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Christian Dupaty – Jean Max Dutertre pour l’ EMSE
D’après un diaporama original de Thomas Heiser
Institut d'Electronique du Solide et des Systèmes
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Histoire des semi-conducteurs
1904 invention de la Diode par John FLEMING Premier tube à vide.
1904 Triode (Lampe) par L. DE FOREST Musée . C’est un amplificateur d'intensité électrique.
1919 Basculeur (flip-flop) de W. H. ECCLES et F. W. JORDAN .Il faudra encore une quinzaine d'années avant que l'on s'aperçoive que ce circuit pouvait servir de base à l'utilisation électronique de l'algèbre de BOOLE.
1937 Additionneur binaire à relais par G. STIBITZ
1942 Diodes au germanium Le germanium est un semi-conducteur, c'est àdire que "dopé" par des impuretés, il conduit dans un sens ou dans l'autre suivant la nature de cette impureté. Par l'association d'un morceau de germanium dopé positivement (P) et un morceau dopé négativement (N), on obtient une diode qui ne conduit le courant que dans un seul sens.
Et les transistors …
Le transistor à effet de champ a été inventé en 1925-1928 par J.E. Lilienfeld (bien avant le transistor bipolaire). Un brevet a été déposé, mais aucune réalisation n'a étépossible avant les années 60.
1959 : MM. Attala, D. Kahng et E. Labate fabrique le premier transistor à effet de champ (FET)
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William Shockley (assis), John
Bardeen, and Walter Brattain,
1948.
William Shockley 1910-
1989
prix Nobel de physique
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Le premier récepteur radio àtransistors bipolaires
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4004 d’INTEL : 15/11/1971(2250 Transistors Bipolaires,108 KHz, 4bits)
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*Comprendre l’électronique par la simulation", Serge Dusausay, Ed. Vuibert
*Principes d’électronique", A.P. Malvino, Dunod
*Microelectronics circuits", A.S. Sedra, K.C. Smith, Oxford University Press
*CMOS Analog Circuit Design", P.E. Allen, D.R. Holberg*Design of Analog CMOS Integrated Circuits", B. Razavi, McGraw Hill
Bibliographie
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Autres diodes
• SCHOTTKY pour la commutation rapide en
puissance et la faible chute Vf
• TRANSIL pour absorber les courants dues
aux surtensions (protection aux décharges)
• PHOTODIODE polarisée en inverse c’est un
convertisseur lumière/courant
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L’électronique serait bien ennuyeux et sans grand intérêt si l’on ne pouvait utiliser que des composants linéaires (résistances, condensateurs, sources,…). La plupart des fonctions électroniques (amplification, redressement, génération de signaux, …) ne sont possibles que grâce aux composants non-
linéaires dont la DIODE est le premier exemple étudié dans ce cours.Comme dans le cas des composants linéaires, il faut différencier le
concept de diode idéale du composant réel.La diode idéale est un composant dont la « caractéristique courant-tension» (c’est-à-dire le lien entre le courant Id qui la traverse et la tension Vd à ses bornes) est celle représentée ci-dessus. (Attention à la convention de signes du courant Id et de la tension Vd.)
Les particularités d’une diode ainsi définie sont les suivantes: Le courant ne peut traverser la diode que dans un sens, à savoir de la borne au potentiel le plus élevé (ou anode) vers le potentiel le plus faible (ou la cathode). End’autres termes, si l’on applique une tension Vd négative, le courant Id est nulle. La diode se comporte comme un circuit-ouvert. Par contre, dès-que l’on tente
d’appliquer une tension Vd positive, la diode se comporte comme un court-circuit
idéal, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de résistance à la circulation du courant et la tension à ses bornes reste nulle.
Notation: on qualifie le cas Vd>0 de « polarisation directe », et le cas Vd<0 de « polarisation inverse ».
Les premiers composants dont le comportement était proche de celui d’une diode idéale étaient les tubes à vides. Aujourd’hui, les diodes réelles sont faites quasi-exclusivement de matériaux semiconducteurs.
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La figure ci-dessus représente la caractéristique courant-tension d’une diode à base de silicium. Plusieurs différences notables par rapport à la diode idéale sont à prendre en compte:-Le comportement sous polarisation directe ne s’approche de celui d’une diode idéale que lorsque Vd dépasse une tension seuil notée Vo. Pour les diodes en silicium, Vo est comprise entre 0,6 et 0,7V.-Au delà de Vo, l’augmentation du courant est proportionnelle à (Vd-Vo) , avec une pente dI/dV très élevée. Notez que cette pente s’exprime en Ohm-
1. Elle serrait infinie pour la diode idéale.-En polarisation inverse, le courant est faible mais non nul. On le nomme « courant de saturation inverse », Is. Sa valeur est très sensible à la température.
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Dans la « région du coude » (inexistante pour la diode idéale), le courant varie exponentiellement avec la tension. A noter que l’augmentation dépend de la température à travers VT = kT/e. (eVT= correspond à
« l’énergie thermique » du réservoir d’électrons, cf. Physique statistique)
Remarque: VT intervient fréquemment dans les paramètres des composants semiconducteurs (diode, transistor). Il est donc utile de se rappeler de sa valeur à température ambiante (0.026V).
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Comme tout composant réelle, les tensions et courants que peuvent supporter les diodes sont limitées. Si on dépasse certaines valeurs critiques, lesquelles dépendent des caractéristiques physiques du composant (taille, matériau utilisé, …) et sont généralement données dans la fiche technique du composant, la diode est endommagée irréversiblement.
Parmi les limitations, on distingue:-la tension maximale en inverse. Dépasser cette valeur fera augmenter le champ électrique au sein du composant au delà de la valeur nécessaire pour engendrer un « claquage électronique » (augmentation exponentielle du nombre de charges électriques libres et, par conséquent, du courant électrique).-Limitation en puissance: la puissance dissipée par le composant vaut VdId. Au delà de la valeur Pmax, l’augmentation de la température du composant risque de l’abîmer. A noter, qu’il peut y avoir un phénomène d’amplification ou de dérive thermique: l’augmentation de la température fera augmenter le courant (à Vd constant, sous polarisation directe) et par conséquent la puissance dissipée, d’où une augmentation encore plus prononcée de la température…
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On appelle « point de fonctionnement » d’une diode les valeurs de Id et Vd
lorsque celle-ci est insérée dans un circuit. On parle de point de fonctionnement « statique » lorsque les grandeurs électriques sont constants par rapport au temps.
Pour déterminer le point de fonctionnement d’une diode, il faut prendre en compte sa caractéristique courant-tension ainsi que les lois de Kirchhoff (loi des nœuds et loi des mailles) qui découlent essentiellement des lois de conservation de la charge et de l’énergie.
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Ainsi, dans l’exemple de la page précédente, il est facile de montrer que Id= (Val-Vd)/RL. Cette relation linéaire est appelée « droite de charge » de la diode. Il est important de noter qu’elle ne dépend pas de la caractéristique
courant-tension de la diode.
On peut représenter graphiquement la droite de charge et la caractéristquede la diode sur un même graphe Id(Vd). Comme les deux relations Id en fonction de Vd (c’est-à-dire la droite de charge et la caractéristique courant-tension de la diode) doivent être respectées simultanément, les valeurs actuelles de Id et Vd (c’est-à-dire le point de fonctionnement de la diode) sont nécessairement données par le point d’intersection entre les deux courbes.
Remarque: si l’on connaît la caractéristique de la diode sous forme d’une courbe (mesurée par un « traceur de courbe, par exemple), le point de fonctionnement peut être estimé graphiquement.
Si l’on souhaite par contre calculer le point de fonctionnement, il faut décrire la diode par un « modèle » plus ou moins élaboré. Le modèle d’une diode idéale constitue souvent une première approximation possible.
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Lorsque l’on « approxime » la diode réelle par la diode idéale, on peut calculer le point de fonctionnement analytiquement.La représentation graphique nous montre que, selon la valeur de Val, la diode se comporte soit comme un court-circuit (Val>0) soit comme un interrupteur ouvert (Val<0). D’où les valeurs calculées de Id et Vd dans chacun des deux cas de figure.
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elle se comporte comme un circuit ouvert.D’où les expressions analytiques de Id et Vd.
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Exemple de modèle SPICE : diode 1N757
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Notez que, contrairement à une simple résistance, la résistance Rf qui apparaît dans ce modèle, n’est pas égale au rapport Vd/Id.
Il existe évidemment des modèles beaucoup plus évolués, qui tiennent compte de l’influence de la température, de la région du coude, des valeurs limites , etc. Leur utilisation nécessite néanmoins une résolution numérique des équations, ce qui fait l’objet des « simulateurs de circuit », tel que SPICE.
Pour information: des simulateurs sont disponibles gratuitement sur le web (exemple: www.intusoft.com). Je vous conseille de les utiliser. Simuler le fonctionnement de circuits même élémentaires est très instructif!
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On distingue souvent l’« analyse statique » d’un circuit électronique et de l’« analyse dynamique ».
En statique, on ne considère que les valeurs moyennes temporelles des grandeurs électriques. Les signaux sinusoidaux y sont écartés d’office…C’est évidemment la cas lorsque toutes les sources sont statiques (puisqu’il n’y a pas de variation possible pour les grandeurs électriques), mais c’est souvent utile également lorsque le circuit comprend à la fois des sources statiques et dynamiques. Dans ce dernier cas, l’étude statique permet de déterminer les points de fonctionnement « statique » des composants du circuit.
L’analyse dynamique (si des sources variables sont présentes) vient compléter l’étude. On ne s’intéresse alors qu’aux relations qu’il y a entre les parties variables des grandeurs électriques.
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Dans cet exemple simple, l’analyse complète du montage par la loi des mailles permet de trouver facilement l’expression de V(t), qui se compose de l’addition d’un terme constant et d’un terme variable. Ceci est une conséquence directe du principe de superposition, qui dans ce cas est valable puisque le circuit n’est composé que de composants linéaires.
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Comme le principe de superposition s’applique, l’étude aurait pu être coupée en deux parties:Une analyse statique, où seules les grandeurs statiques sont prises en compte, et une analyse dynamique.La source de tension sinusoidale étant à valeur moyenne nulle, elle n’apparaît pas dans le « schéma statique » du circuit. Elle est remplacée par un court-circuit.
La source de tension statique, Ve, maintient par définition une tension constante à ses bornes. En d’autres termes, la composante variable, ∆ve, de la tension à ses bornes est nulle. Elle est donc remplacée par un fils.Pour cette raison il est de coutume de qualifier toute source de tension statique de « court-circuit dynamique ».
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statique comme un « circuit ouvert dynamique ».
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Cet exemple illustre le cas particulier où des condensateurs ou des inductances, dont les impédances varient avec la fréquence, sont présents dans le circuit.
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De la même façon, une inductance, dont la valeur moyenne de la tension àses bornes est nulle (impédance nulle à fréquence nulle), est remplacée par un court-circuit dans le schéma statique.
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Il est fréquent que l’impédance du condensateur est négligeable par rapport aux autres impédances du circuit au delà d’une certaine fréquence du signal. Si l’analyse dynamique se limite à des fréquences supérieure à cette fréquence limite, le condensateur peut être remplacée par un court-circuit (impédance nulle).
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La somme des composantes statiques et dynamiques des grandeurs électriques ne décrit correctement la réalité que si le principe de superposition est valable (ce qui est le cas si le circuit n’est constitué que de composants linéaires…).
Il est cependant possible d’extrapoler ce principe à des situations où soit-le point de fonctionnement reste constamment dans le domaine de linéaritédu composant.soit-l’amplitude des variations est suffisamment faible pour que la relation
entre les composantes dynamiques des courants et tensions reste
linéaire.
Ceci nous amène à décrire la diode en régime de signaux de faibles amplitudes par un modèle linéaire dit de « petits signaux ».
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Le modèle présenté n’est valable qu’à des fréquences du signal suffisamment basses, pour que les valeurs instantanées de Id et de Vd
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Pour de faibles amplitudes de variation, on constate que id est proportionelle à vd. Le point de fonctionnement suit en première approximation la droite tangente à la caractéristique au point de fonctionnement statique de la diode.
L’inverse de la pente de la tangente est appelé résistance dynamique de la diode.
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On utilise des notations différentes pour la résistance dynamique, selon que la diode est polarisée en directe (rf) ou en inverse (rr).
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En dehors de la région du coude la résistance dynamique est quasi-indépendante de la tension appliquée et sont égales aux valeurs utilisées dans le modèle à segments linéaires de 3ième approximation.
Dans la zone du coude, et en raison de la variation exponentielle du courant, la résistance est inversément proportionnelle au courant Id !
Remarques:-ayant en tête la valeur de VT à température ambiante , vous pourrez facilement estimer l’ordre de grandeur de rf pour un courant Id donné.
-L’augmentation exponentielle étant plus rapide que la variation linéaire (observée aux courants plus élevés), la valeur de rf déduite de l’expression exponnentielle du courant est inférieure à Rf lorsque le point de
fonctionnement est situé dans la partie linéaire de la caractéristique.
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Le modèle petits signaux précédents prévoit que id et vd soient toujours en phase. Ceci ne correspond plus à la réalité lorsque la fréquence du signal devient trop élevée. Différents mécanismes physiques limitent le temps de réponses des charges mobiles et induisent un retard de la variation du courant sur la variation de la tension.On peut tenir compte approximativement de ces phénomènes transitoires en complétant le modèle par des composants capacitifs (la charge et la décharge d’un condensateur induit également un retard entre le courant et la tension…).
Les mécanismes de rétention de charges n’étant pas les mêmes selon que la diode est polarisée en inverse ou en directe, les modèles dynamiques se trouvent également différenciés.
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On peut remarquer que la somme des résistances dynamiques (rc+rsc) est nécessairement égale à rf.
Le modèle petit signaux est complété par une « capacité dynamique »placée en série avec la résistance dynamique rsc.
Le « découpage » de la résistance rf en deux se justifie par une étude plus approfondie du transport de charge dans les diodes semiconductrices. (cfphysique des dispositifs semiconducteurs). De même, cette étude révèle que la capacité dynamique est approximativement proportionnelle au courant moyen circulant dans la diode.
Le terme « capacité de diffusion », réservé pour ce composant, fait référence au mécanisme de diffusion des charges libres dans ce régime de fonctionnement.
Il est important de se rappeler de l’ordre de grandeur de la capacité de diffusion. Noter que la valeur de Cd est proportionnelle à la taille (surface) du composant. Une diode de « puissance », dont la surface est plus grande pour diminuer la densité de courant, a donc généralement une capacité de diffusion plus élevée qu’une diode « standard ».
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Il est cependant utile de se rendre compte que lorsque la diode passe de l’état passant à l’état bloquée, elle se comporte pendant un petit interval de temps comme un court circuit (tension presque nulle à ses bornes), puis tend exponentiellement vers son état stationnaire en condition de polarisation inverse. Le temps de réponse totale dépend de la technologie utilisée pour fabriquer la diode et peut varier de quelques picosecondes àquelques nanosecondes.
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Le temps de recouvrement dépend fortement de la technologie de fabrication des diodes et également de l’intensité du courant direct les traversant.
La diode 1N4004 commute beaucoup moins vite que la diode 1N914 mais peut redresser des courant plus importants (>1A) .
Le choix des diodes dépend de leur utilisation.
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La diode Zener est conçue pour présenter, dans sa caractéristique inverse, une zone de « claquage contrôlée », dans laquelle le courant inverse
augmente rapidement sans augmentation significative de la tension et sans endommager la diode. En outre, au dela d’un courant minimale (Imin) la caractéristique est quasiment linéaire.Toute diode Zener est aussi caractérisée par un courant inverse maximal àne pas franchir au risque de détruire le composant.
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En régime statique, le schéma est celui d’une source de tension idéale égale à la tension de Zener (Vz) en série avec une résistance Rz.En dynamique, le modèle petit signaux, pour un point de fonctionnement statique dans la partie Zener, correspond à une faible résistance rz.
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Les diodes électroluminescente se comporte comme une diode « standard » au silicium, à ceci près que la tension seuil est généralement plus élevée. Ceci vient du fait que le matériau semiconducteur utilisé n’est pas le silicium mais un semiconducteur à « bande interdite directe » (cfphysique de la matière, ou cours émetteur capteur).La diode émet de la lumière lorsqu’un courant intense la traverse. Il faut donc toujours la polariser en directe avec Vd>Vo.
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Jaune 570<<590 2.10<Vs<2.18
Vert 500<<570 2.18<Vs<2.48
Bleu 450<<500 2.48<Vs<2.76
Violet 400<<450 2.76<Vs<3.1
Ultraviolet <400 Vs>3.1
Blanc xxx Vs=3,5
La tension de seuil des LED est fortement dépendante de leur couleur.
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Ce sous-chapitre illustre l’intérêt des diodes à travers quelques exemples d’applications courantes. La liste n’est pas exhaustive et sera complété par des études en TD et en TP. Comme leur nom l’indique, les circuits « limiteur de crête » sont utilisés pour imposer une limite supérieure (en valeur absolue) à la tension aux bornes de leur sortie. Tout signal d’amplitude inférieure à cette limite maximale est transmise sans modification, alors que tout dépassement se solde par un « écrêtage » du signal. La charge de l’écrêteur est donc protégé contre d’éventuels surtensions.Les circuits à diodes, standards ou Zener, remplissent aisément ce rôle.
Le premier exemple est nommé « clipping parallèle » parce que la diode est branchée en parallèle à la charge. Son fonctionnement est illustré par le déplacement du point de fonctionnement de la diode lorsque la vlaleur de Vg
varie. La tension Vd est appliquée à l’entrée du circuit à protéger.Qualitativement: La diode atténue la surtension en faisant circuler un courant, tel que la chute de tension aux bornes de Rg maintienne la tension Ve proche de Vo. Avant d’utiliser un tel circuit il faut s’assurer à ce que le courant ne dépasse pas la valeur maximale tolérée par la diode!
Le montage « clipping série » assure le sens du courant pouvant traverser Ze. Par conséquent, la tension Ve(t) ne peut prendre des valeurs négatives.
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L’apparition d’une surtension nuisible aux bornes d’une inductance suite àl’ouverture rapide du circuit est un problème récurrent. Pour protéger le circuit dans lequel est insérée l’inductance, il suffit de brancher en // une diode dans le sens indiqué ci-dessus. La tension V est alors limité à ~ -0.7V.En effet, dèsque la tension induite aux bornes de L (suite à une variation de I ) dépasse cette valeur, le courant peut circuler dans la diode, et atténue le taux de variation du courant (et par conséquent la surtension…).
Lors de la rupture de courant (relâche du bouton) la diode commence à conduite lorsque Vs atteint VCC+0,7v. L’énergie accumulée dans L1 est dissipée dans la résistance interne de la diode durant environ 250uS, il y a ensuite un phénomène oscillatoire due à la capacitéde la diode (circuit LC //), ce phénomène apparait lorsque le point de fonctionnement de la diode s’approche du coude (fonctionnement non linéaire).
A suivre ….Le transistor à effet de champ
Pour préparer la prochaine séquence :
Bien connaitre la loi d’Ohm, les théorèmes de superposition et de Millman
Intégrer les concepts de grandeurs alternatives et continues, le principe de polarisation et de variation d’une grandeur électrique autour d’un point de repos.
Revoir les exercices, être capable d’expliquer les formes et grandeurs des signaux sur les graphes temporels.
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Non-linéarité
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Non-linéarité
Non-linéarité
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D +() 77(
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l Fonction: amplifier la puissance du “signal”
- tout amplificateur est alimentée par une source d’energie externe (ici: VCC et (ou) VEE)
l La sortie agit comme une source de tension vs caractérisée par son impédance de sortie Zs
l L’entrée de l’amplificateur est caractérisée par son impédance d’entrée
e
ee
i
vZ =
* Zs = résistance de Thévenin équivalent au circuit vu par RL
D +() 77(
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-VEE RL
vg
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source
amplificateur
charge
vL
ie
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ve
31
l Gain en tension :
Comme Zs ≠≠≠≠ 0 le gain en tension dépend de la charge
e
s
Re
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v
v
v
vA
L
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Gain “en circuit ouvert” :
Définitions
Gain “sur charge” :v
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L
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R
v
vA
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Comme Ze ≠≠≠≠ ∞∞∞∞ , Avc diffère de AvL
vL
eg
e
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ZR
Z
v
vA
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(tient compte de la
résistance de sortie de la
source)
l Gain en courant :L
evL
e
Li
R
ZA
i
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l Gain en puissance :iv
eg
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source
amplificateur
charge
vL
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ilZe Zsvs
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l Impédance d’entrée :e
ee
i
vZ =
D +() 77(
+VCC
-VEE RL
vg
Rg
source
amplificateur
charge
vL
ie
ilZe Zsvs
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l Impédance de sortie :
0=
=gvx
xs
i
vZ
+VCC
-VEE
vg=0
Rg
source vx
ie
ixZe Zsvs
ve
32
* L’amplificateur “idéal” :
l Gains indépendants de l’amplitude et de la fréquence (forme) du signal d’entrée
l Impédance d’entrée élevée peu de perturbation sur la source
l Impédance de sortie faible peu d’influence de la charge
* La réalité...
Domaine de linéarité : distorsion du signal pour des amplitudes trop élevées
Nonlinéarité des caractéristiques électriques des composants
la tension de sortie ne peut dépasser les tensions d’alimentation
Bande passante limitée : le gain est fonction de la fréquence du signal
capacités internes des composants
condensateurs de liaison
Impédances d’entrée (sortie) dépendent de la fréquence
D +() 77(
D +() 77(
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système
non linéaire
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fondamental
fondamental
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34
Objectif
Coupler plusieurs “étages” pour améliorer les propriétés du circuit...
Exemple : Amplificateur avec
- gain en tension élevé
- faible distorsion
- bonne stabilité (thermique, dispersion)
- impédance d’entrée élevée
- impédance de sortie faible
Solution possible : l stabilité et faible distorsion ↔ ampli stabilisé
l gain élevé ↔ plusieurs étages en cascades
l Ze élevée ↔ étage à forte impédance d’entrée
l Zs faible ↔ étage à faible impédance de sortie
Difficultés du couplage : u Polarisation de chaque étage
u Gain sur charge : chaque étage “charge” l’étage précédent
u Réponse en fréquence de l’ensemble (cf. couplage capacitif)
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En vert : P/PMax=f(RL/RS)
En rouge : le rendement PRL/PVS
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29
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* 9H(P
Christian Dupaty pour l’ EMSED’après un diaporama original de Thomas Heiser
Institut d'Electronique du Solide et des SystèmesC. Koeniguer, P. Lecoeur IFIPS Paris
Extrait du cours du Prof. Greg Kovacs, Stanford University
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3
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B 3
3:4+
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)B05
TLC372 LinCMOS , sortie drain ouvert
Défaut d’offset importantCourants de décalage et de polarisation très faiblesCourant de fuite en sortie à l’état haut très faibleCourant de sortie à l’état bas important (16mA)Tension en sortie à l’état bas importante
CONSTITUTION
Les AOP possèdent des caractéristiques « externes » proches du modèle « parfait
-Très grande amplification (> 105)-Grande impédance d’entrée (souvent considérée comme infinie)-Très faibles courants de polarisation en entrée (souvent considérés comme nuls-Faible tension d’offset (dépend des technologies, qq uV en MOS)-Faible impédance de sortie -Excursion de la tension de sortie proche des alimentations (Rail to Rail)
-Cela est possible
- Grâce à l’utilisation de transistors MOS fonctionnant en régime linéaire (mode
saturé)
-Grâce à l’architecture particulière et aux caractéristiques des amplificateurs
différentiels
Les montages à contre réaction permettent la mise en œuvre de ces composants
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5
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5-5PP5
J
Amplificateur opérationnel
Architecture simplifiée d’un amplificateur opérationnel:
Etage amplificateur augmente le gain total (Av>>1)
ex: montage drain commun et Rd élevée ↔ charge active
suiveur impédance de sortie faibleConfiguration Push-Pull : domaine de linéarité
Etage
amplificateur
En tension
Suiveur
Ampli en
courantsortie
Amplificateur
différentiel
+
-
Amplificateurdifférentiel
Ze élevée ↔ MOSFET,...
amplification de v+-v-
atténuation de
2
−+ + vv
(gain élevé en « mode différentiel »)
(gain <<1 en « mode commun »)
. Contre-réaction et amplificateur opérationnel
Rétroaction positive :l’action de la sortie sur l’entrée renforce la variation du signal de sortie
↑↑→↓→↑→ sss veBvvex: A>0, B < 0
(sans déphasage)la sortie diverge les composants sortent du domaine linéaire
par exemple : transistor sature
es vAB
Av
+=
1comportement non-linéaire A,B modifiés
Circuit bouclé et rétroaction
A
B
ve vse
B.vs
La sortie agit sur l’entrée
Circuit bouclé :
( )ses vBvAeAv ⋅−=⋅=
es vAB
Av
+=→
1
?
F
A
B
ve vse
B.vs
Rétroaction négative ou « contre-réaction » :
L’action de la sortie sur l’entrée atténue la variation du signal de sortie
↓↓→↑→↑→ sss veBvv
ex: A>0, B >0 (sans déphasage)
la sortie converge vers :ees vGv
AB
Av ⋅=
+=
1
• G = gain en boucle fermée :
• G<A
• Si AB >>1 , B
G1
≈ la variation ou toute incertitude sur A n’affecte pas G.
Amélioration de la linéarité
* B = “taux de réinjection”
7
**$'$)K#
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8 @
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0 -.0 R0 -7
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5
57
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ii v
RR
Rv
+=
5
* - 5 //5 -<=∝∝∝∝
5 18 3 iL
LS Av
RR
Rv
+=
0
* - -+> +
Les valeurs de Ri et Ro sont généralement négligeables devant les autres résistances du montage considéré
0-<∝∝∝∝ -
+< +
eS Avv =
I
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ε 170# -0
E
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5
5
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S 0.-0
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R
RR
R
v
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+
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2
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1
21
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vv e
Sε
−= RPT
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PT
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5
5
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S ) 0.
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21
1
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vv e
Sε
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ε 17 8 0# -0
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ve
.
.PT
'
:8 8
Exercice : Trigger de Schmitt
#
.
5
5
R1=10K, R2=20K+Vcc=10v, -Vcc=-10v
Ve
+5v
-5v
-3v
+3v
Vs
+Vcc
-Vcc
Mise en forme d’un signal numériqueSuppression de « parasites »
J
:
C%
C%
S
S $ -/7
S $
1
21
R
RR
v
v
e
S +=
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vZ
0
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SS
i
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5
5
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v
v
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5
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R
R
v
v
e
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S $
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5
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5
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SS
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5
5
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32
32
RR
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Rv
RR
Rv
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11
1
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+−
+
+= 1
12
32
3
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RR
Rv
RR
R
R
RRv
$
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5
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A)j(H eS
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v
v
c
vc
c
v
c
v
c
v
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A
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kA
A
j
kAj
j
A
j
Ak
j
A
V
V
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ω+
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+ωω
+
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ωω
+
+ωω
+
ωω
+=
ωω
++
ωω
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1
1
1
1
1
1
1
5
1
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1
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v
vv Acar
R
RR
kkA
AA
cvcvckA)kA(' ω≈ω+=ω 1
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I
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4
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7%304
7%304
ω
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5
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4
C%%<3P4
5
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7%30P04
7ω
7%304
1/5'
RCavec
jjRCR
jC
Z
Z
v
va
a
R
C
e
s 111
1
=−=−=−=−= ω
ωωω
ω
Rq : si Ve est constant, i =Ve/R est constant
dt
dVsci = 0.
1Vdti
CVs += 0.
1Vti
CVs += Rampe de tension' 0-340-
IE
4
C%%<3P4
5
#
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'
5
%ω
7%30P04
7
7%304
1/5'
7%35P54
1P5'
-/%8 <;
ω+−=−=
CjRR
R
Z
R//Z
v
v
R
C
e
s
1
1
1
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π
π/2
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7
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1/5'
RCavecjjRC
Z
Z
v
va
aC
R
e
s 1=−=−=−= ω
ωω
ω
dt
dVeCi .−= dt
dVeCRiRVs ... ==
ID
4
C% :3P4
5
#
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'
5
-/%8 :;
ωω
ωω
CjR
CjR
R
R
CjR
jRC
v
v
e
s
1
1
11 11 +−=
+−=
%ω
7%30P04
7%304
1/5' 1/5'
7%35P54
3
21
84
U1:A
TL082
BAT112v
BAT212v
U1:A(+IP) U1:A(+IP)
Vs
Vs
R1
100k
3
21
84
U1:A
TL082
BAT112v
BAT212v
U1:A(+IP) U1:A(+IP)
Vs
Vs
Comparateur à fenêtre (comparateur_fenetres.dsn)
Ce montage permet de détecter une tensioncomprise entre deux valeurs (Ve-<Ve<Ve+)
R410k
R51k
R610k
+10v
+10v
VS2
VS1
VS2
VS1
U1:B(-IP)5
67
84
U1:B
TL082
3
21
84
U2:A
TL082
U2:A(-IP)
U3
NOR_2
D
D
@ 8 )*
Vs
3
21
84
U1:A
TL072 R1
R2
Ve
'
5 :%
$-0P5
$5+
Ampli d’instrumentation
3
21
84
U1:A
TL082
5
67
84
U1:B
TL082
3
21
84
U2:A
TL082
R1
10k
R2
10k
R3
10k
R410k
R510k
R610k
R710k
V1
V2
Vs
Les amplificateurs sont alimentés entre +Vcc et -Vcc
VeVs −=
5
)654(5
R
RRRVVe R
++=
215 VVVR −=
3).21( VVVs −−=
L’amplification peut être réglé par R5Le TRMC dépend des dérives des trois amplificateurs, l’amplificateur d’instrumentation est généralement réalisé sur un seul substrat (ex : AD620)L’impédance d’entrée est très grande.
5
)654()21(
R
RRRVVVs
++−−=
' 0-3004
Ve
Production de signaux : multivibrateur astable
3
21
84
U1:A
TL082
C1100nF
R110k
R2
10k
R310k
Vs
Vc
+10v
-10v
Vc
+10v
-10v
-5v
+5v
Vs
+10
-10
−
−=∆∆ τ
t
eU
Vc1
t
Tracer Vc et Vs Vc(0)=-5vVs(0)=+10vCalculer t
Exemple d’application de la fonction monostable : conversion fréquence tension
' PB
3<4
*< 'K '
:%
Le capteur produit une fréquence proportionnelle à la vitesse du bateauLe monostable produit une tension de valeur moyenne proportionnelle à la fréquence.Le passe bas élimine les fréquences et ne laisse passer que la valeur moyenneLa tension résultante est convertie en un nombre puis affichée par un micro contrôleur
Conversion fréquence tension :Le rapport cyclique à la sortie du monostable est =th/T, (T=th+tl). tl est constant (monostable), est donc proportionnel à T. La valeur moyenne du signal vaut Vm=Vmax.
C%<
3
21
84
U1:A
TL072
+10v
-10v
R1
2.2k
R21k
C1
1000nF
VSVeVE
V+
D11N914
R31k
0-0''>9
03&4-7+D
0 @5>'
)0-.00-7>;
A :%'> 0.
0'
) 0
377 4#+
:%0>0>0.
3
21
84
U1:A
TL082
5
67
84
U1:B
TL082
R1
100k
R2
100k
R3
10k
C1
10n
VS1VS2
-12v
+12v-12v
+12v
? BB>H V
;0#-30#43
4
& 0-304
? 0# V
' :%38 -7>0#-.0>0-7 4
* Q ; 0#
W
i
0#
0#
> >
0#-30#4
Tracer les chronogrammes de VS1 et VS2
W:
R1
R2
68k
R3
D1
1N914
Q12N2222
RL1G2R-1E-DC12
R4
R5
R6
3
21
84
U1:A
TL082
5
67
84
U1:B
TL082
3
21
84
U2:A
TL082
R4HOS201
+VCC
VeVS1
VS2
VP
VS
D2
'
:
X3Y4
3#4
F7
9
0304
D
0
0
0#304
0#304
3#4
3#4
3#4
777
0
0'3?4304
3#4
D
D>
9>F
7
Maintenant …on peut tout faire … ou presque
