Cours d'électronique analogique. Première année GEII de l'IUT de l'Indre. Dipôles usuels parfaits. Modèles réels.

1. Dipôles
Enseignement d’électronique de Première Année
IUT de l’Indre
Eric PERONNIN

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Dipôles usuels
Résistance
 Symbole - Unité
 Unité : l’Ohm (W)
 Relation courant / tension
 Loi d’Ohm :
 Diagramme de Fresnel
 U et I sont en phase
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R
U
I
IRU 
U
I

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Dipôles usuels
Capacité
 Symbole - Unité
 Unité : le Farad (F)
 Relations
 impédance (régime harmonique) :
 en régime harmonique :
 en régime transitoire (temporel) :
 énergie stockée :
 Diagramme de Fresnel
 U est en retard de p/2 sur I
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U
CI I(t)C
U(t)
I
Cj
U 



1
   
dt
tdU
CtI 
2
2
1
UCEC 


Cj
ZC
1
U
I

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Dipôles usuels
Inductance
 Symbole - Unité
 Unité : le Henry (H)
 Relations usuelles
 impédance (régime harmonique) :
 en régime harmonique :
 en régime transitoire (temporel) :
 énergie stockée :
 Diagramme de Fresnel
 U est en avance de p/2 sur I
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U U(t)
I L LI(t)
IjLU  
   
dt
tdI
LtU 
2
2
1
ILEL 
 LjZL
U
I

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Dipôles réels
Introduction
 Les dipôles réels peuvent se comporter différemment de leurs
homologues parfaits.
 Le modèle équivalent d’un dipôle renseigne sur ses réelles
aptitudes :
 fréquence maximale de fonctionnement,
 tenue en charge (pour les capacités),
 pertes actives (pour les capacités et inductances).
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Résistance réelle axiale
3 Technologies
 Carbone composite et film carbone
 Caractéristiques typiques
– fort coefficient de température (Tc = 5000 ppm/°C)
» R = R0(1+Tc T) où T est la température et R0 la résistance de référence de R.
» bruit élevé.
– grande plage de valeurs possible, tolérance de 2% à 10%.
– très faible coût (0.03 € pièce / 1000).
– bon respect des caractéristiques jusqu’au MHz.
 Utilisation
– circuit de polarisation,
– circuit de décharge pour capacité,
– tirage en logique.
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Résistance réelle axiale
3 Technologies (suite)
 Film métallique
 Caractéristiques typiques
– faible coefficient de température (de 10 à 100 ppm/°C),
– bonne tolérance (de 0.1% à 1%),
– valeurs de 10.0 à 301k,
– très bonnes caractéristiques jusqu’à 100MHz,
– faible bruit.
 Utilisation
– pont de mesure,
– circuit oscillateur,
– filtre actif.
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Résistance réelle axiale
3 Technologies (suite)
 Wirewound resistor (résistance à enroulement)
 Caractéristiques types
– grande précision (0.01%),
– grande stabilité en température (<10 pppm/°C),
– utilisable jusqu’à 50kHz (forte capacité parasite en HF),
– valeurs de 0.1 à 1.2M.
 Utilisation
– circuit accordé,
– atténuateur de précision.
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Résistance réelle
Modèle équivalent
 L : inductance série parasite
 C : capacité parallèle parasite
 Eth1, Eth2 : effet thermocouple aux extrémités
 Notes :
 L et C affectent la résistance en hautes fréquences.
 Eth1, et Eth2 nécessitent de placer les 2 bornes de la
résistance à des températures égales pour voir leur effet
annuler dans les applications nécessitant une forte précision
(précision requise de l ’ordre du mV).
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E th2
C
L
Eth1
R
BonFlux
Flux Mauvais

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Résistance réelle
Remarque :
 En dissipant de la puissance, la résistance élève sa température
(auto réchauffement)
 la datasheet indique ce pouvoir à l’aide du paramètre
« thermal resistance » ou « thermal derating » (Rth en °C/W)
 exemple pour une résistance métallique de 9.9k
– datasheet donne Rth = 125°C/W et Tc = 75ppm/°C
– le circuit impose 9.9v aux bornes de la résistance
– puissance dissipée : P = 9.9mW
– élévation de la température : DT = P x Rth = 1.24°C
– variation de R : DR = R0 Tc DT = (9900 . 75.10-6 . 1.24) soit 0.0093%
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Capacité réelle
Modèle équivalent d’une capacité réelle :
 LESR : inductance série.
 RESR : résistance série.
 RL : résistance de fuite.
 RDA, CDA : résistance et capacité du modèle d’absorption
diélectrique.
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R
DACDA
R
C
L
R
ESLLESR

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Capacité réelle
Résistance de fuite (RL)
 Provoque la décharge lente d’une capacité chargée (mauvais
pour un stockage précis).
 Permet au courant continu de passer au travers de la capacité
(mauvais pour les applications de couplage AC).
Résistance série (RESR)
 Limite l’aptitude de la capacité à fournir rapidement de
l ’énergie.
 Est responsable des pertes dans la capacité.
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Capacité réelle
Inductance série (LESL)
 Peut impliquer des comportements oscillatoires dans les
amplificateurs HF.
 Limite l’aptitude de la capacité à fournir rapidement de l’énergie.
Absorption diélectrique (RDA, CDA)
 Caractérise l’effet mémoire d’une capacité :
 on charge C sous une tension V = E = cte pendant DT1
 on court-circuite instantanément C pendant DT2
 on place la capacité à vide : on observe alors l’apparition
d ’un phénomène de charge de C vers une valeur plus petite
que E mais proportionnelle à E.
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Technologie des capacités
Titredu diagramme
C<10nF
Bonmarché
Bonnestabilité
Faible inductance
Peuvolumineux
<0.1%
NPOCeramic
Volumineux
T<+85°C
Forte inductance
Bonmarché
Bonnestabilité
0.001%à0.02%
Polystyrène
Volumineux
C<10nF
Coûteux
Trèsstable
Faibles pertes HF
Faible inductance
Faible toléarance
>0.003%
Mica
Asser couteux
Volumineux
Forte inductance
Bonnestabilité
T>125°C
Nombreuses valeurs
0.003%à0.02%
Teflon
Petites valeurs
Peudisponible
Petite
T>125°C
Faible inductance
0.01%
MOS
Volumineuse
Forte inductance
Bonnestabilité
Faiblecoût
Timportante
0.1%
Polycarbonate
Volumineuse
Forte inductance
Stabilitémoyenne
Faiblecoût
Timportante
Faible inductance
0.3%à0.5%
Polyester
Technologies des condensateurs
Valeursde quelques µFauplus
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InconvénientsAvantagesDA

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Technologie des capacités
Tmaxde105°C
Volumineux
Forteinductance
FaibleDA
0.001%à 0.02%
Polypropylène
Fuiteimportante
Polarisé
Mauvaisetoléranceet mauvaisestabilité
Forteinductance
Fortscourants
Fortestensions
Fortecapacité/volumique
Elevé
ElectrolytiqueAluminium
Fuiteimportante
Polarisé
Mauvaisetolérance
Mauvaisestabilité
Petitetaille
Inductancemoyenne
Elevé
ElectrolytiqueTantale
Technologiesdescondensateurs
ValeurssupérieuresauµF
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InconvénientsAvantagesDA