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Cours d’électroniquePHELMA – 1ère année – PMP
Laurent Montès
http://communication.minatec.inpg.fr/montes/
15/09/08
V CC
I
vc1 vb1 vb2 vc2
RC RC
VSS
T1 T2
2
2
2/1
22
−−
−−=
TGS
iDiD
TGSD VV
vv
VV
IIi
-VCC
+
-
VS
+VCC
R3
R4
R
R
R1
R2
P
Ve
Figure 6
VDS
ID
E
DR
E
E
2
1
DR
E
E
E2
Dynamique 1
Dynamique 2
Vgs = Vgs0 ID0
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Revue des Techniques de l’ingénieurPrincipes d’électronique, P. Malvino, Dunod, 2002Électronique 1. Composants discrets et méthodes de calcul, J.M. Poitevin, Dunod, 1995Électronique, Théorie du signal et composants, F. Manneville et J. Esquieu, Dunod, 1997Électronique, J. Pérez, C. Lagoute, J. Y. Fourniolset S. Bouhours, Dunod, 2006Électronique analogique des circuits intégrés, TranTien Lang, Elsevier-Masson, 1996
PA. Sedra, K. Smith, Microelectronic circuits, Oxford University Press, 2004
Bibliographie
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Objectifs du cours- En savoir un minimum sur l’utilisation des composants électroniques de baseet sur leur mise en œuvre.- Analyser et comprendre un schéma analogique ou numérique basique.(aspect fonctionnel)- Faire le lien matériel entre un capteur et un ordinateur.(les grandes fonctions de l’électronique)- Etre capable de spécifier ou comprendre un cahier des charges électronique
PREREQUIS : Notions d’électronique de classe préparatoire : calcul de circuit, diagrammes de Bodes, fonctionnement des amplificateurs opérationnels parfaits.
CONTENU : - Outils pour la mise en équation et l’étude de circuits - Méthodologie de Mesure - Composants et leur modélisation (Diodes, un seul transistor TMOS )- Montages de base à transistor - Amplificateur à 1 transistor, Structure et performance des portes logiques CMOS- Structure simplifiée d’un amplificateur opérationnel- Outils mathématiques (Numération, Binaire, Boole…)- Logique combinatoire et séquentielle- Méthodes de Synthèse et Machines à états
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Plan du cours
I. Introduction à l’électronique moderne
II. Rappel de calcul des circuits
III. Les composants semiconducteurs discrets
IV. Applications linéaires – Information continue, analogique
V. Applications commutation.
VI. Applications numériques - information quantifiée
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Exemple de schéma application : dictaphone
Source: National Semi-conductor (www.national.com)
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Simulation / Logiciels
Orcadhttp://www.cadence.com/orcad/
Altiumhttp://www.altium.com/
Quartushttp://www.quartus.fr
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L’évolution de l’électroniqueces 50 dernières années
Puissance : x 1 000 000 000 (x109)
Taille : ⌯ 1 000 000 (x10-6 )
1990 2006 2010 ?1947 1980
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Electronique
Microsystèmes
Microélectronique
NanoElectronique
100µm ou 0.000 1 mètre
1µm ou 0.000 001 mètre
100nm ou 0.000 000 1 mètre
1A ou 0.000 000 01 mètreso
1mm ou 0.001 mètre
Ce pixel est 4 millions de fois plus grand qu’un atome !!!!!
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Le TransistorLa brique de base de l’électronique
C’est l’objet artificiel le plus abondant sur Terre !
C’est aussi le moins cher !
Silicium P
N+ N+
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Le TransistorToujours plus petit (‘loi de Moore’)
J. Bardeen, W. Brattain,W. SchockleyN+
50 atomes
2-30 atomes
150 atomes
1990 2006 2010 ?1947 1980
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La puce ou circuit intégréToujours plus dense
Silicium P
N+ N+Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
Silicium P
N+ N+
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Avant 1968 2007
La puce ou circuit intégréToujours plus dense
20061961 1971
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50 puces10 000 000 T
10 puces200 000 T
Voiture
Radio
50 puces100 000 000 T
Feu rouge
10 puces10 000 000 T
Téléphone
1 puce2 000 000 T
Carte de crédit
5 puces5 000 000 T
Ascenseur
50 puces300 000 000 T
Ordinateur
20 puces20 000 000 T
Télévision
1 puce
10 000 TSalle de bain
1 puce10 000 TCuisine
4 puces300 000 T
Réveil
L’électroniquedans notre vie quotidienne
GPS
1 puce2 000 000 T
Baladeur MP3
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Microsystèmes
Numérique
Analogique
Test
AntenneMémoires
IntégrationSystème sur puce
Batterie
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130 nm
90 nm
65 nm
45 nm
32 nm
More Moore More than Moore
Top-down
Bottom-up
System on Chip (SoC)
System in Package (SiP)
MEMS
Beyond Moore
Micro/Nano TechnologiesConvergences
MINATEC Centre
DNA
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Balayagede la rangée de micro-poutres
Passage du doigt sur le capteur
capteur
Conversion du signal
CANAmpli
Amplification du signal analogique
Déterminationde la flexion dela micro-poutre
Exemple d’un capteur intégré(capteur d’empreintes)
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Exemple d’un capteur intégré(capteur d’empreintes)
F. Parrain, TIMA - 1999
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I.2. Modélisation et performancesd’un système électronique
Système
ZsZe
Av.VeVe Vs
Modèle dans un domaine devalidité donné
0=
=
SIE
SV V
VA
conditionE
SI I
IA
=
-Gain en tension à vide
-Gain en courant
-Fonction de transfert (dépendance des paramètres vis à vis de la fréquence)-Transimpédance-Conductance.
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I.3. Les composants passifs.
Un composant est dit passif lorsqu’il ne peut fournir aucune puissance au circuit dans lequel il est inséré.C’est le cas des résistances, condensateurs et inductances.
Résistance : R
Capacité : C
Inductance : L
U=R.I
ωjLUdt
dILU =≈=
ωjC
IU
dt
dUCI =≈=
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VsVe
R
C VsVe R
C
Vc
Filtre passe-bas Filtre passe-haut
I.3. Les composants passifs.
Ve
tVs Passe haut
Vs Passe bas
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I.3. Les dipôles non linéaires
ID
UD
D
R
UDE
R
D
ID
ID
UD
D
UD0
ID0
E
E/R
point de fonctionnement ou point de polarisation
droite de charge
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uD(t)e(t)
R
rD
iD(t)
UD(t)
E(t)
E
UD0
e(t)
uD(t)
Chronogramme du circuit R, D Schéma dynamique équivalent petits signaux
I.3. Les dipôles non linéairesSchéma petits signaux
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ID
VD
Modèle dynamique autour dupoint de polarisation ID0, VD0
VD0
ID0
Modèle statique simplifié
Modèle statique
Pente1/rD
Modèle statique simplifié
VD <0 VD>0
Modèle statiqueVD0
VD<VD0 VD>=VD0
Modèle dynamique petits signaux
rD
I.3. Les dipôles non linéairesModèle petits signaux
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...44
33
221 ++++= SSSSR ζζζζ
magnitude gdiminishin of tscoefficiennonlinear order -higher are etc , , and
ty,responsivinonlinear quadratic theis ty,responsivilinear theis where
43
21
ζζζζ
II.7 Non Linear Optics
Superlinear and sublinear response
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II.7 Non Linear Optics
Frequency conversion
sinusoidal input (single frequency)
non-sinusoidal output (mixed frequencies)