glossaire électronique partie 5

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 G_m 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 f_m. 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).

temps 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. V_CE = f(I_B)

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.

zéro 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..

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