0 0 0 1 1 1442443

6 bits 10 bits

Sélection de puces sélection d’un mot

En utilisant cette convention, 62 ou 64, différentes puces mémoires (et (ou) dispositifs

E/S) peuvent être sélectionnées et jusqu’à 102 , ou 1024, mots individuels de chaque puce peuvent être adressés. Le plus souvent, les dispositifs E/S communiquent avec les microprocesseurs à travers l’interface E/S puces tampons qui sont adressées par l’UC de façon très semblable aux puces mémoires.

• Écrivez de brefs commentaires pour expliquer ce qe signifie le suiveur dans l’entrée et la sortie.

i. Priorités interrompuesii. Accès direct en mémoire (DMA)

Activité 6.3 Codeur et décodeur

Dans cette activité, vous apprendrez que dans un ordinateur :

(i). Le processus de codage transforme les signaux voulus en mots binaires pou-vant être stockés dans la mémoire pour l’utilisation lorsque nécessaire.

(ii). La longueur de mot (nombre de bits) est beaucoup moins que le nombre de lignes.

(iii). Le circuit d’un codeur possède également plusieurs lignes, mais la sortie est une forme codée qui identifie chacune des entrées. Par exemple, sept signaux d’entrée sont codés pour produire des mots binaires de trois bits.

• En général, un total de 2n-1 lignes peut être représentée par des mots binaires de n bits.


Exemple : Trouvez le nombre de lignes qui peuvent être codées à :

1. un mot de huit bits

2. un mot de 16 bits

Solution

Nombre total de lignes = 2n -1

Pour un mot de 8 bits, le nombre total de lignes = 28 -1= 255

Pour un mot de 16 bits, le nombre total de lignes = 216 -1= 65535

Les longueurs de mots de 8, 16, 32 et 64 bits sont utilisées fréquemment dans les systèmes informatiques. Les mots sont souvent divisés en segments de huit bits que l’on appelle les octets.

Exemple : Pour déterminer le nombre minimum de bits requis

Un clavier sur lequel il y a 26 bas de casse et 26 lettres majuscules, 10 chiffres et

22 caractères spéciaux a besoin d’un nombre total de 84 = (26 +26 +10 +22)codes si on doit transmettre un code binaire avec chacun des segments du clavier.

Puisque le nombre total de lignes = 2n -1

Le nombre de bits, n, est déterminé comme suit :

Si n =6 alors, 62 64= . Cela est moins que le total requis de 84 codes

Si n = 7 alors, 72 128= . Cela est plus grand que 84. Donc, un minimum de sept bits sera requis.

Activité 6.3.1 Illustration d’un codeur

Un diagramme d’ensemble pour un tel codeur est démontré dans la figure 6.2. Si la

clé est touchée, un commutateur nK , est proche, alors une alimentation 1V (corres-pondant à l’état 1) est branchée à la ligne.


1V

0K

83K

o o

o

o

o

o

o

o

A

B

C

D

E

F

G

o o o

o o

o o

1K

Enco der

Figure 6.2 Diagramme d’ensemble pour un codeur à clavier

Activité 6.4. Microprocesseurs pratiques

Dans cette activité, les différents microprocesseurs pratiques : systèmes de 8 Bits, UC de 16 et 32 Bits sont discutés et appris.

Activité 6.4.1 Systèmes de 8 Bits


(i). Des processeurs de 8 bits possèdent des séries d’instructions (78 instructions), une architecture de puce et un cycle d’instructions 2-μ s.

(ii). Les instructions et les mots de données ont 8 bits de longueur.

(iii). La longueur de mot d’adresse et cependant de 16 bits, laquelle adresse 162ou 65,536 localisations.

(iv). Des données de 8 bits et des bus d’adressage de 16 bits séparés communi-quent avec la puce périphérique et une région de MEV est réservée pour agir en tant que mémoire en pile qui permet l’inclusion pratiquement illimitée de sous-programmes.

(v). Donc, dans l’architecture d’ordinateur, des entiers relatifs de 8 bits, des adresses de mémoire ou autres unités de données sont 8 bits au plus (un octet) de largeur. De plus, les architectures d’une UC et d’une UAL de 8 bits sont celles basées sur les registres, les bus d’adresse ou sur les bus de données de cette grandeur.

(vi). Le premier processeur de 8 bits grandement utilisé fut l’Intel 8080. Il était utilisé dans plusieurs ordinateurs amateurs à la fin des années 1970 et au début des années 1980, faisant souvent fonctionner le CP/M du système d’exploitation.


• Écrivez un bref commentaire sur la signification de cycle d’instruction

Activité 6.4.1 16-Systèmes Bit

Ici, les points d’apprentissage importants sont :

(i). Dans les circuits microprocesseurs, la précision augmente avec l’utilisation de mots de données plus longs. Pour cela, on utilise les microprocesseurs de 16 et 32 bits.

(ii). Il est préférable d’utiliser des mots d’adressage plus longs afin d’avoir accès à des mémoires plus larges et à des fréquences d’horloge plus rapides pour réduire le temps d’exécution.

(iii). Les puces modernes de 16 et 32 bits atteignent ces buts en utilisant des longueurs plus grandes et en employant une architecture avancée.

(iv). Un certain nombre de paramètres spécifient la performance des micropro-cesseurs et déterminent leur pertinence pour toute application donnée.

(v). Ainsi, dans l’architecture d’ordinateur, les entiers relatifs de 16 bits, les adresses mémoires ou autres unités de données sont ceux qui sont à 16 bits (deux octets) de largeur au maximum. De plus, les architectures d’une UC et d’une UAL de 16 bits sont celles qui sont basées sur les registres, les bus d’adresse ou les bus de données de cette grandeur.

(vi). La capacité de mémoire est indiquée par une puissance communément utili-

sée de 2 conventions. Cela dit, K est le symbole pour 102 1024= octets, ou

kilo-octets et M signifie 202 1,048,576= octets, ou un mégaoctet, tandis

que G = 302 1,073,741,824= octets, ou un gigaoctet.(vii). Dans les processeurs de 16 bits importants, on retrouve le PDP-11, l’IN-

TEL 8086, l’Intel 80286 et le WDC 65C816. Le Motorola 68000 était de 16 bits et ses bus de données 16 bits de longueur. Cependant, il était de 32 bits puisque ses registres d’usage général étaient de 32 bits de longueur et la plupart des instructions arithmétiques supportaient 32 bits arithmétiques et 24 bits puisque le bus d’adresse était de 24 bits de longueur.

vUn entier relatif de 16 bits peut stocker 216 (ou 65536) de valeurs uniques. Dans une représentation non signée, ces valeurs sont les entiers relatifs entre 0 et 65535; en utilisant un complément à deux, les valeurs possibles s’étendent entre −32768 et 32767.


Activité 6.4.3 32-Systèmes bit

Ici, les points d’apprentissage importants sont :

(i). Dans l’architecture d’ordinateur, les entiers relatifs de 32 bits, les mémoires d’adresse ou autres unités de données sont ceux qui sont de 32 bits (quatre oc-tets) de largeur au maximum. De plus, les architectures d’une UC et d’une UAL de 32 bits sont celles basées sur les entiers relatifs, les bus d’adresse ou sur les bus de données de cette grandeur. Le terme 32 bits est également utilisé pour nommer une génération d’ordinateurs pour lesquels les processeurs de 32 bits étaient la norme.

(ii). La plage de valeurs d’un entier relatif peut être stockée dans 32 bits est 0 jusqu’à 4,294,967,295 ou -2,147,483,648 jusqu’à 2,147,483,647 en utilisant un encodage de complément à deux. D’où un processeur avec une mémoire d’adresse de 32 bits peut accéder directement à une mémoire adressable par octet de quatre gigaoctets.

Activité 6.4.4. Kibioctet opposé à kilo-octet

Dans cette activité, on verra la différence entre kibioctet et kilo-octet. Premièrement, on définit le kibioctet :

Un kibioctet (une contraction de kilo binaire et octet) est une unité d’information ou de mise en mémoire dans l’ordinateur, établie par la Commission électrotechnique internationale en 2000.

Son symbole est Kio.

1 kibioctet = 210 octets = 1 024 octets

Vous devriez prendre note que :

Le kibioctet est étroitement lié au kilo-octet, lequel peut être utilisé comme synonyme pour kibioctet ou pour faire référence à 103 octets = 1.000 octets, par lequel

1 kilo-octet = 103 = 1000 octets

Ainsi, le terme kibioctet a évolué pour faire référence à 1024 octets exclusivement.

Vous devriez prendre note que :

Si quelqu’un s’attend à des valeurs de puissance de deux pour parler de capacité

(i). Avec un kilo-octet (1024 opposés égal à 1000), la différence est de 2,4 %.

(ii). Avec un méga-octet (1024² ou 1.048.576 opposé à 1.000.000 soit une différence de 4,9 %.

(iii). Avec des « giga-octets », si on utilise 1024³, on s’attendra à ce que la gran-deur d’une unité soit de 1.073.741.824 octets par giga-octet opposé à un simple 1.000.000.000 soit une différence de 7,4%.


Vous devriez donc être conscient qu’une confusion peut être aggravée par l’utilisation de 1024 et de 1000 dans une seule définition.

La capacité approuvée des disquettes HD de 3½ pouces est 1,44 Mo, où Mo veut dire 1 000 fois 1 024 octets. La capacité totale est donc de 1 474 560 octets ou ap-proximativement 1,41 Mib.

Exemple

La relation ci-dessus peut être démontrée comme suit :

1,44 Mo = 1,44 ×1 000 ×1 024 = 1 474 560 octets

Divisez ceci par 1.048.576 par exemple.,

1.44 ×1000 ×10241,048,576

= 1.40625 MiB

Ainsi, une disquette de 1,44 Mo peut stocker 1474560 octets de données lorsque Mo signifie 1 000 fois 1 024 octets.

Auto-évaluation 6

1. Expliquez la signification du terme « programme » en informatique.

2. Trouvez le nombre de lignes d’entrée pouvant être codées à un mot de 32 bits.

3. Expliquez la signification d’instruction et registre en informatique.

4. Exprimez 3.7 Mo en

(i) octets(ii) Mib


Solution à l’auto-évaluation 1

1. (a) ni = 6.1144 ×1017 m

-3

(b) 0.01859 s/m

2. Cela est parce que, en plus du donneur, le nombre d’électrons disponibles pour les objectifs de conduction devient plus grand que le nombre de trous intrinsè-ques disponibles. Cependant, la charge totale du semiconducteur ne change pas puisque le donneur gagne autant de charges négatives (par la voie des électrons) que de charges positives (par la voie de protons dans leur noyau).

3. La tension seuil de conduction dépend de la concentration de dopant, de la charge électronique et de la température. Pour une jonction donnée, les deux premiers facteurs sont constants, les rendant donc dépendants de la température. Avec l’augmentation de la température, plus de porteurs de charges minoritaires sont diminués, menant à leur dérive plus grande à travers la jonction. Le résultat est que l’équilibre se produit à un potentiel de barrière plus bas. Il est juste de dire que Ge et Si diminuent d’environ 2mV / ºC.


1. Les caractéristiques physiques du transistor bipolaire à jonctions sont que :

- La base est légèrement dopée avec un matériau à haute résistivité.- Le collecteur entoure la zone émetteur, rendant cela presque impossible, pour

les électrons injectés dans la zone de base, de ne pas être collectés, rendant ainsi la valeur résultante de atrès proche de l’unité et donnant donc au tran-sistor un grandβ. Une coupe transversale d’un transistor bipolaire à jonctions indique que la jonction collecteur-base a une zone beaucoup plus large que celle de la jonction base-émetteur.

- Contrairement aux autres transistors, le transistor bipolaire à jonctions n’est pas un dispositif symétrique. Cela signifie qu’interchanger le collecteur et l’émetteur fait que le transistor laisse le mode actif vers l’avant et commence à fonctionner en mode inverse. Puisque la structure interne du transistor est habituellement optimisée en mode de fonctionnement vers l’avant, interchan-ger le collecteur et l’émetteur rend les valeurs de aet βen fonctionnement inverse beaucoup plus petites que celles trouvées dans le fonctionnement vers l’avant; souvent, le a du mode inverse est plus bas que 0,5. Le manque de symétrie est tout d’abord causé par les rapports de dopage de l’émetteur et du collecteur. L’émetteur est fortement dopé, tandis que le collecteur est légèrement dopé, permettant d’appliquer une grande tension en polarisation inverse avant que la jonction collecteur-base ne se brise. La jonction collec-teur-base est polarisée en inverse dans le fonctionnement normal.


- L’émetteur est hautement dopé pour augmenter l’injection de l’émetteur de façon efficace : le rapport de porteurs injectés par l’émetteur à ceux injectés par la base.

- Pour un gain de courant élevé, la plupart des porteurs injectés dans la jonction émetteur-base doivent venir de l’émetteur.

Des petits changements dans la tension appliquée à travers les pôles émetteur-base font en sorte que le courant qui circule entre l’émetteur et le collecteur change de façon significative. Cet effet peut être utilisé pour amplifier la tension d’alimentation ou le courant à l’entrée. Les transistors bipolaires à jonctions peuvent être vus comme des sources de courant commandées en tension, mais sont plus simplement caractérisés comme des sources ou des amplificateurs de courant commandés en courant, dû à la basse impédance à la base.

Le transistor NPN est un des deux types de transistors bipolaires dans lequel les lettres « N »et « P » font référence aux porteurs de charges majoritaires dans les différentes zones du transistor. La plupart des transistors bipolaires utilisés de nos jours sont des transistors NPN puisque la mobilité de l’électron est plus grande que la mobilité du trou dans les semiconducteurs, permettant de plus grands courants et un fonctionnement plus rapide.

Les transistors NPN consistent en une couche de semiconducteur de dopage de type P (la « base » entre deux couches de dopage de type. Un petit courant entrant dans la base dans un mode émetteur commun est amplifié dans la sortie de l’émetteur.

Dans le symbole du transistor NPN, la flèche est sur la jambe de l’émetteur et pointe dans la direction de l’intensité de courant conventionnelle lorsque le dispositif est en mode actif vers l’avant.

Un dispositif mnémotechnique pratique pour l’identification du symbole du transistor NPN et, par élimination, le transistor NPN est «NPN est Non Pointé à l’intérieur».



1. Un ampli-op spécifique peut être choisi pour : son gain en boucle ouverte, sa largeur de bande, sa performance sur le plan du bruit, son impédance d’entrée, sa consommation d’énergie ou un compromis entre ces facteurs.

2. 84.42 MT

3. La tension de sortie est

V

0= -

33033

V1+

33010

V2

⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟= - 10V

1+ 33V

2( )

= - 10 50sin 1000t( )( ) + 33 10sin 3000t( )( )⎡

⎣⎤⎦

= 0.5sin 1000t( ) + 0.33sin 3000t( )⎡⎣ ⎤⎦


1. Les quatre étapes suivantes seront utilisées :

Étape 1 0 1 1 1

Étape 2 ½ ¼ 1/8

Étape 3 ½ ¼ 1/8

Étape 4 ½ + ¼ +1/8 = 0.875

∴0.1112= 0.875

10

2. 0.77 10 = 0.110001 2

3. 25.625 10 = 11001.101 2

4. i- 13 et 26;

ii- 13 et 6.5


Cela implique que le changement du point binaire à droite est équivalent à la mul-tiplication du nombre par 2, tandis que le changement du point binaire à gauche est équivalent à la division du nombre par 2.

5 a. 111 2

b. 0010 2

c. 0011 2

6.(i)11101000 (ii)1001111

7.(c)i. X = AB + C

ii. X = 1;et X = 1

8 L’équation logique qui fournit la fonction de changement est donnée par

0 1 2 3. . . . . . .F C A B C A B C A B C A B= + + +

Pour A = B = 0, on obtient F = 0C ,

Pour A = 0, B = 1, on obtient F = 1C



Ainsi, pour que 2C soit sélectionné AB = 10, lequel permet 2X et 2C apparaitra à la sortie F



1

(a)-Temps de transition précis : L’échantillonnage et mémorisation prend une cer-taine période de temps à capturer un échantillon du signal de capteur. C’est ce qu’on appelle le temps de transition, le signal échantillonné peut être légèrement éteint.

• Signal connexion d’interface : Lorsque l’échantillonnage et la mémorisation ne sont pas connectés au signal, la valeur étant retenue devrait demeurer constante. Malheureusement, un certain signal purge à travers le commutateur causant ainsi la tension retenue à changer légèrement.

• Signal statisme : La tension étant retenue sur le condensateur commence à diminuer lentement avec le temps si le signal n’est pas échantillonné assez souvent.

(b)La solution principale à ces problèmes est d’avoir un petit temps de transition lié à la période d’échantillonnage. Cela signifie que si le concepteur IHM utilise une fréquence d’échantillonnage élevée, le temps de transition et de mémorisation devra être assez petit.

2

• L’isolation magnétique est tout d’abord utilisée pour coupler l’énergie à partir de l’ordinateur ou de la prise de courant murale jusqu’au capteur. Cela est fait à l’aide d’un transformateur.

• L’isolation optique est utilisée pour coupler le signal de capteur à l’entrée de l’acquisition de données. Cela est habituellement fait à l’aide d’une diode électroluminescente et d’un photodétecteur. Ceci peut être intégré dans un seul boîtier de circuit intégré tel que le 6N139.

La théorie de base de l’isolation optique a deux éléments de base : une source de lumière (habituellement une diode électroluminescente) et un détecteur photosensible. Ces deux éléments sont face à face et insérés dans un circuit électrique pour former un optocoupleur. La propriété principale d’un optocoupleur est qu’il y a un isolement par l’air entre la source de lumière et le détecteur. Aucun courant ne passe à travers cet espacement, seulement l’énergie lumineuse désirée représentant les données. Ainsi, les deux côtés du circuit sont « isolés» l’un de l’autre de façon efficace. Application principale dans les communications de données, l’application principale de l’isolation optique est dans un circuit de données point à point qui couvre une distance de plu-sieurs centaines de pieds ou plus. Puisque les dispositifs connectés sont supposément sur des circuits de puissance différente, une différence probable de potentiel du sol existe entre eux. Lorsque de telles conditions existent, la tension du « sol » peut être différente, parfois de plusieurs centaines de volts.


Où une différence de potentiel au sol existe, un phénomène nommé boucle de mise à la terre se produit. Dans ce phénomène, le courant circulera le long de la ligne de données dans un effort pour égaliser le potentiel au sol entre les dispositifs connectés. La boucle de mise à la terre peut, à tout de moins, sévèrement mutiler les communi-cations—si elle n’endommage pas le matériel !

L’isolation optique résolut le problème de boucle de mise à la terre en soulevant le branchement de façon efficace entre la ligne de données et le « sol » à un ou l’autre des bouts de la ligne. Si un branchement couplé optiquement existe à chaque bout, le trafic des données « flotte » au-dessus de la volatilité des différences de potentiel au sol.


1. En informatique, un programme est une série précise d’opérations que l’ordinateur doit performer. Dans l’ordinateur moderne, le programme contient des sequences et des instructions que l’orinateur suit. Typiquement, le programme est mis dans une zone de mémoire accessible à l’ordinateur. L’ordinateur reçoit une instruction et l’exécute et reçoit ensuite la prochaine. La zone de mémoire ou mémoire peut également contenir les données sur lesquelles l’instruction fonctionne. (Prenez note qu’un programme est aussi un type spécial de « données » qui dit la façon de fonctionner sur « les données explicatives ou les données de l’utilisateur »).

Ces programmes peuvent être caractérisés comme étant interactifs ou par lots en ce qui concerne ce qui les fait fonctionner et la façon dont ils fonctionnent continuellement. Un programme interactif reçoit des données à partir d’un uti-lisateur interactif (ou si possible à partir d’un autre programme qui simule un utilisateur interactif). Un programme par lots fonctionne et fait son travail pour ensuite arrêter. Les programmes par lots peuvent commencer à l’aide d’utilisa-teurs interactifs qui requièrent leur programme interactif pour faire fonctionner le programme par lots. Un interpréteur de commandes ou un navigateur est un exemple de programme interactif. Un programme qui calcule et imprime un état des salaires d’une compagnie est un exemple de programme par lots. Les impressions sont aussi des programmes de lots.

Lorsque vous créez un programme, vous l’écrivez en utilisant un certain lan-gage informatique. Vos instructions de langage sont le programme source. Vous « compilez » donc le programme source (avec un programme spécial nommé un compilateur de langage) et le résultat se nomme le programme d’objet. Il existe plusieurs synonymes pour le programme d’objet, notamment le module résultant, et le programme compilé. Le programme d’objet contient la chaîne de 0 et 1 appelée le langage d’ordinateur avec lequel le processeur logique travaille.


Le langage d’ordinateur de l’ordinateur est construit par le compilateur de lan-gage avec danune compréhension de la logique de l’architecture de l’ordinateur, notamment la série d’instructions possible d’un ordinateur et la longueur (nombre de bits) dans une instruction.

2. Pour un mot de 32 bits, le nombre total de lignes de sortie= 232 -1=

42949672953. Instruction

Une instruction est un ordre donné à un processeur d’ordinateur par un programme d’ordinateur. Au niveau le plus bas, chaque instruction est une séquence de 0 et 1 qui décrit l’opération physique que l’ordinateur doit exécuter (tel que « Ajou-ter ») et, en tenant compte du type d’instruction particulière, la spécification des zones de mémoire spéciales appelées registres qui peuvent contenir des données utilisées dans la mise en exécution de l’instruction ou la localisation des don-nées dans la mémoire d’ordinateur. Dans un langage d’assemblage d’ordinateur, chaque instruction de langage correspond généralement à une seule instruction du processeur. Dans des langages de haut niveau, une instruction de langage provoque généralement (après la compilation du programme) des instructions de processeurs multiples.

Registre

Dans un ordinateur, un registre est formé d’une petite série de données gardant les places qui font partie d’un processeur d’ordinateur. Un registre peut garder une instruction d’ordinateur, un stockage d’adresse ou toute autre sorte de données (tel que la séquence des bits ou les caractéristiques individuelles). Certaines ins-tructions stipulent les registres comme faisant partie de l’instruction. Par exemple, une instruction peut spécifier que les contenus de deux registres définis soient additionnés et ensuite, placés dans un registre donné. Un registre doit être assez grand pour garder une instruction – par exemple, une instruction d’ordinateur de 32 bits, un registre doit être de 32 bits de longueur. Dans certaines constructions d’ordinateur, il y a de plus petits registres, par exemple, les demi-registres, pour des instructions plus courtes. Tenant compte de la construction du processeur et des règles de langage, les registres peuvent être numérotés ou avoir des noms arbitraires.

4.(i) 3788800 octets (ii) 3.61 Mib


Xi. Concepts clés

Conductivité intrinsèque : conductivité d’un semiconducteur qui est associée avec le semiconducteur lui-même et n’est pas touchée par les impuretés. À toute tempéra-ture donnée égale un nombre de porteurs de charges : électrons et trous sont générés thermiquement et ce sont eux qui donnent lieu à la conductivité intrinsèque.

Semiconducteur intrinsèque : semiconducteur pur dans lequel les électrons et les densités des trous sont égaux sous la condition de l’équilibre thermique. En pratique, la pureté absolue est inatteignable et le terme est appliqué aux quasi-matériaux purs.

Semiconducteur extrinsèque : semiconducteur dans lequel la concentration de porteurs de charges est dépendante des impuretés et autres imperfections.

Zone de déplétion : zone de charge d’espace dans un semiconducteur dans lequel il y a une charge nette due au nombre insuffisant de porteurs de charge libre. Les zones de déplétion sont formées, par exemple, à l’interface entre les semiconducteurs de type P et N en l’absence d’un champ appliqué. Elles sont également formées à l’interface d’un métal et d’un semiconducteur.

Redresseur : dispositif électronique qui permet au courant de circuler dans une seule direction et qui peut donc faire alterner dans le courant direct. Il fonctionne par la sup-pression ou l’atténuation de demi-cycles alternatifs de forme d’onde de courant ou en les inversant. Les redresseurs les plus communs sont les diodes à semiconducteurs.

Tension de seuil : tension à laquelle une caractéristique particulière d’un dispositif électrique se produit. Pour un transistor à effet de champ à grille isolée, elle est la tension à laquelle la formation de voie se produit.

Fuite : circulation d’un courant électrique dû à une isolation imparfaite, dans une voie autre que celle voulue.

Courant de fuite : erreur due à une fuite. Il est petit, comparé à la magnitude d’un court circuit .

Amplificateur : dispositif qui sert à reproduire une électricité consommée à une intensité croissante. Si une f.é.m. croissante est produite en fonctionnant à haute impédance, le dispositif est un amplificateur de tension et si la sortie fournit une intensité de courant appréciable dans une impédance relativement basse, le dispositif est un amplificateur de puissance. Les amplificateurs les plus utilisés fonctionnent à l’aide de transistors.

Circuit logique : circuit conçu pour exécuter une fonction logique précise ; il est basé sur les concepts « ET », « OU inclusif ». Habituellement, ces circuits fonctionnent entre deux seuils de tensions discrets, p.ex., niveaux logiques haut et bas, et sont décrits comme état des circuits binaires logiques. En utilisant trois niveaux logiques ou plus, la logique est possible, mais peu commune.


Portes logiques : dispositif utilisé pour mettre les fonctions logiques élémentaires en application. Ces portes logiques incluent, parmi d’autres : la porte; l’inverseur (porte NON); la porte NON-ET; la porte NON-OU, etc.

Transducteurs : Tout dispositif servant à convertir des signaux non électriques (ou vice versa), les variations dans le signal électrique étant une fonction de l’entrée. Les transducteurs sont utilisés comme instruments de mesure et dans le champ électroacoustique, le terme étant appliqué aux tourne-disques PICK UP, aux micro-phones et aux haut-parleurs. La grandeur physique mesurée par le transducteur est le mesurande, la portion du transducteur dans laquelle la sortie prend naissance est l’élément transducteur et la nature de l’opération est le principe de transduction. Le dispositif répondant directement au mesurande est l’élément de détection et les limites maximales et minimales de la valeur du mesurande pour lesquelles le transducteur fournit une sortie utile est la plage dynamique.

Microprocesseur : Intégration d’un nombre de fonctions utiles dans un seul boîtier de circuit intégré. Ces fonctions sont l’habileté d’exécuter une série d’instructions stockées pour mener les tâches précises de l’utilisateur et l’habileté à accéder des puces mémoires externes pour lire et écrire des données à partir de la mémoire.


Xii. lectures obligatoires

Lecture : 1

Référence complète : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 3 octobre 2007

Résumé : Livre complet sur l’électronique qui traite, entre autres, de : circuits analogiques, tubes électroniques, diodes, transistors, amplificateurs, amplificateurs opérationnels et de multiplicateurs analogiques.

Justification : Chaque sujet est présenté en une forme simple, qui rend la lecture facile. Par contre, ce livre ne sert qu’à compléter le processus d’apprentissage.

Lecture : 2

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 octobre 2007

Résumé : Cette lecture est formée de références obtenues à partir de plusieurs sites. Leur adresse URL peut être obtenue à partir d’une capture d’écran de celle-ci. En fait, tous les sujets importants de ce cours sont traités dans la lecture 2.

Justification : La référence fournit des sources de lecture faciles sur l’électronique qui ne devraient pas causer de problème au lecteur lors de l’utilisation.

Lecture 3 : Operational Amplifier WIKIBOOKS

Référence : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amp. 5 octobre 2007

Résumé : La lecture 3 inclut : les amplificateurs, les ampli-op, la notation, le processus de conception rapide, les ampli-op idéaux, la configuration d’ampli-op de base, les configurations d’ampli-op avancées et l’ampli-op réel.

Justification : Fournit la plupart des connaissances requises pour ce cours sur l’am-plificateur opérationnel.

Lecture 4 : Boolean Algebra + Notes on Designing simulation of Schmitt’sTrigger circuit

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/Electronics/Boolean-Algebra. 5 octo-bre 2007

Justification : Fournit du matériel facile à lire sur l’algèbre booléenne.


Lecture 5 : Sensors

Référence : http://Soundlab.cs.princeton.ed/learning/tutorials/sensors/node19.html. 7 juillet 2007

Résumé : Les sujets inclus sont l’acquisition de données (capteurs piézoélectriques, accéléromètre, résistance de caption de force, microphones, capteurs bipotentiels), le formage de signaux (exigences pour les convertisseurs N/A, tension à tension, courant à tension, résistance à tension, capacité à tension), L’acquisition de données (antire-pliement, conversion analogique numérique, systèmes d’acquisition de données).

Justification : Cette lecture fournit du bon matériel sur cette activité.

Lecture 7 : Computers WIKIBOOKS

Référence : http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 4 octobre 2007

Résumé : Cette référence fournit des structures de programmes enregistrées et la façon dont l’ordinateur fonctionne. Cela inclut l’unité de commande, l’unité arithmétique et logique (UAL), la mémoire, l’entrée/sortie (E/S), le fonctionnement multitâche, le multitraitement, le réseautage et l’Internet.

Justification : Fournit une lecture de base facile pour un débutant dans l’apprentis-sage de l’informatique.


Xiii. ressources multimédias

Référence : http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm

Résumé : Cette ressource permet l’étude des caractéristiques du transistor NPN.

Justification : Ce site donne une expérience virtuelle simple pouvant être menée pour l’étude des caractéristiques du transistor NPN.


Résumé : Cette ressource est pour le circuit d’un amplificateur émetteur commun (EC) primitif comprenant un transistor NPN et une base externe, un collecteur et des résistances de charge. L’apprenant trouvera les plages de tension d’alimentation pour une série fixe de paramètres de composantes qui font en sorte que le transistor s’éteint, s’active ou se sature respectivement. Dans le cas des applications analogiques, l’apprenant déterminera le gain en tension différentielle du circuit lorsque le transistor est dans la plage active. Pour les applications numériques, on s’attend à trouver le plus petit gain de courant possible (bêta) et une résistance de collecteur correspondante faisant du circuit un inverseur fonctionnel logique.

Justification : Cette ressource sert d’aide à l’apprentissage de la polarisation du transistor NPN.


Résumé : Cette ressource fournit un circuit équivalent de Thévenin avec une charge dans laquelle une puissance P est libérée.

Justification : Ce site fournit une ressource utile pour l’apprentissage du diviseur de tension.

Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index. html. 4 octobre 2007

Résumé : Cette ressource montre les niveaux de Fermi opposés à la concen-tration de porteurs et le dopage des donneurs et des receveurs d’impuretés.

Justification : Aide à l’apprentissage de la concentration de porteurs et du dopage des donneurs et des receveurs d’impuretés


Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 4 octo-bre 2007

Justificartion : Les étapes de la fabrication d’une paire métal-oxide semi-conducteur (MOS), d’un transistor à effet de champ (TEC) et d’un transistor bipolaire à jonctions sur une tranche de silicium sont illustrées dans cet applet. Les quatre touches « premier », « précédent », « suivant » et « dernier » vous permettent de voir les fonds d’images à différents stades de la fabrication du dispositif. La touche animation « suivant » vous permet de voir les « séquences temporelles » animées du processus de fabrication d’une étape à l’autre. La capacité d’animation vous enseigne très clairement les étapes physiques dé-taillées impliquées. Les étapes de fabrication de dispositifs semi-conducteurs impliquent plusieurs étapes physiques, mécaniques et thermiques. Cet applet vous permet de bien les comprendre.

Justification : Ressource d’apprentissage utile à utiliser.

Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet. html. 4 octobre 2007

Justification : Cette ressource montre un applet qui calcule et trace les carac-téristiques de sortie d’un canal N (mode d’enrichissement) de transistor MOS. Essayez de changer la plage de la tension drain source et (ou) la valeur de départ de la polarisation de seuil (« commencer ») ou autres valeurs et voyez le changement de tension drain source opposé à la polarisation de seuil.

Justification : Cette ressource est utile pour l’apprentissage du calcul et du traçage des caractéristiques de sortie d’un canal N d’un transistor MOS.

Référence : http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 3 oc-tobre 2007

Résumé : Cette ressource concerne l’amplificateur inverseur où la source de tension est allumée afin de regarder le circuit pour différentes valeurs des résistances et (ou) du gain en boucle ouverte de l’ampli-op.

Justification : Dans un cas (normal) d’un grand gain en boucle ouverte de l’ampli-op (habituellement >100 dB), le mécanisme de réaction forcera le terminal d’entrée inverseur à être pratiquement mis au sol. Dans cette limite, le facteur d’amplification de la boucle fermée du circuit sera déterminé par les valeurs de résistance seulement.


Référence : http://jas.eng.buffalo.edu/ 3 octobre 2007.

Résumé : Illustrations utiles d’amplificateurs avec transistor bipolaire à jonctions et transistor MOS sont utilisées pour promouvoir la compréhension facile des sujets.

Justification : Fournit une vidéo utile sur les amplificateurs avec transistor bipolaire à jonctions et transistor MOS.

- Modèles circuit de quatre amplificateurs de base - Circuits amplificateurs monoétages de transistors bipolaires à jonctions (CE,

BC et CC) - Amplificateur à émetteur commun monoétage à conception polarisée

(java1.1) - Circuits amplificateurs monoétages de transistors (CS, CG et CD) - différents types de charges dans un circuit amplificateur IC (un exemple

d’ampli CS)

Référence : http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=Transducers&oe=UTF-8&um=1&ie=UTF-8&sa=N&tab=wi. 4 octobre 2007

Résumé : Des images de différents types de transducteurs sont fournies. Justification : La ressource est assez bonne puisqu’elle fournit des informa-

tions à propos de différents transducteurs.

Référence : http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=sensors&oe=UTF-8&um=1&ie=UTF-8&sa=N&tab=wi. 4 octobre 2007

Résumé : La ressource fournit différents types de capteurs. Justification : Les images renforcent l’apprentissage.

Référence : http://www.eastaughs.fsnet.co.uk/cpu/index.htm. 7 octobre 2007

Résumé : Les sujets couverts incluent le tutoriel informatisé et le tutoriel de microprocesseurs qui traitent de la structure CPP et des instructions d’exécu-tion.

Justification : Fournit des illustrations et explications concises à propos d’un ordinateur.


XiV. liens utiles

Titre : Basic circuit analysis

Adresse URL : http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Com-puter-Science/6-002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm.

6 octobre 2007 Résumé : Contient des diapositives de lecture accompagnant des vidéos de

lecture et des descriptions de démonstrations en direct montrées par un ins-tructeur.

Titre : Diodes

Adresse URL : http://jersey.uoregon.edu/~rayfrey/431/lab2_431.pdfhttp://jersey.uoregon. edu/

Résumé : Ce site fournit les caractéristiques V-I du travail pratique. De plus, il fournit de la lecture sur les jonctions transistors et les commutateurs et la saturation de transistors.

Titre : Diode applications

Adresse URL : http://morley.eng.ua.edu/G332BW.pdf. Résumé : Diverses applications des diodes, notamment l’alimentation élec-

trique, le redresseur à simple alternance, le pont redresseur, le redresseur à deux alternances, etc. sont présentées.

Titre : MOSFET amplifier

Adresse URL : http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Com-puter-Science/6-002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm

. 4 octobre 2007 Résumé : Contient des diapositives de lecture accompagnant des vidéos de

lecture et des descriptions de démonstrations en direct montrées par un ins-tructeur.


Titre : BJT and FET transistor

Adresse URL : http://www.nhn.ou.edu/~bumm/ELAB/Lect_Notes/BJT_FET_transitors_v1_

1.html. 3 octobre 2007 Résumé : Ce site fournit du bon matériel de lecture sur les transistors bipo-

laires à jonctions et des transistors FET.

Titre : Bipolar junction transistor

Adresse URL : “http://en.wikipedia.org/wiki/Common_collector. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit du bon matériel de lecture sur la structure de NPN, PNP, transistor bipolaire à hétérojonction, circuits à transistors et applications des circuits.

Titre : CMOS

Adresse URL : “http://en.wikipedia.org/wiki/CMOS. 4 octobre 2007 Résumé : Fournit du bon matériel de lecture sur la structure d’une porte

NON-ET, la commutation d’alimentation et la fuite.

Titre : Common Source

Adresse URL : “http://en.wikipedia.org/wiki/Common_source. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit des lectures sur les caractéristiques de la largeur de ban-de.

Titre : JFET

Adresse URL : “http://en.wikipedia.org/wiki/JFET”. 4 octobre 2007 Résumé : Source de bon matériel de lecture sur les TEC sur la structure, la

fonction, les symboles schématiques et la comparaison avec d’autres transis-tors.


Titre : Operational amplifier


Résumé : Contient des diapositives de lecture accompagnant des vidéos de lecture et des descriptions de démonstrations en direct montrées par un ins-tructeur.

Titre : OP-Amps

Adresse URL : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amps”. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit du bon matériel de lecture sur les amplificateurs, les ampli-op, la notation, les ampli-op idéaux, les configurations d’ampli-op de base, et l’ampli-op réel.

Titre : Operational Amplifier

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 4 octo-bre 2007

Résumé : Contient du bon matériel de lecture sur l’amplificateur opération-nel. Les sujets incluent : l’opération de base, l’ampli-op idéal, les limites des ampli-op réels, les notations, l’utilisation de la construction d’un système électronique, le comportement du CC, le comportement du CA, le circuit amplificateur non-inverseur de base, la circuiterie interne de 741 types d’am-pli-op et les applications communes.

Titre : Digital Logic

Adresse URL : http://www.educypedia.be/electronics/digital.htm. 3 octo-bre 2007

Résumé : Ce site fournit du matériel de lecture sur les éléments logiques, les diagrammes de Venn, les théorèmes de De Morgan, les circuits combi-natoires logiques, les formes canoniques, l’algèbre booléenne, les tables de Karnaugh, les tables de vérité, le commutateur antirebond, la bascule JK, la bascule maître-esclave, la soustraction binaire, l’arithmétique binaire, la bas-cule JK, la bascule à verouillage D, la bascule D, les symboles de la bascule, la conversion d’entrées de la bascule, les circuits alternatifs de la bascule, la bascule D; en utilisant les verrous NON -OU, la construction d’une bascule CMOS, les compteurs et le compteur asynchrone.


Titre : Schmitt’s trigger

Adresse URL : http://www.visionics.ee/curriculum/Experiments/Schmitt%20Trigger/Schmitt%20Trigger1.html. 3 octobre 2007

Résumé : Fournit des lectures supplémentaires sur la théorie de la bascule de Schmitt.

Titre : Logic Gates

Adresse URL : http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.htmlhttp://www.shef. ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.html. 3 octo-bre 2007

Résumé : Cette lecture équipe l’étudiant avec des habiletés fondamentales requises dans la conception de circuits numériques. Aucune connaissance préalable des techniques numériques n’est requise. Cette lecture aborde tout d’abord les éléments de base logiques, lesquels forment les composantes de base fondamentales de tout circuit numérique. Ensuite, elle combine ces éléments de circuits en nombre de façons afin de construire des circuits qui fournissent certaines fonctionnalités, notamment le calcul et l’addition. Les aspects de la conception de circuits sont aussi couverts.

Titre : Boolean Algebra

Adresse URL : http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 4 octobre 2007

Résumé : Ici, des opérations mathématiques fondamentales sont présentées avec les lois de l’algèbre booléenne. De plus, bon nombre d’exemples sont donnés.

Titre : Multiplexing

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing. 4 octobre 2007 Résumé : Cette lecture inclut la télégraphie, le traitement vidéo, la radiodif-

fusion numérique et la radiodiffusion analogique.

Titre : Piezoelectricity

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity. 4 octo-bre 2007

Résumé : Fournit des lectures utiles sur : les matériaux, les applications, notamment$la haute tension et les sources d’énergie, les capteurs, les récep-teurs, les moteurs piézoélectriques et les catégories de cristaux.


Titre : Transducers

Adresse URL :. “http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer”; 4 octobre 2007 Résumé : Fournit de bonnes lectures sur les types de transducteurs, notamment

l’antenne, la lampe fluorescente, le capteur à effet Hall, le moteur rotatif, la vibration alimentée par générateur, le cristal piézoélectrique et les photodio-des.

Titre : Computers

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 4 octobre 2007 Résumé : Cette ressource fournit des structures de programmes stockées et

la façon dont un ordinateur fonctionne. Cela inclut l’unité de commande, l’unité arithmétique et logique (UAL), la mémoire, l’entrée/sortie (ES), le fonctionnement multitâche, le multitraitement, le réseautage et l’Internet.

Titre : Microprocessor

Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor. 5 octobre 2007 Résumé : Fournit du matériel de lecture de base sur : les conceptions notables

de 8 bits, les conceptions de 16, 32 et 64 bits dans les ordinateurs person-nels.


Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit Résumé : Fournit la signification d’un transformateur de 32 bits.


Adresse URL : http://en.wikipedia.org/wiki/8-bit Résumé : Inclut la liste des unités centrales de 8 bits.


XV. résumé du module

Au début, les dispositifs tels que les résistances, les condensateurs et les inducteurs sont appelés composantes linéaires puisque le courant augmente en proportion directe avec la tension appliquée en accord avec la loi de Ohm. Par contre, nous apprenons que les composantes comme les diodes, pour lesquelles cette proportionnalité ne s’applique pas, sont nommées les dispositifs non linéaires et sont la base pour tout circuit électronique pratique. L’activité a fourni des concepts clés tels que l’examen des propriétés d’un des dispositifs non linéaires, le redresseur à diodes. Ici, l’appren-tissage a démontré que le redresseur fait passer un courant plus grand pour l’une des polarités de la tension appliquée que pour l’autre. De plus, lorsqu’un redresseur est inclus dans un circuit, le courant est négligeable chaque fois que la polarité de la ten-sion à travers le redresseur est dans la direction inverse. Les applications principales considèrent l’utilisation de diodes dans un redressement plein ondé.

Nous avons également appris que la polyvalence inhérente aux composantes élec-troniques non linéaires est augmentée incommensurablement par la capacité d’in-fluencer le courant dans le dispositif en accord avec les signaux introduits dans une électrode constante, lesquels sont considérés comme des dispositifs actifs puisqu’ils maîtrisent l’électrode qui permet l’interaction active avec les courants dans le dispo-sitif. Principalement, vous avez vu que les propriétés électriques de dispositifs actifs sont décrites par les caractéristiques courant-puissance. En effet, les caractéristiques courant-puissance des dispositifs électroniques dépendent tout d’abord des mouve-ments des électrons libres dans ceux-ci. Par conséquent, les propriétés des transistors et autres dispositifs semi-conducteurs, notamment la diode à jonction, proviennent directement du comportement des électrons dans les cristaux semi-conducteurs. Dif-férents types et applications des transistors ont été discutés et appris dans ce module. Tout comme les diodes, les transistors sont également des dispositifs non linéaires. Leur fonctionnement est déterminé par l’analyse graphique en utilisant la description de leurs propriétés éclectiques données par les caractéristiques courant-puissance. L’analyse diffère en détail pour les dispositifs à commande en tension, tels que le transistor à effet de champ comparé aux dispositifs à commande en tension, notam-ment le transistor bipolaire, mais n’est pas, en principe, différente.

Dans le module, nous avons vu que la performance des amplificateurs transistors augmente à tous les égards en retournant une fraction du signal de sortie aux termi-naux d’entrée. Ce processus s’appelle la réaction. Cette activité d’apprentissage a démontré que les caractéristiques améliorées de réponse en fonction de la fréquence et la distorsion électronique sont atteintes avec la réaction négative. De plus, nous avons vu que la performance d’un amplificateur est moins dépendante du change-ment dans les paramètres du transistor causés par le vieillissement ou les effets de température. Le module inclut une forme particulière de réaction négative, connue sous le nom de réaction opérationnelle, utilisée dans les amplificateurs qui exécu-


tent des opérations mathématiques telles que l’addition et l’intégration sur un signal d’entrée. Nous avons vu que les amplificateurs opérationnels sont très larges dans le mesurage et les fonctions de commande, ainsi que dans les ordinateurs analogiques électroniques.

Dans l’activité 4, nous avons vu que les chiffres numériques peuvent être représentés par les signaux électriques qui ont seulement deux magnitudes possibles, disons zéro et une valeur précise. Dans cette situation, nous avons vu que seule l’existence d’un état de signal ou de l’autre est significative et que la magnitude actuelle est relati-vement peu importante. Cela dit, les circuits numériques n’ont besoin que d’avoir deux conditions stables, représentées par un transistor pleinement conducteur ou complètement éteint. De tels circuits sont essentiellement plus fiables que ceux qui doivent manipuler des plages continues de niveaux de signaux. Tout nombre donné peut être représenté par une forme d’onde numérique afin que la précision ne soit pas limitée par la stabilité des paramètres du circuit. Les signaux numériques sont manipulés par les circuits, en accord avec des instructions logiques spécifiques qui rendent possible le traitement de l’information extrêmement flexible et puissant. Le module aboutit à la production de logique de traitement numérique sur une seule puce. De tels microprocesseurs utilisent des techniques d’ordinateurs numériques qui sont utilisées pour plusieurs différentes applications.


XVi. Évaluation sommative

1 (a) Discutez du fonctionnement d’un transistor PNP.

(b) Décrivez la façon dont les caractéristiques statiques d’un transistor NPN connectées dans la configuration base commune peuvent être déterminées.

(c) Un transistor qui fonctionne en configuration C/B possède CI =3.0 mA,

3.2EI = mA et I COI = 0.02 mA. Quel courant circulera dans le circuit col-lecteur du transistor lorsque connecté en configuration EC ?

2. (a) Démontrez que dans une configuration EC, a et β ont une relation donnée

par β =

a1-a

(b) Discutez de l’origine du courant de fuite dans un transistor.

(c) Pour un certain transistor, I C = 5.450 mA, I B = 49μA, I CO = 4.9μA .

Trouvez (i) les valeurs de I E a ,β .

3. (a) Utilisez des exemples convenables pour faire la distinction entre les semi-conducteurs intrinsèques et les semiconducteurs extrinsèques.

(b) Trouvez la concentration de porteurs intrinsèques dans le silicium à 300 K pour lequel

N = 4.0 ×1025 m-3 , E g = 1.1eV ,μe = 0.13m2 / V - s,andμh = 0.05m2 / V - s

4. (a) Expliquez la formation d’une couche de déplétion dans une jonction P-N.

(b) À l’aide de diagrammes convenables, décrivez une jonction P-N dans le mode vers l’avant.

5. (a) Décrivez brièvement les trois parties essentielles par lesquelles l’information est traitée : capteurs, formage de signaux et acquisition de données.


6. (a) Décrivez brièvement le fonctionnement d’un multiplexeur et d’un déco-deur.

(b) Trouvez le nombre de lignes d’entrée qui peut être codé à

1. mot de 8 bits

2. mot de 16 bits

7. (a) Utilisez le diagramme ci-dessous pour décrire ce qui se passe dans un transistor possible porte OU qui consiste en trois transistors interconnectés Q

1,

Q2, et Q

3 alimentés par une alimentation commune ccV = +5V.

M N

3Q 2Q 1Q A

1R 2R

5V+o

Xo

o o B

(b) Construisez une table de vérité pour une porte ET à trois entrées.

(c) Construisez les circuits équivalents pour une porte ET.

8 (a) Convertissez la fraction binaire 0.101 en sa décimale équivalente.

(b) Uitlisez la méthode double-addition et convertissez 110012 en décimale.

(c) Convertissez 101011 2 en son octal équivalent.

9. (a) À l’aide d’un diagramme convenable, décrivez l’action d’un JFET.

(b) Un transistor à effet de champ ayant gm = 3 mA/V est utilisé avec une

résistance de charge de drain de rd =60 kΩ dans un amplificateur de tension FA. Trouvez le gain en tension.


10. (a) Décrivez un ampli-op pouvant être utilisé comme amplificateur de somma-tion.

(b) Démontrez la façon dont le gain en tension dans un amplificateur non in-verseur est donné par

0 1 2

1 1

V R RGain

A R

+= =


XVii. références

Frederick F. Driscoll; Robert F. Coughlin. Solid State devices and Applications, D.B Taraporevala Sons & Co.PVT, Published with arrangement with Prentice Hall, Inc. 1981.

Bernard Grob, Basic Electronics, 4th ed., McGraw Hill International Book Company, London, 1983.

Close K.J & J Yarwood. Experimental Electronics for Students, London Chapman and Hall, Halsted Press Book, John Woley & Sons, 1179.

Tayal D.C. Basic Electronics. 2nd ed. Himalaya Publishing House Mumbai, 1998.

Theraja B.L., R.S. Sedha. Principles of Electronic Devices and Circuits, S.Chand & Company Ltd, New Delhi,2004.

Sparkes J.J. Semiconductor Devices 2nd ed. Chapman & Hall, London, 1994.

Richard R. Spenser & Mohammed S. Ghaussi. Introduction to Electronic Circuit Design, Prentice Hall, Pearson Education, Inc 2003.

Noel M Morriss. Semiconductor Devices, MacMillan Publishers Ltd. 1984.

Robert Boylestad& Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory, Pren-tice-Hall International Editions. 1992.

James J. Brophy. Basic Electronics for Scientists. 5th Edition, McGraw-Hill Publish-ing Company, New York, 1990.


XViii. dossier de l’étudiantXVIII Dossier de l’étudiant

NOMNuméro d’inscription Exercice 1 Exercice 2 Exercice 3 Exercice AV Test 1 Test 2 Test AV TOTAL

XiX. auteur principal du moduleDr Obwoya Kinyera Sam est chargé de cours senior au département de physique au Kyambogo University, Uganda. Il est présentement directeur de l’apprentissage à distance et de l’apprentissage en ligne au Kyambogo University. Il est formateur d’enseignants depuis 1984. Entre 1978 et 1984, il a été chef du département de phy-sique à l’école secondaire Old Kampala, Uganda.

Son adresse de courriel est : [email protected].

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