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Cours électronique IFIPS
Année 2006 - 2007
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Introduction à l’électronique
C. Koeniguer, P. Lecoeur

Année 2006 - 2007
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Objectifs :
• Donner une vision des fonctions simples de l’électronique :
– L’électronique permet de transformer des signaux
• acquisition d’un signal
• traitement électronique des signaux (filtrage, amplification)…
Il faut connaître et savoir mettre en œuvre les composants discrets usuels,
connaître les outils relatifs au traitement du signal
• Présenter l’interaction de l’électronique avec les autres domaines utiles à
l’ingénieur
– Optoélectronique
– Informatique
– Matériaux …

Année 2006 - 2007
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Acquisition
du signal par
un capteur
Traitement
électronique
du signal
Numérisation
et traitement
numérique
transmission
Reconnaissance
du signal
Utilisation du
signal
Exemple : De la prise de vue photographique (numérique) au traitement informatique à distance

Année 2006 - 2007
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Ampli CAN Adaptation
Adaptation
Remise
en
forme
Filtrage
Ampli
Stockage
TNS
Capteurs Extraction du signal, filtrage, numérisation
Transmission
Restitution du signal Traitement du signal
Fils
Ondes radio
Micro-ondes
Fibres optiques
Electronique
Electronique
M
atériaux
M
atériaux
M
atériaux
M
atériaux
Optoélectronique
Optoélectronique
Electronique
Electronique
Optoélectronique
Optoélectronique
M
atériaux
M
atériaux
Inform
atique
Inform
atique
M
atériaux
M
atériaux
Electronique
Electronique
M
atériaux
M
atériaux

Année 2006 - 2007
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Cadre du cours
Circuits électroniques
Electronique numérique:
Traitement de signaux binaires
Ex : traitements logiques des
signaux, télécommunications…
Electronique analogique :
Traitement de signaux à valeurs continues
Ex : acquisition des signaux (capteurs), amplification,
conversion numérique/analogique et analogique
numérique, filtrage, génération de signaux …
Composants discrets (capteurs, montages à AO …)
Microélectronique (composants intégrés)
Nanotechnologies
mais c’est aussi la conversion d’énergie : électronique de
puissance (moteurs électriques, onduleurs, voiture hybride…)

Année 2006 - 2007
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Plan du cours
I. Electrocinétique
II. Diode
III. Quadripôles et filtrage
IV. Amplificateur opérationnel
V. Simulation sous PSPICE

Année 2006 - 2007
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- Partie I -
Rappels d’électrocinétique
I. Définition d’un dipôle
II. Lois de l’électrocinétique
III. Les différents régimes d’étude
IV. Dipôles passifs usuels

Année 2006 - 2007
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I. Définition du dipôle
u(t) = Va-Vb
Va Vb
i(t)
Va : potentiel de la borne d’entrée
Vb : potentiel de la borne de sortie
u(t) = Va-Vb : différence de potentiel ou tension
i(t) : courant traversant le dipôle (c’est une grandeur algébrique)
Le dipôle est un élément électrique, présentant deux bornes soumis à une tension u(t),
parcouru par un courant i(t).
Le courant électrique : c’est la quantité de charge qui traverse le dispositif par unité de temps
i(t) = dq/dt
(par définition : 1 ampère = 1 Coulomb / seconde)
Types de dipôles : - les dipôles passifs (ampoules, résistances, capacités…)
ne peuvent pas fournir de puissance moyenne
- les dipôles actifs (piles, batteries…)
peuvent fournir une puissance moyenne

Année 2006 - 2007
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Dipôles passifs - dipôles actifs
 Dipôle actif ou générateur : fourni de l’énergie à un circuit
Le rôle du générateur dans un circuit électrique est de mettre en mouvement les
électrons qui sont présents dans ses composants (fil, ampoule, résistance, etc.) en y introduisant une
différence de potentiel.
- Générateur de tension parfait : source de tension parfaite
Un générateur de tension est capable de maintenir
une tension constante entre ses bornes
- Générateur de courant parfait : source de courant parfaite
Un générateur de courant est capable de soutenir un courant dans un circuit
U U = cst
+
-
i
i
u
U
I u
i
u
I

Année 2006 - 2007
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Dipôles passifs - dipôles actifs
 Dipôle passif ou récepteur : reçoit et consomme de l’énergie
Le courant est une valeur algébrique
La puissance reçue exprimée en Watt (W) est donnée par :
p(t) = u(t) . i(t) puissance instantanée
puissance moyenne pour un signal périodique
u(t) = Va-Vb
Va Vb
i(t)

 

T
T
dt
)
t
(
i
)
t
(
u
T
dt
)
t
(
p
T
P
0
0
1
1
P > 0

Année 2006 - 2007
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Caractéristique I(V)
Les grandeurs u(t) et i(t) ne sont pas indépendantes.
Modifier la valeur de u(t) aux bornes du dipôle change la valeur du courant i(t)
 Cas linéaire : la caractéristique du dipôle est linéaire
Dans ce cas la loi d’Ohm relie u(t) et i(t) par : u(t) = R i(t)
Cas non linéaire : la caractéristique du dipôle est non linéaire
(Voir exercice 2)
u(t)
i(t)
u(t)
i(t)
(Voir exercice 1)

Année 2006 - 2007
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Importance de la caractéristique I(V) du dipôle
I
V
Puissance maximale admissible :
hyperbole : Pmax = U I = cte
Au delà, destruction du composant
Pmax
Montage de mesure : U varie
A
U
I
V

Année 2006 - 2007
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Droite de charge du générateur et point de fonctionnement d’un dipôle
(1/2)
Comment connaître la tension aux bornes d’un dipôle et le courant qui le traverse
lorsqu’il est branché aux bornes d’un générateur ?
Graphiquement cela se fait en trois étapes :
 Etape 1- Tracer la droite de charge du générateur de tension réel :
La droite de charge d’un générateur est la caractéristique I(V) du générateur
- deux points caractéristiques :
en A : c’est le courant de court circuit : Icc= U0/r (éviter de trop tester ce point !)
en B : c’est la tension à vide mesurée circuit ouvert donc lorsque i = 0
u
r
U0
u
i
U0
Icc=U0/r A
B
r = 10 

Année 2006 - 2007
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Droite de charge du générateur et point de fonctionnement d’un dipôle
(2/2)
 Etape 2- Placer la caractéristique I(V) du dipôle sur le même graphe
u
r
U0
u
i
U0
Icc=U0/r A
B
dipôle P
Caractéristique I(V) du
dipôle
Droite de charge du générateur
 Etape 3 – L’intersection entre les deux courbes donne le point de fonctionnement : P
(Voir exercice 2)

Année 2006 - 2007
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II. Lois de l’électrocinétique :
Loi des mailles – loi des noeuds
Un circuit électrique est constitué, d’un ou plusieurs générateurs,
d’un ou plusieurs dipôles, organisés en mailles et nœuds.
Loi des mailles : la sommes des tensions sur une boucle fermée d’un circuit est nulle
Cas de l’exemple : sur M1 on a : u = u1+u2
sur M2 on a : u2 = u3
Loi des noeuds : la somme des courants entrant et sortant d’un nœud du circuit est nulle
Cas de l’exemple : en N on a : i1 = i2 + i3
Remarque : Les potentiels sont toujours mesurés par rapport à un potentiel de référence noté GND en analogique
U
R1
R2
R3
N
i1 i3
i2
M1 M2
u1
u2
u3
GND
(Voir exercice 3)

Année 2006 - 2007
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Circuit électrique : théorème de Thévenin
0

 i
th u
E
Tout circuit linéaire (tous les composants sont linéaires) peut être
modélisé par un générateur de tension en série avec une résistance :
Circuit
linéaire u
i
Eth
Rth
u=Eth-Rth i
i
: tension à vide
0



th
E
th
i
u
R : résistance équivalente lorsqu’on
éteint les sources indépendantes
(non commandées)
(Voir exercices 4 et 5)

Année 2006 - 2007
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Circuit électrique : théorème de Millman
Soit le circuit suivant :
E1
R1 R2
R2
R3
Rn
E2 E3
En
A
Alors :
n
n
n
A
R
R
R
R
R
E
R
E
R
E
R
E
V
1
1
1
1
3
2
1
3
3
2
2
1
1











Attention : si Ei = 0, il ne faut pas oublier le 1/Ri
correspondant au dénominateur

Année 2006 - 2007
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III. Les différents régimes d’étude
Types de mesures effectuées
 Mesures temporelles
On étudie l’évolution du signal en fonction du temps
On distingue :
• le régime transitoire : évolution de la tension et du courant suite à une discontinuité
importante du signal
• le régime établi : l’évolution du signal est périodique
 Mesures fréquentielles
On étudie en fonction de la fréquence la réponse du montage
(non traité dans cette partie)

Année 2006 - 2007
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Types de signaux utilisés
-Signaux continus : DC (=)
Utilité : apporter de l’énergie ou de se placer dans des conditions favorables
-Les signaux alternatifs : AC (~)
Utilité : transport d’information (excepté la distribution d’électricité)
E : amplitude du signal
 : pulsation en rad/s
: phase du signal à l’origine des temps
T : période du signal (s)
+
(Exercices 7, 8)
t
e(t)
E
-E
amplitude
T
Cas particulier des signaux sinusoïdaux :
e(t) = E sin(t + ) (cas de la figure)

Année 2006 - 2007
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Importance du régime sinusoïdal
Justification de l’importance des signaux sinusoïdaux (régime harmonique) :
- Signaux simples à étudier (dérivée, intégration) et correspondant à une seule fréquence
- Tout signal temporel se décompose en une somme de signaux sinusoïdaux (série de
Fourier ou transformée de Fourier)
Rappel sur la notation complexe :
U(t)=U cos(t+) ( )
( ) j t
u t Ue  


Dérivation j
Intégration (1/j)

Année 2006 - 2007
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IV. Dipôles usuels.
(régime temporel)
Résistance pure : étude temporelle : u(t) = R i(t)
Inductance pure : étude temporelle : u(t) = Ldi(t)/dt
Capacité (Réactance pure) : étude temporelle : q(t) = C u(t)
( i(t) = dq(t)/dt donc i(t) = C du(t)/dt )
Remarques :
* l’inductance, qui n’est autre qu’un fil enroulé, possède une faible résistance interne que l’on néglige en général
* la capacité possède une résistance interne que l’on néglige
u(t)
i(t)
A B
u(t)
i(t)
A B
u(t)
i(t)

Année 2006 - 2007
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Dipôles usuels (régime harmonique)
Résistance pure : u = R i
Inductance pure : u = j L  i
impédance : Z= j L 
Capacité :
impédance : Z=1/jC
u(t)
i(t)
A B
u(t)
i(t)
A B
u(t)
i(t)
i
jC
u

1

Les théorèmes généraux (superposition, Thévenin, Millman) restent
valable en régime harmonique en raisonnant sur les impédances

Année 2006 - 2007
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Association de dipôles
Résistances en parallèle Résistances en série
Capacités en parallèle Capacités en série
Inductances en parallèle Inductances en série
R1
R2
R1 R2
Req=R1+R2
C1
C2
1/Req=1/R1+1/R2
1/Ceq=1/C1+1/C2
C2
C1
Ceq=C1+C2
A B
A B
A
B
L1 L2 1/Leq=1/L1+1/L2
A B
L1 L2 Leq=L1+L2
(Exercices 6)

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