GLOSSAIRE ENCYCLOPEDIQUE
A L'USAGE DU NON ELECTRONICIEN
STUVWXYZ
S
schéma
équivalent: En électronique le schéma
représentatif d'un dispositif a toujours été essentiel
pour la compréhension de son fonctionnement. Et très vite est
apparue la notion de schéma équivalent, c'est à dire d'une
représentation du dispositif simulant ses propriétés mais
dans des conditions bien particulières, ce schéma "équivalent"
n'étant pas valable dans d'autres conditions. En particulier on représentera
souvent un transistor soumis à un régime périodique par
son équivalent en régime périodique, équivalent
qui permet de simplifier généralement le système et donc
d'en tirer des équations raisonnablement valables (et pas trop compliquées)
explicitant son fonctionnement avec une approximation satisfaisante.
Notons que les schémas équivalents sont exploités pour
déterminer les régimes transitoires, en exploitant la transformation
de Laplace qui permet de remplacer des équations différentielles
linéaires à coefficients constants par des équations algébriques
aisément solubles (cf fonction de transfert).
Mais bien évidemment l'hypothèse d'équation différentielle
linéaire à coefficients constants n'est valide que sur un petit
intervalle de variation des grandeurs (hypothèse dite des petits signaux).
Précisons enfin que cette notion de schéma équivalent se
justifie en raison du théorème de superposition que l'on exploite
implicitement sans toujours s'en souvenir. Ce théorème précise
que lorsqu'il y a plusieurs sources d'énergie agissant sur un élément
d'un circuit on peut examiner séparément l'effet de chacune d'elles
en remplaçant temporairement les autres par leur seule résistance
interne, et que le résultat global est la somme algébrique des
résultats partiels pour l'élément considéré.
Ainsi dans le schéma équivalent utilisé pour un transistor
en régime périodique on remplace le générateur de
tension continue par un court-circuit. Mais le fonctionnement réel du
transistor est la somme du comportement périodique et du comportement
en régime continu identifié en l'absence de signal périodique.
spin : grandeur qui caractérise le fait que
dans un atome un électron ayant une énergie donnée tourne
sur une certaine orbite autour du noyau de l'atome, mais en
tournant sur lui-même et il est clair qu'il peut tourner dans un
sens (comme la terre par ex) ou dans le sens opposé (celui qui dans le
cas de la terre ferait que le soleil se lève à l'ouest) et il
résulte des travaux de Pauli et d'autres que dans un
atome on ne peut avoir plus de deux électrons ayant la même énergie
à un instant donné, l'un ayant un spin positif et l'autre évidemment
négatif. Pour l'électronicien ces deux électrons sont parfaitement
équivalents, ce qui explique souvent la présence d'un coefficient
2 dans les équations concernant quantitativement les électrons,
ce qui n'est pas le cas pour le physicien s'intéressant à la structure
fondamentale de l'atome (et travaillant sur un accélérateur de
particules par ex).
stabilité des systèmes : On s'intéresse
à la stabilité, c'est à dire au fait qu'un système
ne dérive pas, que la sortie reste stable si l'entrée ne change
pas. Mais il existe de nombreuses causes d'instabilité:
perturbations extérieures (température par ex) qui entraine une
dérive des caractéristiques de certains composants, vieillissement...c'est
pourquoi la fonction de transfert d'un système en boucle ouverte est
susceptible d'évoluer dans le temps avec en corollaire des dérives.
Et c'est aussi pourquoi très souvent lorsqu'on veut commander une grandeur
on va mettre en oeuvre un système asservi.
Il est nécessaire que la réponse transitoire, d'un tel système
asservi, à une perturbation temporaire quelconque, volontaire telle un
changement de consigne ou non souhaitée, soit amortie et disparaisse
au bout d'un temps raisonnable après que la perturbation, cause de cette
action transitoire, ait disparu. Les systèmes dans lesquels le mouvement
de la variable commandée est aléatoire, désordonné
ou soumis à des oscillations auto-entretenues non recherchées
sont dits instables.
Condition de stabilité: Divers critères
mathématiques permettent d'identifier la stabilité d'un système,
nous leur préférons les critères graphiques tel celui du
revers qui exploite le diagramme de Nyquist, c'est à dire la représentation
graphique dans le plan complexe de la fonction de transfert en boucle ouverte
du système T(p) pour toutes les valeurs de p = j.
On montre qu'un système linéaire est stable si, en décrivant
le lieu de transfert en boucle ouverte dans le sens des fréquences croissantes,
on laisse le point critique -1+ j0 à sa gauche. Il est instable dans
le cas contraire.
diagramme de Nyquist d'un système linéaire stable
Sur le graphique représentatif, tel celui de l'exemple ci-dessus, on
peut exprimer la marge de gain Gm qui
caractérise au point de fréquence 1
de combien on pourrait augmenter le gain à cette fréquence sans
passer à gauche du point A de coordonnées (-1+ j0). De même
on peut quantifier la marge de phase fm.
On admet généralement qu'une marge de gain de 15dB et une marge
de phase de 45° constituent des valeurs susceptibles d'assurer un bon amortissement
des oscillations éventuelles consécutives à une perturbation.
suiveur : Il est fréquent d'intégrer
dans un système un étage dit "suiveur", c'est à
dire qui va, comme son nom l'indique, suivre les variations du signal à
son entrée et les répercuter avec la même
amplitudeà sa sortie. A première vue ça ne sert
à rien, en fait le suiveur a un rôle fondamental d'adaptation
d'impédance. Il est très fréquent qu'un capteur
(ou son générateur de Thévenin équivalent) possède
une impédance assez faible mais non nulle (R) et que l'élément
de la chaîne d'amplification que l'on va normalement placer derrière
possède lui aussi une impédance d'entrée équivalente
(Re) relativement faible (c'est à dire trop faible) et dans ce cas le
signal issu du capteur va être sensiblement réduit du fait de la
chute de tension dans son impédance équivalente. La loi d'ohm
montre à l'évidence sur la figure que Ve < E.
justification de l'intérêt d'un montage suiveur
Si par contre l'entrée de l'étage qu'alimente ce capteur possède
une impédance infinie ou du moins supérieure de plusieurs ordres
de grandeur par rapport à celle du capteur, la loi d'ohm nous montre
alors que le courant I débité par le générateur
de Thévenin équivalent au capteur sera très faible et qu'en
conséquence le signal ne sera pas diminué (Ve1 = E). On va donc
placer entre le capteur et la suite de la chaîne un étage qui aura
comme propriété essentielle d'avoir une très grande impédance
d'entrée et au contraire une très faible impédance de sortie,
c'est le dispositif qu'on appelle suiveur parce qu'il ne possède pas
de pouvoir amplificateur (il est examiné au chapitre ampli_op).
Ttemps réel: la notion de temps réel,
appellation maladroite s'il en est, recouvre l'idée que le dispositif
considéré fournit une information (et en général
l'exploite) en un temps extrêmement bref, par opposition à la notion
de temps différé qui s'applique à
des systèmes pour lesquels on dispose de tout son temps pour examiner
les résultats. Ainsi par exemple le dispositif de freinage de votre voiture
fonctionne en temps réel, par contre l'établissement de votre
imposition par votre contrôleur des impôts est typiquement du temps
différé. Les systèmes temps réels posent évidemment
beaucoup plus de problèmes aux concepteurs parce qu'il faut que l'ensemble
de la chaîne effectue ce qu'elle a à faire en un temps court et
parfaitement défini par l'application. Plutôt que de parler de
temps réel on préfère d'ailleurs de plus en plus utiliser
le vocable temps contraint ce qui est plus explicite.
timer : un timer est un dispositif électronique
basé sur l'emploi de multivibrateur et destiné à générer
de manière reproductible un signal de durée prédéfinie
qui sera utilisé pour synchroniser le fonctionnement d'un ou plusieurs
autres dispositifs (on parle alors de signal d'horloge), ou dans un processus
de comptage. Dans la quasi totalité des systèmes logiques on va
rencontrer des timers.
topologie : la topologie c'est la notion qui
caractérise le positionnement des éléments d'un ensemble
les uns par rapport aux autres. On parlera donc fréquemment de la topologie
d'un circuit imprimé ou d'un circuit intégré (dans ce cas
ce sont les positions respectives des microcomposants élémentaires
qui sont en jeu).
illustration d'un choix de topologie d'une bascule RS
En électronique la topologie est effectivement une notion importante
car en raison des phénomènes de rayonnement électromagnétique
aussi bien que thermique le positionnement des éléments ne peut
être indifférent et ce qui différencie actuellement les
constructeurs de composants évolués c'est justement leur maîtrise
du positionnement adéquat des composants élémentaires dans
une puce en vue d'obtenir le résultat souhaité. Et plus les dimensions
diminuent, plus ce problème devient critique.
transconductance: C'est une mesure de la capacité
de gain d'un transistor. On la définit comme la variation du courant
de sortie en fonction de la variation de la tension d'entrée. On définit
les courbes de transconductance.
transducteur :
En toute rigueur un capteur est constitué de deux éléments,
un corps d'épreuve destiné à "capter" la grandeur
physique ou chimique à mesurer par le biais d'un phénomène
physique connu et un transducteur qui traduira la modification du corps d'épreuve
en une grandeur électrique, plus facile à gérer, selon
une loi généralement simple et de préférence la
plus linéaire possible. Ainsi dans un capteur de pression type le corps
d'épreuve comporte la membrane sensible qui va se déformer sous
l'effet de la pression, tandis que le transducteur est constitué par
un pont de jauges de contraintes solidaires de ladite membrane et dont la variation
de résistance va permettre de traduire la déformation de la membrane
en un signal électrique.
transimpédance : c'est le rapport de la
variation de la tension de sortie en fonction de la variation du courant d'entrée.
VCE = f(IB)
transitoire (régime ou signal) : il
s'agit d'une notion essentielle en électronique. On oppose le régime
transitoire au régime stationnaire. Le régime stationnaire est
obtenu en général un certain temps après une perturbation
dans un système, et tant que le régime (ou les signaux considérés)
n'est pas stationnaire, c'est à dire invariant, on dit qu'on se trouve
en régime transitoire.
Il est clair que le régime transitoire risque d'occuper
la majorité du temps dans bien des dispositifs : on prendra un
exemple dans l'automobile, vous serez en régime stationnaire lorsque
sur l'autoroute vous roulez depuis plusieurs minutes à vitesse constante
et en régime transitoire dès lors que vous accélérez
ou ralentissez, c'est à dire dès lors qu'une cause extérieure
vient perturber votre conduite à régime constant.
De même que la plupart des accidents de voiture se produisent dans des
conditions transitoires, les incidents dans des systèmes électroniques
se produisent généralement en situation transitoire. C'est pourquoi
de nombreuses méthodes ont été imaginées pour étudier
et surtout prévoir théoriquement ce qui se passe lors d'un régime
transitoire. Nous citerons tout particulièrement la méthode de
Laplace qui grâce à une habile transformation
mathématique remplaçant les équations temporelles des régimes
transitoires, généralement insolubles classiquement, par des équations
algébriques aisément résolvables, permet de prédire
effectivement le comportement d'un système soumis à une perturbation
connue.
travail de sortie : en physique du solide on appelle
travail de sortie (work function en anglais) l'énergie qu'il faut fournir
à un électron généralement situé au voisinage
immédiat du niveau de Fermi, pour l'arracher effectivement de l'atome
auquel il appartient. Cette énergie étant typique
du matériau considéré, l'analyse de cette quantité
d'énergie a donné lieu à de nombreux développements
en vue de l'analyse physico-chimique d'un matériau, en particulier pour
le contrôle de la qualité (c'est à dire in fine
du dopage et donc du procédé de dopage) ou la caractérisation
d'un matériau semi conducteur (voir technologie des couches minces ).
trou : hole en anglais, il s'agit d'un abus de langage
pour caractériser le fait que dans un atome de semiconducteur un électron
a été libéré (c'est à dire a reçu
un surplus d'énergie lui permettant de s'éloigner de l'atome dont
il faisait initialement partie) laissant une place vacante (donc un "trou")
dans la structure de cet atome. En examinant cet atome on va constater qu'il
y a une forte probabilité pour qu'au bout d'un temps, très court
à notre échelle, il ait récupéré un électron
appartenant à l'un de ses voisins pour combler son déficit, et
consécutivement le trou semble s'être
déplacé et de proche en proche il va effectivement se déplacer
dans une direction globale opposée à celle de déplacement
des électrons libérés. On parle donc souvent, mais c'est
un abus de langage, de la conduction des trous ce qui sémantiquement
n'a aucun sens, mais pratiquement est bien utile pour comprendre le fonctionnement
des semi-conducteurs.
UVWXYZzéro absolu : En thermodynamique on a défini
la température dite zéro absolu comme celle correspondant à
l'état énergétiquement le plus faible de la matière.
La température absolue se mesure en Kelvin (abbréviation K) et
le zéro absolu correspond donc à 0 K ce qui exprimé en
degrés Celsius (°C) correspond à -273.15.
De nombreux chercheurs ont essayé d'atteindre le zéro absolu ce
qui est évidemment impossible, on peut s'en approcher mais non l'atteindre.
En liquéfiant de l'hélium, dans un cryostat fermé, et en
effectuant un pompage (réduction de pression) dans le volume gazeux au
dessus du liquide on diminue la température d'ébullition de ce
dernier et on peut espérer obtenir une fraction de Kelvin.
Cependant la principale difficulté est d'obtenir une information sur
la température obtenue puisque tout système de mesure est alors
susceptible d'apporter une perturbation énergétique
gigantesque faussant complètement le résultat. Précisons,
pour les non initiés, qu'à ces niveaux énergétiques
le moindre rayonnement électromagnétique est susceptible d'apporter
une quantité d'énergie propre à complètement perturber
la manipulation. Aussi, pour éviter la réception perturbatrice
des ondes émises par les stations de radio ou de télévision,
les laboratoires travaillant à ces très basses températures
(< 0.01K) doivent être profondément enterrés et totalement
blindés, et bien évidemment les téléphones portables
y sont totalement prohibés..