Électronique et informatique pour le traitement de l...

Électronique et Informatiquepour le Traitement de l’Information

Électronique AnalogiqueArduino

Informatique

1A / S5

Responsable Informatique

Sylvie LEBRUN

Responsable Électronique

Julien VILLEMEJANE

http://hebergement.u-psud.fr/villemejane/eiti/

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Chaine d’acquisition

NIV 0

PRE-AMPLIFIER

CAPTER

COMPARER

FILTRER AMPLIFIER

GÉNÉRER ALIMENTER

CONVERTIR TRAITER

POST-TRAITER

PILOTER

AGIRELEC ANALOGIQUE

INTERACTIONS

ELEC NUMERIQUE

INFORMATIQUE

STOCKER

AUTRES

CAPTER

Température

Luminosité

Force

Distance

Capteur Numérique

Capteur Intégré

Photodiode

Phototransistor

Photorésistance

Ultra Son

Télémètre

Autres

PRE-AMPLIFIER

ALI en Linéaire Transistors

Suiveur

Inverseur

Non-Inverseur

Transimpédance

Classe A

Classe B

FILTRER

Passif Actif

RCRLC

ALI

Universel

Capacité Comm

utée

Type

Passe-Haut

Passe-Bas

Passe-Bande

Coupe-Bande

Ordre

1 2 4 / 8N

AMPLIFIER

ALI en Linéaire Transistors

Inverseur

Non-Inverseur

Classe A

Classe B

Classe D

Audio

TDAxxx

LM38x

AGIR

Luminosité

LED

Électronique et Informatiquepour le Traitement de l’Information

Déroulement de l’année 2017-2018

TD_C1

ITI / LANGAGE C (2h)

TD_C2

Pres_C3 Proj_C4 Proj_C5 Proj_C6 Proj_C7 Proj_C8 Pres_C9 Proj_C10 Proj_C11

Proj_E1

ETI – TD / S5 (1h30)

Proj_E23 Proj_E4

MET_1 MET_2 MET_3

SYST_1 SYST_2

MET_4

SYST_3 SYST_4 SYST_5

Proj_EITI1 Proj_EITI2 Proj_EITI3 Proj_EITI4

TP_Th1_E1 TP_Th1_E2 TP_Th2_E1 TP_Th2_E2 TP_Th3_E1 TP_Th3_E2

TP_Th4_E1 TP_Th4_E2 TP_Th4_E3 TP_Th4_E4

Proj_EITI5 Proj_EITI6Proj_EITI4Proj_EITI4

MET_5 MET_6 MET_7 MET_8

SYST_6 SYST_7

AM_E1 AM_E2 AM_E3 AM_E4 AM_E5

SEMESTRE S6

SEMESTRE S5

AM_EI1

TD_C1

EITI

C

EXAM

ORAL

MINDMAP

SYNTHÈSE

EITI

CORRECTIONS

BASES DU LANG. C

TD_C2 CONDITIONS

Pres_C3 PRÉSENTATION MINI-PROJET

Proj_C4

Proj_C5

Proj_C6

Proj_C7

Proj_C8

Pres_C9

FICHIERS / CARACTÈRES

FONCTIONS / PGM

Ouvrir un fichier PGMLire son contenuAfficher son contenu

OBJ.

POINTEURS

ALLOC. DYNAMIQUE

NOTIONS AVANCÉES

Proj_C10

Proj_C11

FINALISATION PROJET

FINALISATION PROJET

PRÉSENTATION ÉTUDIANTS

Présenter une fonction

LIVR. Liste des fonctions

MET_1

MET_2

MET_3

MET_4

FONDAMENTAUX

AMPLI LINÉAIRE INTÉGRÉ

QUADRIPÔLES

ANALYSE HARMONIQUE

SYST_1

SYST_2

SYST_3

SYST_4

DIODES / LEDs

PHOTODÉTECTION

FILTRAGE ACTIF

CAPTEURS / Mise en Forme

SYST_5 PWM / ALI Non Linéaire

4 étudiants

SÉANCE

SÉANCE

+ 5 min de LECTURE FICHE+ 5-10 min de QUESTIONS+ 1 exercice de Niveau 1+ 1 exercice de Niveau 2+ «Avez-vous compris ?»

+ 20 min de travail / GROUPE

+ 15 min de RESTITUTION+ 15 min / SYSTEME (x 3)

TP EITI (4h30)

Thème 1(2 TP)

OUTILS DE L’ÉLECTRONIQUE

Thème 2(2 TP)

PHOTODÉTECTIONPhotodiode / Transimpédance

Thème 3(2 TP)

ANALYSEUR DE SPECTREFiltrage / Décalage fréquence

Thème 4(4 TP)

SYSTÈME EMBARQUÉDécouverte microcontrôleursGestion du temps / InterruptionsInterfaçage / IHM Communications inter-systèmes

ETI – AMPHI et TD / S6 (1h30)

MET_5

MET_6

MET_7

MET_8

CODAGE INFORMATION

LOGIQUE COMBINATOIRE

LOGIQUE SÉQUENTIELLE

CAN / CNA

AM_E1 CODAGE INFORMATION

AM_E2 LOGIQUE COMBINATOIRE

AM_E3 LOGIQUE SÉQUENTIELLE

AM_E4 CONV. ANALOG. / NUM.

AM_E5 CONV. NUM. / ANALOG.

AM_E6

AM_E6 SYSTÈMES COMPLEXES

SYST_6 TRANSMISSION NUMÉRIQUE

SYST_7 SYSTÈMES COMPLEXES

PROJETS EITI (1h30 / 4h30)

Proj_E1 PRÉSENTATION Projets

Proj_E23 ÉQUIPES / SUJETSSéance Double au 503

Créer équipes cohérentes

OBJ. Choisir sujet de projetRédiger cahier des chargesPrévoir le planning

Proj_E4 PRÉSENTATION Équipes

Proj_EITIx SÉANCES ENCADRÉES

LIVR.Cahier des chargesPlanning / FonctionnelCohésion de l’équipe

LIVR.TECH.

Cahier des chargesSchéma fonctionnelSchémas techniquesProgrammes commentésCaractérisation du système

LIVR.COMM.

Présentation générale / Adaptée à des 1ASchéma fonctionnelSolutions techniques

VIDÉO / SITE WEB / POSTERS (x2)

TEMPS

Electronique et Informatiquepour le Traitement de l’Information

Modalités / Evaluations

M

A

L

I

N

S

esurable

tteignable

imité (temps)

dentifiable

égociable

imple

OBJECTIFSITI / LANGAGE C / S5ETI Analogique / S5

TP EITI / S5

PROJETS EITI / S6

EXAMEN

ORAL

SYNTHÈSE

CONTINU

EXAMEN ÉCRIT (1h30)

- Présentation d’une fonction (4 min / équipe)

- Résultat final du mini-projet

6 pts

14 pts

UE : Traitement de l'information / 20 %

4 pts

2 pts

- Question Choix Multiple

- Problème

7 pts

7 pts

Votre présence et votre participation au cours des séances encadrées de TD sera également prise en compte pour la note de présentation.

CONTINU / PRE-PROJET

EXAMEN ÉCRIT (2h00)

- Présentation du projet+ Choix Équipe / Sujet

+ Cahier des charges

+ Schéma fonctionnel

+ Planning prévisionnel

+ Idées de conception(5 min / équipe)

10 %

15 %


- Exercice niveau 1 4 pts

6 pts

Votre présence et votre participation au cours des séances encadrées de TD sera également prise en compte pour la note de présentation.

8 pts

2 pts

- Exercice niveau 2- Problème- Pré-Projet

ETI Numérique / S6

EXAMEN ÉCRIT (2h00) 15 %


- Logique Combinatoire 30 %

40 %

30 %

- Logique Séquentielle- Conversions A/N – N/A

CONTINU


15 %

- Synthèse thème 1 (4 pages)


+ Note synthèse (/20)

+ Mind Map ± 2 pts


5 %

5 %

5 %

EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 20 %

- Portant sur les thèmes 1 et 2

- Durant les séances du thème 1

(voir emploi du temps)

TP EITI / S6

CONTINU


10 %


+ Note synthèse (/20)

+ Mind Map ± 2 pts

EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 15 %

- Portant sur les thèmes 1 et 2

- Durant les séances 3 et 4 du thème 4

(voir emploi du temps)

CONTINU


15 %

- Évaluation lors des 6 séances

+ SOIN - Qualité câblage

- Choix instruments mesure

- Qualité code / Lisibilité / Modularité

+ AUTONOMIE - Conception : choix solution, composants

- Réalisation : capacité à dépanner

+ RÉSULTATS - Caractérisation de chacun des blocs

- Respect du cahier des charges

+ GESTION PROJET - Respect du planning / Mise à jour

- Discussion dans le groupe / Organisation

LIVRABLES 30 %

- Dossier technique + Cahier des charges

+ Schémas fonctionnels

+ Schémas techniques

+ Algorithme utilisé

+ Programmes commentés

+ Caractérisation du système final

- Communication → Vidéo / Posters (x2) / Site Web

+ Présentation générale adaptée à des 1A


+ Solutions techniques

HORS

CFAFIE

CFA

CONTINU 10 %

- Aide sur les projets « classiques »

- Présentation missions entreprise+ Entreprise

+ Objectifs de l’apprentissage

+ Schéma de principe(5 min / étudiant)

FIE

CONTINU / PRE-PROJET FIE 10 %

- Rencontres techniques (hors créneau TD ETI)

- Présentation projet FIE(hors créneau TD ETI)

+ Cahier des charges


+ Choix technologiques(20 min / groupe)

15 %

15 %

HORS

CFAFIE

HORS

CFAFIE

NOTES

RÉCEPTEUR NON-LINÉAIRE


Fondamentaux / Dipôles et réseaux

DIPÔLES DIVISEUR DE TENSION

RÉCEPTEUR LINÉAIRE

NIV 0Met1/2/3/4

Sys1/2/3/4/5

RÉSEAUX

NOEUD MAILLE

GENERATEURS

TENSION

COURANT

LOIS DE KIRCHOFF

LOI DES MAILLES

LOI DES NŒUDS

THEVENIN

NORTON

MODELES

DIPÔLE

Composant électrique à deux bornes

A B

vAB

(t)

iD(t) i

D(t): courant traversant

le dipole

vAB

(t) : différence de potentiel

aux bornes du dipole

Relation linéaire entre iD(t) et v

AB(t)

Relation non-linéaire entre iD(t) et v

AB(t)

vAB

(t)

iD(t)

Résistance (Ω)

vAB

(t) = R . iD(t)

vAB

(t)

iD(t)

vAB

(t)

iD(t)R C L

Condensateur (F)

iD(t) = C . dv

AB(t) / dt v

AB(t) = L . di

D(t)/ dt

Inductance (H)

vAB

(t)

iD(t)

Diode vAB

(t)

iD(t) > 0 si v

AB(t) > V

SEUIL VSEUIL

iD(t)

A B C

F E D

Ensemble de dipôlesreliés entre eux

BRANCHEEnsemble de dipôlesreliés en SÉRIE

Tous les dipôles d’une même branche sont parcourus par le même courant

Point du réseau

Où a lieu une dérivation du courant

Tout chemin fermé du réseau

B

E

A B

F

Rg

vBA

(t)

iG(t)

vBA

(t)

iG(t)

Source idéale Source réelle

vBA

(t)

iG(t)

EE

idéale

réelle

E = constante quelque soit i

G

Rg

iG(t) i

G(t)

Source idéale Source réelle

vBA

(t)

iG(t)

II

idéale

réelle

I = constante quelque soit v

BA

vBA

(t) vBA

(t)

E

I

MAILLE : la tension aux bornes d’une branche d’un réseau est égale à la somme algébrique des tensions aux bornes de chacundes dipoles qui la composent

NOEUD : en un nœud, la somme des courants entrants est égaleà la somme des courants sortants

BA

C

vBC

vAB

vAC

vAC

= vAB

+ vBC

iA

iB

iE

iD

iC

iA + i

B + i

D = i

C + i

E

EG

R1

R2 V

S

VS = R

2 . I et E

G = (R

1 + R

2) . II

VS = E

G . R2

R1 + R

2

SUPERPOSITION

E1

Sources indépendantes

I2R

1R

2 VS

E1

R1

R2 V

S1

I2R

1R

2 VS2

I2 = 0

E1 = 0

VS = V

S1 + V

S2

Eth

Rth

Eth

: tension à vide du réseau

Rth

: résistance équivalente du réseau

lorsqu’on éteint les générateurs indépendants

SYS

VCC

Eth

En pratique SYS VSV V

AI

S

E

Rth

= VS/I

S

IN

RN

IN : courant de court-circuit

RN : résistance équivalente du réseau

lorsqu’on éteint les générateurs indépendants

SYS

VCC

IN

SYS VSA V

AI

S

E

RN = V

S/I

S

En pratique


Diode / LED / Photodiode

NIV 1

Sys1

DIODE PHOTODIODELED

MODÈLE IDÉAL

VF

VR

IR

IF

IF

: courant direct

VF

: tension directe

VR

: tension inverse

IR

: courant inverse

souvent VR < V

RMAX

souvent IF < I

FMAX

aussi appelée seuil

VRMAX

IFMAX

bloquée passante

Si u > 0, diode passante

Si u < 0, diode bloquée

anode

cathode

u

i

u

ii

u

i

u

MODÈLE SIMPLE

VF

VRMAX

IFMAX

bloquée passante

Si u > VF, diode passante

Si u < VF, diode bloquée

u

ii

u

i

u

MODÈLE COMPLET

VF

VRMAX

IFMAX

Si u > 0, diode passante

u

i

R

1/R VF

i = I0 [ exp(u / n.V

0) – 1 ]

loi exponentielle

V0

: tension thermique

V0

= k.T / eT : température (K)k : Constante de Boltzmanne : charge d’un électron

n : facteur de qualité

I0

: constante spécifique à un typek = 1,38064852 . 10- 23 J/K

e = −1,602 × 10−19 C

IF

i

CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES

VF

VRMAX

IFMAX

u

i

IF

u

LED : Light-Emitting DiodeDEL : Diode électroluminescente

cathode

anode

Si u > VF, diode passante

émission de photons

e = k . iΦ

eΦ

VF dépendant de la longueur d’onde

CARACTÉRISTIQUES OPTIQUES

PARAMÈTRES IMPORTANTS :- V

F ; I

FMAX ; V

RMAX

- PT : puissance totale dissipable

http://www.led-fr.net

- I0 : intensité lumineuse sur l’axe

- α : demi-angle (directivité)- η : rendement de conversion

source

axe

I0

I0 / 2

- λ : longueur d’onde d’émission

α

= ηNb photons émis

Nb électrons

EN PRATIQUE

- Bande-passante / temps de réponse- Capacité (souvent parasite)

R

V

R : résistance de protection en courant

RMIN

= V

MAX - V

F

IFMAX

i cathode

anode

e : flux lumineuxΦ

Φphoto

Iphoto

u

VP

VP

: tension de polarisation

IPhD

: courant proportionnel

au flux lumineux

CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES

u

i

EN PRATIQUE

Montage simple

Iphoto

VPΦ

photo = 0

Φphoto

= Φ1> 0

Φphoto

= Φ2> Φ

1

Iphoto1

Iphoto2

capteur

diode

cellulephotovoltaique

RPhD

VPOL

Iphoto

Montage transimpédance

VS

VS = R

PhD . I

photo

- Bande-passante limitée Capacité intrinsèque de la photodiode

- Sensible à l’impédance d’entrée du montage aval

VS = R

PhD . I

photo

RPhD

-+ V

S

Iphoto

- VPOL

+ Bande-passante améliorée + Moins sensible à la capacité

intrinsèque de la photodiode

- Apparition d’une résonanceGain-peaking / ALI


Amplificateur Linéaire Intégré / Principe et montages de base

MODE NON-LINÉAIRE MODE LINEAIRE

FONCTION DE TRANSFERT

CHECK-LIST PRATIQUE

COMPARATEUR SIMPLE

SUIVEUR-

+

VCC

+

VCC

-V

SV+

V-

CARACTERISTIQUES

VSV

E

V- = V+

CONTRE-REACTION NEGATIVE

OUINON

COMPOSANTS

INVERSEUR

VS = - R

2V

E

R

1

VS = V

E

R2

R1

TRANSIMPEDANCE

IE

VS = - R

T I

ER

TALIMENTATION

COMPOSANTS

COLLECTEUR OUVERT / ÉMETTEUR OUVERT

VS = A . (V+ - V-)avec 105 < A < 107

Saturation à Vs = VCC

+

● Slew Rate (SR) en V/µs● Produit Gain Bande Passante en MHz

● Puissance dissipable en W● Courant maximal en sortie en A

G . BP = constante

● Symétrique : VCC

+ = +U et VCC

- = -U

● Asymétrique : VCC

+ = +U et VCC

- = 0V

avec 3 V < U < 18 V

● Vérifier les alimentations● Vérifier le signal d’entrée V

CC- < V

E < V

CC+

● Vérifier que V+ = V- si mode linéaire● Vérifier la tension de sortie, si Vs = V

CC+ ou V

CC-

● modifier la tension d’entrée● modifier le gain du montage

● TL071 / TL081 : symétrique, GBP = 3 MHz ● TL082 / TL084 = 2 x TL081 / 4 x TL081● TLE2072 : symétrique, GBP = 9 MHz● LM358 : asymétrique, GBP = 1 MHz

● LM311 : asymétrique, CO, EO● LM339 : asymétrique, CO, 4 comparateurs

-

+V

SVE2

VS = V

CC+

Si VE2

> VE1V

E1

VS = V

CC-

Si VE1

> VE2

-+

VE

VS

-+

-+

VS

Adaptation d’impédance

Amplification

Conversioncourant/tension

Met2/3/4Sys2/3/4/5

-+

VE1

VE2

RP

CB

E

E : EmetteurC : CollecteurB : Base

E0

EM

VS

Si VE2

> VE1

→ IB > 0

VS = E

M

Comparateur associé à un transitor T :I

B: courant entrant dans la base

IC : courant entrant dans le collecteur

→ si IB > 0 alors I

C > 0, T = interrupteur fermé

→ sinon IC = 0, T = interrupteur ouvert

Si VE1

> VE2

→ IB = 0

VS = E

0

Souvent EM

= 0 V

VS

Caractéristique Vs = f (ε) avec ε = V+ - V-

ε

VCC

+

VCC

+

VCC

-

VCC

-

NIV 1


Quadripôles

MODÈLE* SIMPLIFICATION DE MILLMAN

NIV 2Met3/4

Sys3/4/5

CARACTÉRISTIQUES

GAIN EN TENSION

IMPÉDANCE D’ENTRÉE

IMPÉDANCE DE SORTIE

EN PRATIQUE

GAIN EN TENSION

Quadripôle

Z e

A.Ve

V e

Z S

V S

I S

I e

E g

Générateur

Z g

Z L

Charge

Composant électrique à deux bornes d’entrée et deux bornes de sortiepermettant le transfert d’énergie entre deux dipôles (ou quadripoles)

* Version simplifiée / Il existe une écriture matricielle plus complexe.

Ve I

e : tension / courant d’entrée

VS I

S : tension / courant de sortie

A : gain en tension

Ze : impédance d’entrée

ZS : impédance de sortie

Eg Z

g : générateur de tension

ZL : dipôle de charge

A = VS / V

E lorsque I

S = 0

c’est à dire, lorsque la charge n’estpas connectée au quadripole

Lorsque ce gain dépend de la fréquence* du signal d’entrée (ω = 2.π.f),

on parle alors de fonction de transfert : T(jω) = VS / V

e

Ze = V

e / I

e

CAS CONTINU : - on déconnecte la charge Z

L

- on applique une tension Ve continue

- on mesure la tension Vs

- A = VS / V

e

Impédance vue par le générateur (ou le quadripole placé en amont)

lorsque le quadripole à étudier est chargé (connecté à sa charge)

ZS = V

S / I

S

Impédance associée au générateur parfait (gain en tension) vue par la charge en sortie du quadripole lorsque V

e = 0 V

ANALYSE HARMONIQUE : - on applique une tension sinusoïdale V

e d’amplitude constante

- on mesure l’amplitude de la tension Vs

pour diverses fréquences de Ve

(en vérifiant qu’elle soit toujours sinusoïdale)- A(ω) = V

S(ω) / V

e(ω)

- On peut ensuite tracer l’évolution de A en fonction de ω (Bode)*Voir également la fiche sur le régime harmonique

Les impédances d’entrée et de sortie peuvent également dépendrede la fréquence du signal d’entrée appliqué

IMPÉDANCE D’ENTRÉE

IMPÉDANCE DE SORTIE

CAS CONTINU : - on connecte la charge Z

L au quadripole

- on applique une tension Ve continue en entrée

- on mesure le courant Ie entrant dans le quadripole

- Ze = V

e / I

e

CAS CONTINU : - on court-circuite l’entrée : V

e = 0 V

- on applique une tension VS continue sur la sortie

- on mesure le courant IS entrant dans le quadripole, côté sortie

- ZS = VS / IS

ASTUCE / VALEUR MOYENNE

R1

R2 V

S

VE = 0 V

CC = 0

C

VE

Vcc

VE : composante fréquentielle

VCC

: composante continue

R1

R2

Vcc

VS1

POLARISATION PETITS SIGNAUX

Par superposition

R1

R2

C

VE

VS2

VS2

= VE . j R

eC ω

1 + j ReC ω

VS1

= VCC

. R2

R1 + R

2

1

2π(R1//R

2).C

fc =

Passe-haut de fréquence

Ce circuit permet de modifier la valeur moyenne d’un signal comportant des composantesfréquentielles supérieures à lafréquence de coupure donnéepar la relation suivante

Z1

Z3

V1

V3

Zi

Vi

Z2

V2A

En un nœud A d’un réseaude branches en parallèle degénérateurs de tension réels(source de tension et impédance)

la tension au point A vaut :

VA =

Y1.V

1 + Y

2.V

2 + Y

3.V

3 + Y

i.V

i

Y1 + Y

2 + Y

3 + Y

i

avec Y = 1/Z

VA =

VA =

Yk.V

k

Yk

k = 1

k = N

k = 1

k = N

Généralisation à N branches en parallèle


Capteurs

NIV 1

Sys4

GRANDEURS PHYSIQUES GRANDEURS ELECTRIQUES

PERFORMANCES

PRÉCISION


m(t) CAPTEUR s(t)

Transforme une grandeur physique observée (mesurande) vers une autre grandeur physique

utilisable (électrique)

MESURANDE

Grandeurs analoguesà la grandeur physiqueà observer

● Température● Force● Position● Luminosité● Pression● Débit● ...

SORTIE

Grandeurs mesurablesanalogiques ou numériques(souvent électriques)

● Courant● Tension● Fréquence● ...

TYPES DE CAPTEURS

PASSIF ACTIF

ANALOGIQUE NUMERIQUE

SENSIBILITÉ

ÉTENDUE DE MESURE

DOMAINE D’UTILISATION

RÉSOLUTION

RC s(t)

RC

s(t)

Nécessite une alimentation externeTransforme directement en

grandeur électrique

m(t) k.m(t)

Impédance variable

Infinité de valeurs continuesTension, courant…Ex : Thermocouple

Tout Ou Rien (TOR)‘0’ ou ‘1’ Ex : Fin de course

Intelligent / SmartSPI/I2C Ex : Accéléro Num

Relation entre s(t) et m(t)

Cette relation peut être - non-linéaire- non continu- par morceaux

Plage dans laquelle le capteur répond aux spécifications

E.M. = mmax

- mmin

Domaine nominal équivaut à l’étendue de mesure

Domaine de non détérioration le capteur retrouve ses paramètres nominaux dans le domaine nominal

Domaine de non destruction le capteur ne retrouve pas ses paramètres nominaux dans le domaine nominal mais il n’est pas détruit

En dehors de ces domaines spécifiés par le constructeur, il peut y avoir destruction du capteur

Ex : Capteur de force à jauges piézorésistives N556-1Domaine Mesurande TempératureNominal 0-10 N 0°C à 60°CNon-Détérioration 150 % -20°C à 100°CNon-Destruction 300 % -50°C à 120°C

En dehors de cette plage de mesure, le constructeur ne garantit pas les performances de son système

Pente de la tangente à la caractéristique entrée/sortie

en un point donné

S(P) = ΔS / Δm P

Plus petite variation de grandeur mesurable

LINÉARITÉ

Écart de sensibilité sur l’étendue de mesure

TEMPS DE RÉPONSE

Temps de réaction du capteurSouvent lié à sa bande-passante

La sensibilité du capteur peut en effet dépendre de la fréquence à laquelle on souhaite l’utiliser*

* Voir aussi Régime Harmonique / Analyse Harmonique d’ordre 1 et 2

Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie

Etude statistique sur n mesures

Un capteur précis est un capteurfidèle et juste


Régime HarmoniqueMet4

Sys3/4

REPRÉSENTATION TEMPORELLE

REPRÉSENTATION DE FRESNEL

REPRÉSENTATION COMPLEXE


RÉPONSE IMPULSIONNELLE

DIAGRAMME DE BODE

PHASE

NIV 1

s(t) = S . cos (ω t + φ)

S : amplitude du signal

ω : pulsation du signal (rd/s)f : fréquence du signal (Hz)

T : période du signal (s)

φ : déphasage du signal (rd)

= 2.ω π.f f = 1/T

Représentation graphique des amplitudes et des phases

Vecteurs tournants à ω

En régime harmonique, linéaire, invariant, tous les signaux évoluent

à la même pulsation ω

Pour des signaux plus élaborés, on décompose en somme de signaux sinusoïdaux, par application du théorème de superposition

AMPLITUDE COMPLEXEne dépendant pas du temps

s1(t) = S . cos (ω t + φ)

Projection sur y : s2(t) = S . sin (ω t + φ)

On pose : s(t) = s1(t) + j . s

2(t) avec : j² = -1

s(t) = S . exp(j (ω t + φ))

s(t) = S . exp(j φ) . exp(j (ω t))

On a alors :

s(t) = S . exp(j (ω t))

Projection sur y :

En régime harmonique : v(t) et i(t) ont la même pulsationAinsi : v(t) V

i(t) I=

V

I

Résistance (Ω)

R C L

Condensateur (F) Inductance (H)

V

I

V

I

DIPÔLES LINÉAIRES

IMPÉDANCE COMPLEXE

= Z

Z = R

x

y

V

Ix

y

VI

x

y

V

I

Z = 1 / ( j C ω ) Z = j L ω

SYSTÈME

H ( j ω )V

E VS

Un système peut être caractérisé par sa réponse en fréquence, qu’on appelle aussi fonction de transfert H(j )ω

VS(jω) = H(jω) . V

E(jω)

vS(t) = h(t) * v

E(t)TF-1

Par application de la transformée de Fourier inverse, on obtientla réponse impulsionnelle du système notée h(t)

TF

convolution

Un diagramme de Bode est une représentation graphique de l’évolution en fonction de la fréquence :

- du gain de la fonction de transfert, noté GdB

(jω)

- de la phase de la fonction de transfert, notée arg(H(jω))

ANALYSE HARMONIQUE

COMPORTEMENTFRÉQUENTIEL=

Fréquence (Hz)Fréquence (Hz)

ÉCHELLE LOGARITHMIQUE ÉCHELLE LOGARITHMIQUE

GdB

(jω) = 20 . log( | H (jω) | )

GAIN EN DECIBEL


Filtrage / Analyse harmonique / Ordre 1Met4

Sys3/4

MISE EN SÉRIE / CASCADE

EXEMPLE

DIAGRAMME DE BODE

Diagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) =

fC

j ω

1

ωC

INTÉGRATEUR PARFAITDiagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) =

fC

j ωω

C

DÉRIVATEUR PARFAIT

EN PRATIQUE EN PRATIQUE

-+ V

s

VE

RC

-+ V

s

VE

RCω

C = 1 / R.C ω

C = 1 / R.C

Diagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) = f

C

1 + j ω

A

ωC

INTÉGRATEUR RÉELDiagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) =

fC

1 + j ωω

C

DÉRIVATEUR RÉEL

EN PRATIQUE

-+ V

s

VE

R1

C

ωC = 1 / R

2.C

R2

A = - R2 / R

1

T(jω) = K . 1 + j ω ω

C1

1 + j ω ωC2

PASSAGE EN DECIBEL

TdB

= 20 . log( |T(jω)| )

= 20 . log(| 1 + j / ω ωC1

|)

+ 20 . log(1 / | 1 + j / ω ωC2

|)

+ 20 . log(|K|)

Modèle Dérivateur réel

Modèle Intégrateur réel

Gain Constant

CHECK-LIST PRATIQUE● Vérifier les alimentations● Vérifier le signal d’entrée V

CC- < V

E < V

CC+

● Vérifier que V+ = V- (mode linéaire)● Vérifier la tension de sortie,

→ si Vs = VCC

+ ou VCC

- , modifier la tension d’entrée● Vérifier le comportement rapidement par un balayage

en fréquence du signal d’entrée (mode sweep)

NIV 1

Gain Constant

SYSTÈME COMPLET

Intégrateur réel

Dérivateur réel

Fréquence (Hz)

fC1

fC2

Gain Constant

SYSTÈME COMPLET

Intégrateur réel

Dérivateur réel

Fréquence (Hz)


Filtrage actif / Analyse harmonique / Ordre 2

NIV 2Met4

Sys3/4

STRUCTURE DE RAUCH

FILTRE ORDRE 2 / FORMES CANONIQUES

STRUCTURE DE SALLEN-KEY

PARAMÈTRES


TYPES / A = 1

Ve

-

+VCC

Z4 V

s

-VCC

+Z

3Z

1

Z2

-

+

+VCC

-VCC

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Vs

Ve

T(jω) = Z

3 . Z

4

Z1

. Z2 + Z

3 .(Z

1 + Z

2) + Z

3 . Z

4

Passe-bas : Z1

: R1 / Z

2 : C

2 / Z

3 : R

3 / Z

4 : C

4

ωC = 1 / R

1 R

3 C

2 C

4m =

C4 (R

1 + R

3)

2 R1 R

3 C

2 C

4

Passe-haut : Z1 : C

1 / Z

2 : R

2 / Z

3 : C

3 / Z

4 : R

4

ωC = 1 / R

2 R

4 C

1 C

3m =

R2 (C

1 + C

3)

2 R2 R

4 C

1 C

3


TYPES / A = -1

PASSE-BAS

TLP

(jω) = A

1 + 2.m.j + j ²ω ωω

C ωC

PASSE-HAUT

THP

(jω) = A

1 + 2.m.j + j ²ω ωω

C ωC

( )( )ω

C

j ²ω

( )A : gain dans la bande passantefC : fréquence caractéristique du filtre

m : facteur d’amortissementQ : facteur de qualité

T(jω) =Y

1 . Y

3

Y3

. Y4 + Y

5 .(Y

1 + Y

2 + Y

3 + Y

4) PASSE-BANDE

TBP

(jω) = A

1 + 2.m.j + j ²ω ωω

C ωC

( )ω

C

2.m.j ω

Passe-bas : Z1 : R / Z

2 : C

2 / Z

3 : R / Z

4 : R / Z

5 : C

5

Passe-haut : Z1

: C / Z2

: R2 / Z

3 : C / Z

4 : C / Z

5 : R

5

ωC = 1 / R C

2 C

5m =

3 C5

2 C2

ωC = 1 / C R

2 R

5m =

2 R5

3 R2

Diagramme de Bode / Passe-Bas

Fréquence (Hz)

Δω = 2 m ωC

Largeur de la bande-passante (3 dB)

Pulsation (rad/s)

ωC

fC

Δω

= 2.ω π.f

m = 1/Q


ARDUINO Uno / Mega

NIV 1

ENTREES NUMERIQUES

SORTIES NUMERIQUES

ALIMENTATION

COMMUNICATION SERIE MONITEUR SERIE

ENTREES ANALOGIQUES

SORTIES « ANALOGIQUES » / PWM

STRUCTURE D’UN PROGRAMME

Configurer la direction de la broche en entrée

pinMode(int [broche], INPUT);

[broche] = numéro de la broche à configurer

Lire la valeur sur l’entrée correspondante

int a;a = digitalRead(int [broche]);

Configurer la direction de la broche en sortie

pinMode(int [broche], OUTPUT);

[broche] = numéro de la broche à configurer

Mettre la sortie à ‘0’ (logique)

digitalWrite(int [broche], LOW);Mettre la sortie à ‘1’ (logique)

digitalWrite(int [broche], HIGH);

Les sorties numériques notées par le symbole ~ sur la carte, permettent de générer un signal rectangulaire de fréquenceenviron 1 kHz et dont le rapport cyclique est pilotable

analogWrite(int [broche], int [valeur]);

[broche] = numéro de la broche à modifier[valeur] = valeur comprise entre 0 et 255

0 : rapport cyclique de 0 %255 : rapport cyclique de 100 %

analogWrite(9, 100);Ex : applique un signal de rapport cyclique 100/255 sur la broche 9

pinMode(3, INPUT) ;int a = digitalRead(3);

Ex : récupère dans la variable a la valeur de la broche 3

L’alimentation se fait :- soit par le port USB (ainsi que le téléversement des programmes)

- soit par un bloc externe (5 V < Valim

< 12 V)

ATTENTION : les broches n’acceptent que des tensions comprisesentre 0 et 5V / Pas de tensions négatives

Les broches 0 et 1, notées RX et TX (ainsi que la liaison USB)permettent de transmettre des données selon la norme RS232

Configurer la communication

Serial.begin(int [baud]);[baud] = vitesse de transmission

Ex : démarre une communication à 9600 bauds, affiche : a = 3 (si a vaut 3) puis saute à la ligne suivante

Serial.begin(9600);Serial.print(‘’a = ‘’);Serial.println(a);

Serial.print([texte à écrire]);

Permet d’afficher les valeurs envoyées par la carte Arduinosur l’ordinateur

Envoyer un texte à afficher

Récupérer la valeur d’une entrée analogique

int a = analogRead(int [broche]);

La carte Arduino Uno possède 6 entrées analogiques reliées à unconvertisseur analogique-numérique de 10 bits

(valeur entre 0 et 1023)

int a = analogRead(A4);Serial.print(‘’a = ‘’);Serial.println(a);

Ex : récupère la valeur de l’entrée analogique A4 dans la variable a, puis l’envoie sur la liaison série pour l’afficher

ECRITURE

Un programme sous Arduino est composé de deux parties :- une fonction setup() comportant l’initialisation

de la carte (entrées/sorties…)exécutée qu’une seule fois

- une fonction loop() exécutée à l’infini

COMPILATION

TELEVERSEMENT

Le logiciel Arduino permet :

- d’éditer le programme - de compiler - de téléverser sur la carte

Ce bouton permet de compiler le code écrit en langage Arduino vers le langage compréhensible par la carte

Ce bouton permet alors de téléverser le programme vers la carte Arduino

La dernière étape est de téléverser le programme vers la cartepour qu’il soit exécuté. Avant cela, il faut avoir choisi le bon typede carte (Outils / Type de carte) et le port (Outils / Port Série)

A VOUS DE JOUER…


Liste des composants disponibles au LEnsE

RÉSISTANCES DIODES / LED

PROJETS 2A

● LM311 : asymétrique, CO, EO● LM339 : asymétrique, CO, 4 comparateurs

TRANSISTORS

● TL071 / TL081 : symétrique, GBP = 3 MHz ● TL082 / TL084 = 2 x TL081 / 4 x TL081● TLE2072 : symétrique, GBP = 9 MHz● LM358 : asymétrique, GBP = 1 MHz

CIRCUITS INTÉGRÉS ANALOGIQUES

ALI / MODE LINÉAIRE ALI / COMPARATEUR

CONDENSATEURS

FILTRES ACTIFS

AMPLI AUDIO

CIRCUITS INTÉGRÉS NUMERIQUES

● LM386 / LM380 : 1W / 2 .5 W● LM833 : Double / 500 mW (casque audio)AUTRES

PROJETS 1A

AUDIO● Haut-Parleurs : 8Ω, 1W● Prises jack 3.5 / 6.5 mm / Male/Femelle

● LED trichromes : Bivar R50RGB-F-0160● Photodiodes trichromes : KPS-5130PD7C● Montages :

● Point de rosée (x3)● LED de puissance (x2)● Commande de Peltier (x8)

● Plateforme robotique / Foll’iogs the line

● 10 Ω, 47 Ω, de 100 Ω à 1 MΩ (Série E12 – 1/4 W)

● De 1 nF à 1 µF (non polarisé – Série E6)● 4,7 µF, 10 µF, 47 µF, 100 µF, 220 µF,

1000 µF, 2200 µF (polarisé – filtrage alimentation)

● DG200/ 202 : interrupteur analogique commandable● AD620 : amplificateur d’instrumentation● AD633 : multiplieur analogique● MCP1702 : Régulateur 3.3V – 100 mA● L7805 : Régulateur 5V - 1A

MICROCONTRÔLEURS

CONV. ANALOG. / NUM.

CONV. NUM. / ANALOG.

LOGIQUE

AUTRES

● TLC549 : SPI / 8 bits● MCP3001 : SPI / 10 bits

● AD7524 : Parallèle / 12 bits● AD7303 : SPI / 8 bits● MCP4921 : SPI / 12 bits

● UAF42 : Filtre universel, 100 kHz● MF4 / MAX296 : Capacité commutée – Ordre 4 / 8

MATÉRIEL COMMUN

1A● ARDUINO UNO● ICD3 + RJ11● Connecteur ICSP● Carte PIC16F1503● Ecran LCD● Cable FTDI

● Alimentation variable 3-12 V● Fils conducteurs (boite jaune)● Pince / Sonde / Tournevis (boite verte)

2A● ICD3 + RJ11

PAILLASSE● Oscilloscope / GBF (x2) / PC / Alimentation / Multimètre

● 1N4148 : signal● Zener : 2,4V à 15V● LED : R,B,V… IR : TSAL6100, Fibre : SFH756● PhD : SFH206, Fibre : SFH250, IR : SFH205

● 1N4001/2 : redressement ● NPN : 2N3904, 2N2222● PNP : 2N3906● MOS N : BS170, BS107● MOS N Power : IRF540

● 74LS00 : 4 x NAND – 2 entrées● 74LS74 : 2 x Bascule D● 74LS90 : Compteur décimal● 74LS93 : Compteur 4 bits● 74LS191 : Compteur binaire / BCD 4 bits● 74LS624 : Oscillateur controlé en tension (VCO)

● 4011 : 4 x NAND – 2 entrées● 4013 : 2 x Bascule D● 4018 : Compteur / Diviseur par 10● 4040 : Compteur 12 bits● 4046 : Boucle à verrouillage de phase (avec VCO)● 4051 / 4043 : Multiplexeur analogique (8V / 2x4V)● 4511 : Décodeur BCD / 7 segments

● PIC12F1572 : 8 bits / ADC/3xPWM/USART● PIC16F1503/1509 : 8 bits / ADC/4xPWM/SPI/I2C● PIC16F1455/1459 : 8 bits / ADC/DAC/SPI/I2C/USB● PIC18F26K22/46K22 : 8 bits / 64 MHz● DsPIC30F2011 : 16 bits / ADC/DSP

● LM555 : Temporisation● MCP6S92 : Ampli à Gain Programmable / SPI● RAM 23LCV1024 : StaticRAM – 1Mbits / SPI

Électronique et informatique pour le traitement de l...

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