Électronique et Réalisation (ER) - Semestre 1

PART A - Présentation Générale du Cours

Contexte de la formation

Le module Électronique et Réalisation (ER) constitue le cœur pratique de la formation GEII. Il combine théorie électronique et réalisation concrète de circuits, permettant aux étudiants de comprendre le fonctionnement des composants électroniques et de les mettre en œuvre dans des projets réels. L’utilisation intensive du logiciel Proteus ISIS prépare les étudiants à la conception assistée par ordinateur utilisée en entreprise.

Positionnement dans le cursus

Public visé

Étudiants de première année découvrant l’électronique analogique avec une approche pratique et orientée projet. Le cours s’adresse aussi bien aux débutants qu’à ceux ayant suivi une spécialité scientifique au lycée.

PART B: EXPÉRIENCE, CONTEXTE ET FONCTION

Objectifs pédagogiques

Compétences en composants électroniques :

Compétences en conception :

Compétences pratiques :

Programme détaillé

1. Composants passifs (10h)

Résistances (R) :

Caractéristiques :

Associations :

Condensateurs (C) :

Principe physique :

Technologies :

Applications :

Charge/décharge :

Inductances (L) :

Principe physique :

Applications :

Impédances complexes (synthèse) :

En régime sinusoïdal (AC), utilisation de la notation complexe :

2. Diodes et applications (12h)

Diode à jonction PN :

Principe de fonctionnement :

Caractéristiques :

Modèles équivalents :

Applications pratiques :

1. Redressement :

2. Écrêtage :

3. Roue libre (free-wheeling) :

4. Diodes spéciales :

3. Transistors bipolaires (BJT) (15h)

Structure et fonctionnement :

Types :

Principe :

Modes de fonctionnement :

Applications :

1. Interrupteur électronique :

        +Vcc
         |
        [R_C]  (charge)
         |
     C──┴──
      NPN
      ───
       |
   [R_B]
       |
    Signal

Dimensionnement :

2. Amplificateur petit signal :

3. Commande de relais/LED/moteur :

4. Amplificateurs opérationnels (AOP) (20h)

Caractéristiques de l’AOP idéal :

Montages fondamentaux :

1. Suiveur (Buffer) :

2. Amplificateur inverseur :

    R2
   ┌───┐
   │   │
R1 │   v
───┤-  │
   │+  ├─── V_out
───┤   │
   └───┘

3. Amplificateur non-inverseur :

4. Sommateur inverseur :

5. Intégrateur :

6. Dérivateur :

7. Comparateur :

8. Trigger de Schmitt :

AOP réels utilisés :

Projets pratiques

Projet Radar 2020

Objectif : Concevoir un système de détection et mesure de distance par ultrasons

Spécifications :

Blocs fonctionnels :

  1. Émetteur ultrasonique : Oscillateur 40 kHz + transducteur
  2. Récepteur : Transducteur + amplification (AOP)
  3. Traitement du signal : Détection d’enveloppe, comparateur
  4. Logique de mesure : Microcontrôleur ou circuit numérique
  5. Affichage : LCD ou LEDs

Compétences développées :

Dérivateur de fréquence

Objectif : Réaliser un circuit dont la sortie est proportionnelle à la dérivée du signal d’entrée

Principe :

Analyse :

Applications :

Semaine Projet - Filtrage de son

Objectif : Concevoir un système complet de filtrage actif pour isoler des composantes fréquentielles d’un signal audio

Cahier des charges :

Réalisation :

  1. Analyse : Décomposition fréquentielle du signal
  2. Conception : Choix topologie (Butterworth, Sallen-Key)
  3. Simulation : Proteus ISIS, analyse fréquentielle
  4. Dimensionnement : Calcul des composants
  5. Réalisation : Montage sur breadboard puis PCB
  6. Tests : Mesures oscilloscope et analyseur de spectre
  7. Documentation : Rapport technique complet

Livrables :

PART C: ASPECTS TECHNIQUES

Logiciels de simulation

Proteus ISIS (Labcenter Electronics)

Fonctionnalités :

Workflow de conception :

  1. Création de schéma :
    • Placer les composants (P)
    • Câbler (W pour wire)
    • Nommer les nœuds (L pour label)
    • Définir les valeurs des composants
  2. Instruments virtuels :
    • Oscilloscope : Visualisation temporelle
    • Voltmètre/Ampèremètre : Mesures DC/AC
    • GBF (générateur) : Signaux d’excitation
    • Analyseur de spectre : Contenu fréquentiel
  3. Simulation :
    • Transient Analysis : Évolution temporelle
    • AC Sweep : Réponse fréquentielle (Bode)
    • DC Sweep : Caractéristique statique
  4. Exploitation :
    • Relevé de courbes
    • Mesures (amplitude, phase, fréquence)
    • Export vers rapport

Exemple : Simulation d’un filtre RC passe-bas

1. Schéma : GBF → R → C → GND
2. Paramètres GBF : Sinus, amplitude 5V, sweep 1Hz-100kHz
3. Oscilloscope : Entrée (GBF) et sortie (nœud RC)
4. AC Analysis : Tracer |H(f)| et Phase(f)
5. Mesure f_c à -3dB : f_c = 1/(2πRC)

Conseils pratiques :

Alternatives et compléments

LTspice (Analog Devices) :

Tinkercad Circuits :

Équipements de laboratoire

Oscilloscope numérique

Fonctions principales :

Utilisation typique :

Générateur de fonctions (GBF)

Signaux générés :

Paramètres réglables :

Multimètre numérique

Mesures :

Précision :

Techniques de montage

Breadboard (plaque d’essai)

Avantages :

Inconvénients :

Bonnes pratiques :

Soudure sur PCB

Étapes :

  1. Étamage du fer (pointe propre et brillante)
  2. Placer le composant
  3. Chauffer simultanément piste et patte (2-3 sec)
  4. Apporter l’étain (fusion sur zone chaude)
  5. Retirer étain puis fer
  6. Laisser refroidir naturellement

Soudure réussie :

PART D: ANALYSE ET RÉFLEXION

Évaluation des compétences

Modalités d’évaluation

Contrôle continu (35%) :

Travaux pratiques (35%) :

Projets (20%) :

Examen terminal (10%) :

Grille d’évaluation TP

Critère Barème
Montage : Schéma réalisé correctement, câblage propre /4
Mesures : Utilisation correcte des appareils, relevés précis /5
Analyse : Comparaison théorie/pratique, interprétation /5
Simulation : Proteus fonctionnel, cohérence avec mesures /3
Compte-rendu : Clarté, rigueur, présentation /3
Total /20

Compétences acquises

Savoirs théoriques

✓ Connaître les composants passifs et actifs ✓ Comprendre les modèles équivalents et limites ✓ Maîtriser les montages à base d’AOP ✓ Analyser des circuits analogiques

Savoir-faire techniques

✓ Lire et interpréter un schéma électronique ✓ Simuler un circuit avec Proteus ISIS ✓ Dimensionner des composants selon un cahier des charges ✓ Réaliser des montages sur breadboard ✓ Mesurer avec oscilloscope, multimètre, GBF ✓ Déboguer un circuit (méthode systématique) ✓ Rédiger un compte-rendu technique

Savoir-être

✓ Rigueur dans les montages et mesures ✓ Méthode face à un dysfonctionnement ✓ Respect des normes de sécurité ✓ Travail en binôme ✓ Autonomie et curiosité technique

Progression et débouchés

Articulation avec le cursus

Semestre Module ER Contenu
S1 ER 1 Composants passifs/actifs, AOP, Proteus
S2 ER Microcontrôleur Programmation Arduino, capteurs/actionneurs
S2 ER Interface Circuits d’interface (drivers, optocoupleurs)
S2 ER FPGA Logique programmable (Quartus, VHDL)
S3-S4 Systèmes Électroniques Conception complète de cartes PCB

Métiers et applications

Métiers utilisant ces compétences :

Domaines d’application :

Conseils de réussite

Pendant les cours/TD

En TP

✅ Lire le sujet et préparer les calculs avant la séance ✅ Vérifier le montage avant la mise sous tension ✅ Mesurer méthodiquement (DC avant AC) ✅ Noter immédiatement les mesures dans un tableau ✅ Analyser les écarts théorie/pratique ✅ Rédiger le CR rapidement après le TP

❌ Brancher sans réfléchir ❌ Alimenter sans vérifier les polarités ❌ Oublier de mettre à la masse ❌ Toucher les composants sous tension

Pour les projets

📚 Ressources complémentaires

Ouvrages de référence

  1. Électronique - Fondements et applications - José-Philippe Pérez (Dunod) - LA référence
  2. The Art of Electronics - Horowitz & Hill (Cambridge) - Bible de l’électronique
  3. Électronique analogique - François Manneville (Dunod)
  4. Amplificateurs opérationnels - Henri Fanet (Dunod)

Datasheets (fiches techniques)

Où les trouver :

Comment les lire :

Ressources en ligne

Cours et tutoriels :

Chaînes YouTube :

Simulateurs en ligne :

🎯 Sécurité et bonnes pratiques

Règles de sécurité

🔴 Ne jamais toucher un circuit sous tension 🔴 Vérifier les polarités avant d’alimenter 🔴 Respecter les tensions et courants max des composants 🔴 Éteindre avant de modifier le câblage 🔴 Attention aux condensateurs chargés (décharge avant manipulation)

Démarche de débogage systématique

Circuit qui ne fonctionne pas :

  1. Vérifier l’alimentation (tensions présentes ?)
  2. Vérifier les masses (continuité)
  3. Contrôler le câblage (schéma vs réalisation)
  4. Tester les composants individuellement
  5. Vérifier les polarités (diodes, condensateurs électrolytiques, CIs)
  6. Mesurer point par point (de l’entrée vers la sortie)

Composant qui chauffe :

Bon courage dans votre découverte de l’électronique ! ⚡🔧

“In theory, there is no difference between theory and practice. In practice, there is.” - Yogi Berra

L’électronique est un domaine pratique. Expérimentez, testez, cassez (un peu), réparez, et surtout : amusez-vous !