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dernière mise à jour
18 mars 2013

GLOSSAIRE ENCYCLOPEDIQUE
A L'USAGE DU NON ELECTRONICIEN
MNOPQR

M

moteur pas à pas : Un moteur pas à pas est constitué de deux enroulements formant chacun un cylindre creux, et installés dans des " coquilles " métalliques; celles-ci renvoient les pôles magnétiques sur la face intérieure des cylindres. Ce renvoi est positionné en un certain nombre N de paires de pôles par la forme particulière de cette partie des coquilles.


Sur cette circonférence intérieure les pôles sont ainsi disposés alternativement et régulièrement selon les pôles présents aux extrémités du cylindre. Selon cette conception mécanique, les pôles identiques sont décalées l'un de l'autre d'un angle a, et deux pôles opposés d'un angle a/2, l'angle a vaut 2.p/N. Les deux enroulements qui constituent le stator, sont de plus mécaniquement décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle a/4. Le rotor est constitué d'un aimant permanent comportant autant de paires de pôles que les stators. L'angle a détermine le nombre de pas par rotation d'un tour complet. On trouve aisément et à un coût raisonnable des moteurs pas à pas de 48, 200 voire 400 pas par tour, ce qui correspond respectivement à des angles de rotation élémentaire de 7,5°, 1,8° et 0,9°.


diagramme montrant la position du stator en fonction de la polarité des courants de commande.

Deux types de moteurs pas à pas sont construits selon la structure des enroulements. Un enroulement simple crée la direction du champ magnétique, donc le positionnement des pôles par le sens du courant qui le parcours. Il faut inverser la tension pour renverser la polarité magnétique, ce type est dit bipolaire. Deux enroulements avec point milieu commun peuvent être commutés à l'exclusion l'un de l'autre et à la demande; correctement orientés ils positionnent les pôles magnétiques dans des sens opposés, c'est le type unipolaire. A dimensions égales, l'enroulement du type bipolaire est constitué de fil de plus gros diamètre et permet un couple plus important.

Commande par pas entiers: Un cycle complet de commande se compose de quatre étapes correspondant chacune à un pas effectuées dans l'ordre indiqué ci-dessous. En voici le principe avec moteur à quatre pas.


Commande par demi-pas. Il est également possible de commander le moteur par une séquence en huit étapes correspondant à huit demi-pas. Remarquons que ce mode de commande associe des pas " forts " et des pas " faibles " selon que la position est fixée par l'activation d'un ou des deux enroulements.


commande par demi-pas (4 premiers demi pas)

Commande en micro-pas. Etendons ce raisonnement à l'approche suivante : les enroulements sont commandés par des tensions fractions de la tension nominale. Les pôles du rotor vont prendre des positions intermédiaires sous l'action des forces magnétiques ainsi créées. Un des enroulements d'un moteur bipolaire est connecté à un alimentation fixe réglée à la tension nominale du moteur, l'autre enroulement est connecté à une alimentation variable dont nous faisons varier la tension entre la valeur nominale et zéro. Le rotor prend des positions intermédiaires fonctions de la tension variable. En fait on s'avise rapidement que le positionnement angulaire pour être précis nécessite une commande non linéaire des tensions appliquées

Commande sinus-cosinus, en PWM. Si on examine les chronogrammes de commande par pas entiers, demi-pas et l'approche en micro-pas, on constate que la meilleure caractérisation de la position angulaire correspondrait à une commande en sinus-cosinus.Un changement progressif de position s'étendant sur un pas est obtenu par une évolution angulaire de p/2 des commandes sinus-cosinus, quatre pas successifs sont ainsi parcourus avec une évolution de 2p. Il s'agit donc de créer deux tensions sinusoïdales décalées de p/2. La création de tension en synthèse numérique directe nous semble la solution la plus simple à mettre en oeuvre. Une Modulation en Largeur d'Impulsion, MLI ou Pulse With Modulation, permet quant à elle la création de tensions variables en polarité et tension en recourant uniquement à des techniques de commutations de semi-conducteurs et ce à partir d'une tension unique.


modulation PWM et signal sinusoïdal.
micron (ou micromètre) : unité dimensionnelle représentant un millième de millimètre très employée dans la technologie électronique moderne dont les composants élémentaires ont des dimensions évaluées en micron et même en fraction de micron.

microscope à balayage (MEB) : le microscope à balayage est un descendant du microscope électronique traditionnel ayant un pouvoir de résolution sensiblement différent. Son grossissement est généralement limité à quelques milliers, par contre il peut examiner des surfaces importantes car son faisceau électronique au lieu d'être figé peut être dévié tangentiellement à la surface à examiner en réalisant ainsi un "balayage" d'une superficie bien supérieure à la taille du faisceau d'électrons. En outre sa profondeur de champ est beaucoup plus importante que celle d'un microscope électronique traditionnel ce qui va permettre d'obtenir des images visualisant les reliefs d'une surface. Chacune des images élémentaires va être enregistrée dans un système informatique et la juxtaposition de celles-ci permettra la visualisation sur un écran de l'ensemble de la surface. Les traitements informatiques permettent évidemment des artifices tels des effets de zoom très spectaculaires. A titre d'illustration la figure ci-dessous est obtenue avec un tel microscope. L'échelle indiquée en rouge (500 µm) donne une idée de la qualité des images obtenues et accessoirement pour cet exemple du savoir faire des chercheurs allemands en microtechniques.


image MEB d'une microlentille cylindrique partie d'un microcapteur
(Forschungszentrum Karlsruhe)
micro-usinage : Les procédés de lithogravure propres à l'industrie des composants électroniques ont peu à peu été généralisés à la réalisation de composants mécaniques miniaturisés et l'on parle donc maintenant de micro-usinage du silicium ou de certains verres qui conduisent à des pièces mécaniques dont les dimensions s'expriment en microns. La possibilité de micro-usinage s'est en effet développée dès lors qu'on a su exploiter l'attaque chimique directionnelle de matériaux non isotropes tel le silicium bien sûr mais aussi de nouveaux verres développés en particulier par la compagnie Corning qui bien qu'amorphes possèdent cependant une structure chimique avec une certaine orientation qui va favoriser la procédure de gravure chimique dans cette direction.


fig. élément en verre photosensible micro-usiné destiné à un microcapteur de force
(document Technische Universität Ilmenau)
multivibrateurs : Les multivibrateurs sont à la base des montages à impulsion. On va rencontrer trois grandes familles de dispositifs.

Ainsi qu'on le voit sur la figure ci-dessus le principe basique du multivibrateur bistable est constitué de deux inverseurs montés tête bêche, ainsi l'état de l'un renforce l'état inverse de l'autre ce qui assure la stabilité de l'ensemble. Ainsi si en A on a un niveau 1 il est clair qu'en B on a un niveau 0 lequel renforce par le biais de l'inverseur 2 le niveau 1 de A. Par contre si l'on est capable de ramener par une action extérieure A au niveau 0, cela va entrainer le passage de B à 1 et dès que le niveau de B va croitre cela va faire basculer l'inverseur 2 et donc accélérer la mise à 0 de sa sortie ce qui produit cumulativement une accélération du passage à 1 de B. On obtient donc des fronts montant ou descendant très raides, même si l'impulsion de commande présente une pente un peu "molle".Un circuit bistable complet comportera quelques éléments résistifs et capacitifs pour rendre opérationnel pratiquement ce schéma de principe.
N
neurone artificiel : Il s'agit d'une structure électronique ou purement informatique destinée, tel un neurone humain, à être intégrée dans un réseau en vue de participer à l'identification d'une grandeur inaccessible directement. Le neurone artificiel comporte généralement plusieurs entrées recevant les grandeurs mesurées pondérées par des coefficients obtenus via un processus d'apprentissage. Ces entrées sont généralement sommées, le résultat combiné avec une fonction non linéaire (seuil, sigmoïde...) et le résultat final constitue la sortie du neurone. Cette sortie peut être à son tour une (ou plusieurs) entrée(s) d'un neurone appartenant à une couche suivante. De nombreux travaux ont visé à déterminer des architectures optimales de réseaux de neurones répondant au mieux à un problème donné d'identification.Voir chapitre traitement du signal.

nez électronique :

Par analogie avec le nez humain le nez électronique est un dispositif supposé identifier qualitativement et/ou quantitativement les odeurs et/ou les composés gazeux. Le concept repose sur un ensemble de microcapteurs chimiques intégrés sur un ou plusieurs substrats, microcapteurs qui voient une de leurs propriétés évoluer en fonction du mélange gazeux qui est présenté. Chaque capteur est non sélectif et ne peut seul identifier un composé ou un mélange, mais l'ensemble des capteurs ayant chacun une réponse différente il sera possible, après un apprentissage, à l'aide d'un système de traitement généralement basé sur les réseaux de neurones d'identifier les constituants du mélange gazeux. La fiabilité d'un tel dispositif repose d'une part, sur l'importance de la base d''apprentissage, et d'autre part, sur la multiplication du nombre de capteurs mis en jeu. Actuellement des travaux sont menés, en particulier en Corée du Sud, en vue d'intégrer 256 capteurs différents sur le même substrat d'un inch de côté.

O
offset: En électronique on emploie très fréquemment le mot offset pour désigner un décalage, généralement de tension, parfois de courant. Typiquement un amplificateur opérationnel réel n'est jamais idéal, c'est à dire qu'à la fabrication une légère dissymétrie s'introduit toujours dans les étages différentiels d'amplification, soit au niveau des résistances, soit au niveau des éléments actifs, c'est à dire des transistors. On peut parfois corriger après coup cette dissymétrie par ajustement au laser d'une ou plusieurs résistances sur la puce, mais ce n'est pas toujours possible. Il en résulte alors une dissymétrie des courants dans les étages théoriquement symétriques et par conséquent en l'absence de signal d'entrée on constatera un signal de sortie non nul. On appellera offset ou décalage d'entrée la tension qu'il faudra injecter à l'entrée de l'ampli_op pour obtenir zéro en sortie. Compte tenu du principe même de fabrication il est clair que cet offset va légèrement dériver en température et qu'il faudra doncen tenir compte dans les réalisations de qualité.

open drain output: Dans nombre de circuits logiques la sortie est réalisée selon ce principe. C'est à dire que le composant de sortie, transistor MOS, possède l'une de ses électrodes (le drain) non relié à l'intérieur du pavé de silicium dont il fait partie ce qui laisse une plus grande initiative à l'utilisateur puisque celui-ci pourra le connecter à son choix. Il convient de noter que sur un microcircuit à nombreuses sorties et dont toutes ne sont pas exploitées par l'utilisateur il conviendra cependant de relier ces sorties en l'air à des niveaux de tension définis (la masse le plus souvent) afin d'éviter des effets électrostatiques conduisant à des aléas de fonctionnement des autres éléments de la même puce.

P
permittivité: C'est une grandeur, encore appelée constante diélectrique caractérisant la médiocre conductivité d'un matériau peu conducteur, c'est à dire typiquement diélectrique. La permittivité exprime dans l'équation de maxwell la relation entre le déplacement du champ électrique et l'intensité de celui-ci = . Elle s'exprime en farads/mètre

point de fonctionnement: Le point de fonctionnement, souvent aussi confondu avec le point de repos, est une notion essentielle en électronique. Le point de fonctionnement à un instant donné désigne sur les courbes caractéristiques courant/tension d'un composant le point représentatif de l'état de ce composant. L'état d'un composant étant généralement variable au cours du temps il est clair que le point de fonctionnement va se déplacer sur le graphique représentatif de ce composant. A l'inverse le point de repos désigne un point de fonctionnement particulier caractérisant la situation dite "au repos", c'est à dire en l'absence de signal d'entrée variable. Cet état statique est défini avec soin car le point de fonctionnement va toujours évoluer de part et d'autre du point de repos, c'est pouquoi très souvent on va choisir les caractéristiques des éléments définissant ce point de repos de telle sorte qu'il se trouve plus ou moins au milieu de la plage utile des caractéristiques du composant considéré.

polarisation: La polarisation d'un composant électronique, tel un transistor, est le résultat du choix des éléments l'entourant qui vont donc imposer les valeurs de tensions et courants le concernant dans la situation dite de repos. C'est à dire le plus souvent en régime statique et en l'absence de grandeur d'entrée. Lorsqu'un signal d'entrée sera appliqué son effet viendra s'ajouter (algébriquement) à la polarisation en conduisant le plus souvent à un déplacement du point de fonctionnement.

port : En électronique, à l'image du milieu maritime, un port est un point d'entrée/sortie vers un autre dispositif. Ce mot a été mis en vedette par l'informatique qui implique la connexion de nombreux dispositifs périphériques à l'unité centrale par le biais de ports plus ou moins complexes.

porte: en électronique une porte caractériste un point d'entrée dans un composant logique, base d'un transistor bipolaire ou grille d'un MOS. En extrapolant ce concept on comptabilise souvent les divers constituants d'un circuit intégré en parlant du nombre de portes que comporte cette puce, portes qui seront très souvent en cascade dans le dispositif.

position de substitution (pour mémoire structure cristalline): Dans un cristal homogène monométallique, par hypothèse tous les atomes sont identiques, mais dans un semiconducteur dopé le dopage consiste à introduire dans le matériau des atomes étrangers (bien choisis) et qui vont venir se substituer dans le réseau cristallin à certains atomes de silicium. Les emplacements qu'ils vont occuper seront donc des positions de substitution.

pull up : ou tirage en français.On parle généralement de résistances de pull up pour désigner les résistances qu'il faudra placer entre la sortie collecteur "en l'air" d'un composant et la source d'alimentation pour assurer une polarisation convenable dudit composant en fonction du courant qu'il devra fournir au pavé suivant (lequel n'étant pas a priori connu du fabricant du composant dont il a justement laissé le collecteur en l'air pour faciliter l'adaptation par l'utilisateur).

Q
R
rampe de tension : On parle de rampe de tension pour désigner une variation linéairement croissante d'une source de tension en fonction du temps. On a besoin de rampes de tension dans de nombreuses applications, en particulier pour provoquer un balayage horizontal à vitesse constante de votre écran. Les rampes de tension sont obtenues à l'aide d'une source fixe et d'un intégrateur.

recombinaison : Le recombinaison des paires électron-trou est l'un des processus essentiels du fonctionnement des semiconducteurs. A chaque instant des électrons soumis à une perturbation énergétique s'échappent de l'atome autour duquel ils gravitaient en générant ce qu'on appelle abusivement une paire électron- trou, c'est à dire statistiquement un électron quasi libre et sur l'atome d'où il est parti un manque d'électron qu'on assimile à un trou. Ce trou étant par hypothèse anormal et caractérisant un déséquilibre électrostatique (puisqu'il y a maintenant un proton de plus que d'électrons l'atome est donc globalement positif) il va en résulter une "attirance" pour les électrons des atomes les plus proches et naturellement l'un d'entre eux va venir combler le trou. On parle alors de recombinaison, ce qui est ici encore un abus de langage.

régime statique : Par hypothèse le régime statique d'un dispositif quel qu'il soit caractérise un état d'équilibre imperturbé et théoriquement indéfini jusqu'à ce qu'une perturbation vienne déranger cet équilibre en créant un régime transitoire (ou dynamique) jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre soit rétabli. L'état d'équilibre étant rarement de longue durée car de très nombreuses causes de perturbation sont probables, il en résulte que l'état statique est plus une notion pratique (pour les calculs a priori) que véritablement notoire.

régime dynamique: voir ci-dessus régime statique

registre : Un registre est l'association d'un certain nombre de "points mémoire" typiquement de bascules D associées en cascade et destinées à la mise en mémoire d'une information numérique. Les microprocesseurs comportent un grand nombre de ces registres qui leur servent à conserver temporairement des données. Le plus fréquemment on va trouver des registres huit, seize ou trente-deux bits. Leur taille évolue avec la technologie et on commence à voir dans certains composants très récents des registres de 128 bits, c'est à dire constitués de 128 cellules permettant de mémoriser un mot de 128 bits.

régulateur PID : Le régulateur PID (proportionnel intégral dérivé) est l'élément de base d'un asservissement. Il peut être analogique et basé sur l'amplificateur opérationnel, mais de plus en plus souvent on rencontre des PID dits numériques basés sur l'exploitation d'une simple carte d'acquisition et d'un logiciel. Depuis une dizaine d'années on a aussi vu des PID basés sur la logique floue. Il ne faut pas se leurrer dans 95% des cas ces techniques n'apportent rien de plus sinon un effet de mode et la nécessité de PC puissants et rapides pour que les réactions puissent être proches du temps réel. Par contre dans le cas d'un système très complexe, dans lequel le nombre de types de perturbations, susceptibles de se produire plus ou moins simultanément, est relativement élevé, un PID à commande numérique peut se révéler intéressant, dans la mesure où le logiciel développé est capable en temps quasi réel d'identifier la perturbation en cours et donc la correction la mieux appropriée en changeant les coefficients de l'équation de correction, ce qui n'est pas possible avec un système totalement analogique et donc préréglé.

Pourquoi a-t-on besoin dans un asservissement d'une commande qui soit de type PID. La proportionnalité entre l'écart à corriger et la correction qu'on va apporter relève du simple bon sens. Les corrections intégrales et dérivées vont simplement apporter un plus soit en augmentant l'importance de la correction très sensiblement lorsque l'écart à la consigne a tendance à augmenter et qu'une simple correction proportionnelle ne semble pas en mesure de permettre un retour rapide à l'équilibre. Mais dès lors qu'on additionne une correction intégrale à une correction proportionnelle ce qui augmente sensiblement la précision, on a le risque de voir cette correction ramener très vite l'écart vers zéro mais aussi de provoquer un dépassement de l'état d'équilibre et un écart dans l'autre sens, c'est à dire une oscillation autour de l'équilibre longue à réduire. C'est pourquoi on rajoute un terme dérivé qui va provoquer une avance de phase variable au voisinage de l'équilibre ralentissant "l'excès" de correction quand on approche du zéro et donc favoriser le rapide amortissement de l'oscillation. voir chap_aop11.htm

réponse impulsionnelle : Dans l'étude d'un système, et tout particulièrement d'un système asservi, on doit se préoccuper de sa stabilité et de la qualité de son comportement vis à vis d'une sollicitation, qu'elle soit voulue ou accidentelle. Une méthode très prisée et relativement aisée à mettre en oeuvre ou à simuler consiste à étudier la réponse impulsionnelle c'est à dire l'effet sur la sortie (ou sur le paramètre que l'on peut atteindre par la mesure) d'une impulsion calibrée appliquée à l'entrée.

RRMC rapport de réjection de mode commun: Dans un ampli_op réel, c'est à dire possédant un certain offset et n'ayant pas une impédance d'entrée infinie, la tension de sortie dépend effectivement de l'écart entre les tensions appliquées aux entrées, mais aussi dans une moindre mesure de la tension de mode commun, c'est à dire la demie somme de de ces tensions d'entrée. On caractérise alors l'erreur apportée par cette amplification de mode commun en exprimant le facteur (ou rapport) de réjection de mode commun RRMC.


On aura ainsi Vs = µ(V2-V1) + g(V1+V2)/2 et le RRMC = µ/g

Notons que ce rapport dépend bien évidemment de la tension de mode commun et de la température.

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