Cours génie électrique et informatique industrielle

Sommaire: Cours génie électrique et informatique industrielle

Introduction
1 Quelques mathématiques
1.1 Généralités sur les signaux
1.1.1 Introduction
1.1.2 Les classes de signaux
1.1.2.1 Temps continu et temps discret
1.1.2.2 Valeurs continues et valeurs discrètes
1.1.2.3 Période, fréquence
1.1.3 Energie, puissance
1.1.3.1 Définitions
1.1.3.2 Remarques
1.2 La Transformée de Fourier
1.2.1 Généralités
1.2.1.1 Introduction
1.2.1.2 Définitions
1.2.2 Propriétés
1.2.2.1 Linéarité
1.2.2.2 Décalage en temps/fréquence
1.2.2.3 Dérivation
1.2.2.4 Dilatation en temps/fréquence
1.2.2.5 Conjugaison complexe
1.2.2.6 Convolution
1.2.3 Représentation de Fourier des signaux d’énergie infinie
1.2.3.1 Impulsion de Dirac
1.2.3.2 Spectre des signaux périodiques
1.2.3.3 Cas particulier : peigne de Dirac
1.3 Notion de filtre linéaire
1.3.1 Linéarité
1.3.2 Invariance
1.3.3 Fonction de transfert
2 Généralités
2.1 Le circuit électrique
2.1.1 Circuits électriques
2.1.2 Courant, tension, puissance
2.1.2.1 Courant électrique
2.1.2.2 Différence de potentiel
2.1.2.3 Energie, puissance
2.1.2.4 Conventions générateur/récepteur
2.1.3 Lois de Kirchhoff
2.1.3.1 Loi des nœuds
2.1.3.2 Loi des mailles
2.2 Dipôles électriques
2.2.1 Le résistor
2.2.1.1 L’effet résistif
2.2.1.2 Loi d’Ohm
2.2.1.3 Aspect énergétique
2.2.1.4 Associations de résistors
2.2.2 La bobine
2.2.2.1 Les effets inductif et auto-inductif
2.2.2.2 Caractéristique tension/courant d’une bobine
2.2.2.3 Aspect énergétique
2.2.3 Le condensateur
2.2.3.1 L’effet capacitif
2.2.3.2 Caractéristique tension/courant d’un condensateur
2.2.3.3 Aspect énergétique
2.3 Régime sinusoïdal, ou harmonique
2.3.1 Définitions
2.3.2 Puissance en régime sinusoïdal
2.3.2.1 Puissance en régime périodique
2.3.2.2 Puissance instantanée en régime sinusoïdal
2.3.2.3 Puissance moyenne en régime sinusoïdal
2.3.3 Représentation complexe d’un signal harmonique
2.3.4 Impédances
2.3.4.1 Rappel : caractéristiques tension/courant
2.3.4.2 Impédance complexe
2.3.4.3 Associations d’impédances
2.4 Spectre et fonction de transfert
2.4.1 Spectre d’un signal
2.4.1.1 Introduction
2.4.1.2 Signaux multipériodiques et apériodiques
2.4.2 Fonction de transfert
3 Du semi-conducteur aux transistors
3.1 Les semi-conducteurs
3.1.1 Semi-conducteurs intrinsèques
3.1.1.1 Réseau cristallin
3.1.1.2 Définitions
3.1.1.3 Exemples
3.1.2 Semi-conducteurs extrinsèques de type n
3.1.2.1 Réseau cristallin
3.1.2.2 Définitions
3.1.2.3 Modèle
3.1.3 Semi-conducteurs extrinsèques de type p
3.1.3.1 Réseau cristallin
3.1.3.2 Définition
3.1.3.3 Modèle
3.2 La jonction PN
3.2.1 Introduction
3.2.2 Description
3.2.3 Définitions
3.2.4 Barrière de potentiel
3.2.5 Caractéristique électrique
3.2.5.1 Description
3.2.5.2 Définitions
3.2.5.3 Caractéristique et définition
3.3 Le transistor bipolaire
3.3.1 Généralités
3.3.1.1 Introduction
3.3.1.2 Définitions
3.3.1.3 Hypothèse
3.3.1.4 Transistor au repos
3.3.2 Modes de fonctionnement du transistor
3.3.2.1 Définitions
3.3.2.2 Blocage
3.3.2.3 Fonctionnement normal inverse
3.3.2.4 Fonctionnement normal inverse
3.3.2.5 Saturation
3.4 Le transistor MOS
3.4.1 Introduction
3.4.2 Définitions et principe de fonctionnement
4 Systèmes analogiques
4.1 Représentation quadripolaire
4.1.1 Introduction
4.1.2 Matrice de transfert
4.1.3 Exemple
4.1.4 Impédances d’entrée/sortie
4.2 Contreréaction
4.2.1 Généralités
4.2.1.1 Introduction
4.2.1.2 Conventions
4.2.1.3 Un exemple d’intérêt du bouclage
4.2.2 Un peu de vocabulaire
4.2.2.1 Les signaux
4.2.2.2 Les (( branches )) de la boucle
4.2.2.3 Les gains
4.2.3 Influence d’une perturbation
4.2.4 Exemples de systèmes à contreréaction
4.2.4.1 Exemple détaillé : une file de voitures sur l’autoroute
4.2.4.2 Autres exemples
4.3 Diagramme de Bode ; Gabarit
4.3.1 Diagramme de Bode
4.3.1.1 Définition
4.3.1.2 Exemple
4.3.1.3 Les types de filtres
4.3.2 Gabarit
4.4 Bruit dans les composants
4.4.1 Densité spectrale de puissance
4.4.2 Les types de bruit
4.4.2.1 Bruit thermique
4.4.2.2 Bruit de grenaille
4.4.2.3 Bruit en 1=f
4.4.2.4 Bruit en créneaux
4.4.3 Bruit dans un dipôle
4.4.3.1 Température équivalente de bruit
4.4.3.2 Rapport de bruit
4.4.4 Facteur de bruit
4.4.4.1 Définition
4.4.4.2 Température de bruit
4.4.4.3 Facteur de bruit d’un quadripôle passif
4.4.4.4 Théorème de Friiss
4.5 Parasites radioélectriques
4.5.1 Les sources de parasites
4.5.2 Classification des parasites
4.5.2.1  par leur propagation
4.5.2.2  par leurs effets
4.5.3 Les parades
5 Systèmes numériques
5.1 Introduction
5.1.1 Généralités
5.1.2 Représentation logique
5.1.3 Familles de portes logiques
5.2 Logique combinatoire
5.2.1 Les opérateurs de base
5.2.1.1 Les opérateurs simples
5.2.1.2 Propriétés
5.2.1.3 Les opérateurs (( intermédiaires ))
5.2.2 Table de Karnaugh
5.2.2.1 Principe
5.2.2.2 Code binaire réfléchi
5.2.2.3 Exemple
5.2.3 Quelques fonctions plus évoluées de la logique combinatoire
5.2.3.1 Codage, décodage, transcodage
5.2.3.2 Multiplexage, démultiplexage
5.2.4 Fonctions arithmétiques
5.2.4.1 Fonctions logiques
5.2.4.2 Fonctions arithmétiques
5.2.5 Mémoire morte
5.2.6 Le PAL et le PLA
5.2.6.1 Le PAL
5.2.6.2 Le PLA
5.3 Logique séquentielle
5.3.1 Généralités
5.3.1.1 Le caractère séquentiel
5.3.1.2 Systèmes synchrones et asynchrones
5.3.1.3 Exemple : bascule RS asynchrone
5.3.2 Fonctions importantes de la logique séquentielle
5.3.2.1 Bascules simples
5.3.2.2 Bascules à fonctionnement en deux temps
5.3.2.3 Registres (ensembles de bascules)
5.3.3 Synthèse des systèmes séquentiels synchrones
5.3.3.1 Registres de bascules
5.3.3.2 Compteur programmable
5.3.3.3 Unité centrale de contrôle et de traitement (CPU) : microprocesseur
5.4 Numérisation de l’information
5.4.1 Le théorème de Shannon
5.4.1.1 Nécessité de l’échantillonnage
5.4.1.2 Exemple : échantillonnage d’une sinusoïde
5.4.1.3 Cas général
5.4.2 Les échantillonneurs
5.4.3 Convertisseur analogique/numérique (CAN)
5.4.3.1 Généralités
5.4.3.2 Les caractéristiques d’un CAN
5.4.3.3 Quelques CAN
5.4.4 Convertisseur numérique/analogique (CNA)
5.4.4.1 Généralités
5.4.4.2 Un exemple de CNA
5.4.4.3 Applications des CNA
6 Transmission de l’information
6.1 Généralités
6.1.1 Quelques dates
6.1.2 Nécessité d’un conditionnement de l’information
6.1.3 Transports simultanés des informations
6.1.4 Introduction sur les modulations
6.2 Emission d’informations
6.2.1 Modulation d’amplitude
6.2.1.1 Introduction
6.2.1.2 Modulation à porteuse conservée
6.2.1.3 Modulation à porteuse supprimée
6.2.2 Modulations angulaires
6.2.2.1 Introduction
6.2.2.2 Aspect temporel
6.2.2.3 Aspect fréquentiel de la modulation de fréquence
6.3 Réception d’informations
6.3.1 Démodulation d’amplitude
6.3.1.1 Démodulation incohérente
6.3.1.2 Détection synchrone
6.3.2 Démodulation angulaire
7 Notions d’électrotechnique
7.1 Le transformateur monophasé
7.1.1 Description, principe
7.1.1.1 Nécessité du transformateur
7.1.1.2 Principe du transformateur statique
7.1.2 Les équations du transformateur
7.1.2.1 Conventions algébriques
7.1.2.2 Détermination des forces électromotrices induites
7.1.2.3 Le transformateur parfait
7.2 Systèmes triphasés
7.2.1 Définition et classification
7.2.1.1 Définition d’un système polyphasé
7.2.1.2 Systèmes direct, inverse et homopolaire
7.2.1.3 Propriétés des systèmes triphasés équilibrés
7.2.2 Associations étoile et triangle
7.2.2.1 Position du problème
7.2.2.2 Association étoile
7.2.2.3 Association triangle
7.2.2.4 Bilan
7.2.3 Grandeurs de phase et grandeurs de ligne
7.2.3.1 Définitions
7.2.3.2 Relations dans le montage étoile
7.2.3.3 Relations dans le montage triangle
7.2.3.4 Bilan
7.3 Les machines électriques
7.3.1 Généralités
7.3.1.1 Mouvement d’un conducteur dans un champ d’induction magnétique uniforme
7.3.1.2 Le théorème de Ferraris
7.3.2 La machine à courant continu (MCC)
7.3.2.1 Principe de la machine
7.3.2.2 Réalisation
7.3.2.3 Modèle
7.3.2.4 Excitation parallèle, excitation série
7.3.3 La machine synchrone
7.3.4 La machine asynchrone
7.4 Conversion d’énergie
7.4.1 Introduction
7.4.2 Les interrupteurs
7.4.2.1 Principe de fonctionnement
7.4.2.2 Les types d’interrupteurs
7.4.3 Le redressement
7.4.3.1 Montages à diodes
7.4.3.2 Montage à thyristors
7.4.4 L’ondulation
7.4.4.1 Généralités
7.4.4.2 Exemple d’onduleur
A Table de transformées de Fourier usuelles
A.1 Définitions
A.2 Table
B Quelques théorèmes généraux de l’électricité
B.1 Diviseur de tension, diviseur de courant
B.1.1 Diviseur de tension
B.1.2 Diviseur de courant
B.2 Théorème de Millman
B.3 Théorèmes de Thévenin et Norton
B.3.1 Théorème de Thévenin
B.3.2 Théorème de Norton
B.3.3 Relation entre les deux théorèmes
C L’Amplificateur Opérationnel (AO)
C.1 L’AO idéal en fonctionnement linéaire
C.1.1 Représentation
C.1.2 Caractéristiques
C.1.3 Exemple : montage amplificateur
C.2 L’AO non idéal en fonctionnement linéaire
C.2.1 Représentation
C.2.2 Caractéristiques
C.2.3 Exemples : montage amplificateur
C.2.3.1 Gain non infini
C.2.3.2 Impédance d’entrée non infinie
C.2.3.3 Réponse en fréquence imparfaite
C.3 L’AO en fonctionnement non linéaire
D Lignes de transmission
D.1 Lignes sans perte
D.1.1 Quelques types de lignes
D.1.2 Equation de propagation
D.1.3 Résolution de l’équation
D.2 Interface entre deux lignes
D.2.1 Coefficients de réflexion/transmission
D.2.2 Cas particuliers
D.3 Ligne avec pertes
D.3.1 Equation de propagation
D.3.2 Résolution de l’équation
E Liste d’abréviations usuelles en électricité

Extrait du cours génie électrique et informatique industrielle

Introduction
Ce cours a pour but de présenter rapidement le plus large éventail possible des connaissances de base en électronique (analogique et numérique), électrotechnique, traitement et transport du signal.
– Le premier chapitre, à la lecture facultative, introduit la notion de transformée de Fourier et en établit les propriétés mathématiques ;
– Le deuxième chapitre aborde les notions de base des circuits électriques, et présente une approche plus (( empirique )) des définitions du chapitre précédent ;
– le chapitre suivant expose rapidement les principes de fonctionnement des semi-conducteurs, et présente succintement transistors bipolaire et MOS ;
– Le quatrième regroupe sous le titre (( Systèmes analogiques )) des champs aussi divers que les notions de filtrage,de bruit dans les composants, de contreréaction, etc. ;
– Le chapitre suivant aborde les (( systèmes numériques )) : circuits de logique combinatoire ou séquentielle et quelques contraintes techniques liées au traitement numérique de l’information ;
– Le sixième chapitre expose brièvement quelques modes de transport de l’information ;
– Le dernier introduit quelques concepts-clefs de l’électrotechnique et de l’électronique de puissance : transformateur, systèmes polyphasés, machines électriques et conversion d’énergie ;
On trouvera en fin de polycopié un certain nombre d’annexes et un index.
Chapitre 1 Quelques mathématiques. . .
1.1 Généralités sur les signaux
1.1.1 Introduction
Le concept de signal est extrêmement vaste :
– le relevé en fonction du temps de l’actionnement d’un interrupteur ;
– une émission radiophonique ou télévisée ;
– une photographie. . .
On se limitera, sauf mention contraire, au cas où m = 1 et n = 1. Le cas le plus courant est celui où x est en fait le temps t. Nous considérerons donc à l’avenir que les signaux que nous allons étudier sont des fonctions de t.
1.1.2 Les classes de signaux
Les signaux peuvent être classés en diverses catégories .
1.1.2.1 Temps continu et temps discret
– Dans le premier cas, le signal x est une fonction continue du temps t.
1.1. GÉNÉRALITÉS SUR LES SIGNAUX
On notera souvent un tel signal sous la forme x(t), par exemple.
– Dans le deuxième, x n’est défini qu’en un ensemble dénombrable de points.
On notera souvent un tel signal sous la forme x(n), par exemple. Ces points sont souvent répartis à des intervalles de temps réguliers.
1.1.2.2 Valeurs continues et valeurs discrètes
– Dans le premier cas, le signal x peut prendre toutes les valeurs possibles dans un ensemble de définition donné (exemple ] ¡1;+2[ ou C). Un tel signal est également appelé analogique en référence à l’électronique.
– Dans le deuxième, le signal x ne peut prendre qu’un ensemble dénombrable de valeurs. Un tel signal est égale-ment appelé numérique en référence à l’électronique.Notez que les quatre combinaisons sont possibles : les figures 1.1, 1.2 et 1.3 donnent ainsi respectivement un exemple de signal analogique à temps continu, de signal analogique à temps discret, et de signal numérique à temps continu.
On se limitera dans la suite du chapitre aux signaux analogiques à temps continu. On peut passer d’un signal analogique à un signal numérique par échantillonnage : se reporter notamment au chapitre 5.4 pour plus de détails
1.1.2.3 Période, fréquence
On parle également de signaux périodiques : un signal x est dit périodique de période T , ou par anglicisme T -périodique, si pour tout instant t0, x(t0 + T ) = x(t0) : le signal se répète, identique à lui-même, au bout d’un intervalle de temps T.

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