Conception de circuits analogiques
Acquérez des bases pratiques de conception analogique à basse tension : résolvez des réseaux continus, prévoyez les réponses transitoire et fréquentielle, polarisez des transistors, concevez des amplificateurs à contre-réaction et des filtres, puis vérifiez une chaîne de signal de capteur avec des limites de modèle explicites.
Ce que vous apprendrez
- Calculer tension, courant, puissance, charge et limites des composants
- Résoudre des modèles continus par analyse nodale et équivalent de Thévenin, ainsi que les réponses temporelles RC/RL
- Lire l’amplitude et la phase des phaseurs et les diagrammes de Bode du premier ordre
- Estimer les points de fonctionnement des diodes, BJT et MOS avec des hypothèses explicites
- Concevoir la contre-réaction d’un amplificateur opérationnel et vérifier excursion, bande passante, vitesse de variation et bruit
- Préparer un tableau de connexions du schéma et vérifier un amplificateur de capteur basse tension et un filtre
Avant de commencer
Ces exercices dans le navigateur utilisent des modèles pédagogiques ; ils ne compilent ni n’exécutent de HDL. Pour exécuter le code séparément, suivez le guide Digital Design Studio de votre système et connectez-vous si l’opération le demande.
Installation et premier démarrage ↗ · Téléchargements ↗Programme
- Tension, courant, puissance et conservation
- Une tension est une différence, pas une étiquetteConcept
Choisissez un nœud de référence, convertissez les unités et calculez la tension d’une résistance.
- Courant, puissance et limites des composantsConcept
Distinguez le flux de charge du flux d’énergie et vérifiez la dissipation de la résistance.
- Les lois des nœuds et des mailles rendent un circuit résolubleConcept
Écrivez des équations cohérentes de courant et de tension pour un diviseur.
- Vérification : diviseur aux signes cohérentsVérification
Vérifiez le modèle, le calcul et l’interprétation avant de poursuivre.
- Analyse nodale, équivalents et effet de charge
- Résoudre un nœud connecté à plusieurs sourcesConcept
Transformez un dessin de circuit en une équation nodale et contrôlez les courants de branche.
- Les équivalents de Thévenin préservent le comportement de la chargeConcept
Remplacez un réseau de sources linéaire par une tension à vide et une résistance.
- L’effet de charge modifie la mesureConcept
Calculez l’effet de charge de l’appareil et de l’entrée d’amplificateur au lieu de supposer une impédance infinie.
- TP : prévoir et simuler un diviseur chargéTravaux pratiques
Exécutez un point de fonctionnement continu et distinguez le courant de source du courant de charge.
- Énergie stockée et réponse temporelle
- Les condensateurs relient variation de tension et courantConcept
Utilisez de manière cohérente capacité, charge, énergie et conditions initiales.
- Les inductances relient variation de courant et tensionConcept
Calculez une constante de temps RL et reconnaissez la continuité du courant.
- Échelons RC : valeur initiale, valeur finale, constante de tempsConcept
Prévoyez charge, décharge et établissement à partir de la résistance vue par un condensateur.
- Vérification : charge et établissement du condensateurVérification
Vérifiez le modèle, le calcul et l’interprétation avant de poursuivre.
- Phaseurs et réponse fréquentielle
- Les phaseurs décrivent un régime sinusoïdal permanentConcept
Utilisez les impédances complexes en distinguant valeur efficace, crête et phase.
- Lire le module et la phase sur un diagramme de BodeConcept
Calculez une coupure du premier ordre, les décibels et des fréquences de test pertinentes.
- TP : relier une constante de temps à une coupure ACTravaux pratiques
Utilisez le même circuit pour les analyses transitoire et AC en petit signal.
- Vérification : valeur efficace et coupure d’un passe-basVérification
Vérifiez le modèle, le calcul et l’interprétation avant de poursuivre.
- Diodes et points de fonctionnement des transistors
- Le modèle de diode doit correspondre à la questionConcept
Utilisez une approximation de chute constante tout en identifiant ses limites.
- La polarisation du BJT crée de la marge pour un petit signalConcept
Estimez un point de fonctionnement à dégénérescence d’émetteur et le gain en petit signal.
- Polarisation MOSFET et limites des modèles quadratiquesConcept
Distinguez seuil, surtension de grille, région de fonctionnement et gain incrémental.
- Vérification : polarisation incohérente d’un transistorVérification
Vérifiez le modèle, le calcul et l’interprétation avant de poursuivre.
- Amplificateurs opérationnels et contre-réaction
- Contre-réaction négative et condition de court-circuit virtuelConcept
Expliquez pourquoi des tensions d’entrée proches dépendent d’une boucle de contre-réaction fonctionnelle.
- Un amplificateur inverseur utilise un bilan de courantsConcept
Calculez gain, résistance d’entrée et sortie référencée au milieu de l’alimentation.
- Un étage non inverseur conserve la polarité d’entréeConcept
Concevez un gain autour d’une référence et distinguez un tampon d’une source de puissance.
- Plage de sortie, bande passante et vitesse de variation sont des limites distinctesConcept
Testez les marges continues et les exigences dynamiques avant de faire confiance à un gain idéal.
- Filtres et bruit
- Choisir passe-bas ou passe-haut selon le nœud de sortieConcept
Concevez un filtre du premier ordre en tenant compte des résistances de source et de charge.
- TP : séparer amplification et filtrageTravaux pratiques
Simulez un étage de gain pédagogique suivi d’un pôle RC et indiquez les omissions du modèle.
- Le bruit est un budget d’erreur dépendant de la bande passanteConcept
Estimez le bruit des résistances et combinez les contributions indépendantes par racine de la somme des carrés.
- Vérification : bande du signal et bande de bruitVérification
Vérifiez le modèle, le calcul et l’interprétation avant de poursuivre.
- Mesure, préparation du schéma et projet final de capteur
- Tolérance et incertitude de mesure méritent des budgets distinctsConcept
Calculez les extrêmes de coupure et de gain avant de choisir une plage d’acceptation.
- Du tableau de connexions à un schéma fiableConcept
Dessinez et contrôlez un circuit basse tension sans supposer un moteur d’éditeur particulier.
- TP final : amplificateur et filtre de capteur basse tensionTravaux pratiques
Concevez, simulez et expliquez une chaîne de capteur de gain 11 avec des limites physiques explicites.
- Vérification finale : preuves et limite du projetVérification
Vérifiez le modèle, le calcul et l’interprétation avant de poursuivre.