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  • lectronique HF et composants R&C

    Dominic Grenier Design III H-2017

  • www.ulaval.ca 2

    Rsistance (rsisteur) R [] Condensateur C [F] Inductance (inducteur) L [H] Sources

    Tension Courant

    Jonctions Diodes Transistors

    BJT (NPN) FET (canal N)

    Composantes lectroniques de base

  • www.ulaval.ca 3

    Comportement rel

    V=RI ?

    Rponse : NON!

    diode 1N4001

    V

    I

    0.7V

    quivalent simplifi HFen direct

    HF= hautes-frquences

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    quivalence HF pour rsistance et condensateur

    Rsistance

    Capacit parasite parallledeux bornes agissent comme lectrodes accumulant des chargeslimite la largeur de bande

    inductance parasite srielongueurs des bornes parcourues par un courantentre en rsonance

    Rsistance parasite sriecourant de charge limit

    Rsistance parasite parallleconductivit du dilectriquecapacit se vide en circuit ouvert

    Condensateur

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    quivalence HF pour inductance

    Inductance

    rsistance parasite paralllePertes par effet Joule dans le noyau

    Capacit parasiteSomme des effets capacitifs entre chacun des enroulementsEntre en rsonance certaines frquences

    Rsistance parasite srieRsistivit non-nulle du fil

  • www.ulaval.ca 6

    Particularits en HF

    bout de fil (1 nH/mm): = et mme (1 mH/m)

    rapprochement entre deux fils:

    = et mme

    =>ligne de transmission d'un signal:

    =

  • www.ulaval.ca 7

    Consquences en HF -1 Considrer les capacits parasites d'entre des composantsS'assurer de la bande passante des composantsConcevoir au besoin des circuits de neutralisation

    capacit parasite de Miller sur un transistor

    sonde compense d'un oscilloscope

  • www.ulaval.ca 8

    Consquences en HF -2

    Mettre des fils les plus courts possibles (diminuer l'effet inductif)Croiser angle droit les fils transportant des signaux HF (diminuer l'effet capacitif et le couplage mutuel)Dvelopper directement sur un "stripboard" ou "perfboard" "breadboard" : capacit parasite 2-25pF par point de contact, grande inductance certaines connexions, rsistance de contact relativement leve et non-reproductible

    veroboard

  • www.ulaval.ca 9

    Isolation des alimentations

    Isoler les alimentationsajouter des bobines d'arrt (RF choke)

    (empche les signaux RF de se propager par l'alimentation)

    ajouter des capacits de dcouplage chaque composant "bruiteur" (ce qui diminue le bruit sur l'alimentation)

    transitoire rapidenumriqueinductif

    http://www.interfacebus.com/Design_Capacitors.html

  • www.ulaval.ca 10

    Photos de dcouplage Que remarquez-vous?

    des condensateurs de dcouplage au tantale chaque puce

    Que remarquez-vous?dessus dessous

    plusieurs condensateurs de dcouplage pour une puceet un large plan de masse

  • www.ulaval.ca 11

    Boucles de masse -1

    viter les grandes boucles de masseresponsables d'un bruit additif sur les signauxinvitables bien souvent

    f .e.m = t

    Bids

    S

  • www.ulaval.ca 12

    Boucles de masse -2

    Structure en toileMthode autorise mais coteuse et dfavorable en C-EMPas meilleure solution long terme car peut mener la catastrophe

    Grande impdance en HF lorsque cble long ->donc pas mme potentiel

    Structure maille plan de masse intgre +liaison supplmentaire

    Source : A. Charoy, "Compatibilit lectro-magntique", Dunod

    Boucle de masse de grande surface

  • www.ulaval.ca 13

    Masses

    Cartes mixtes A/NBien sparer zones analogique et numriquecontrairement aux ides reues, carte unique avec 0V commun prfrable plusieurs cartes dialoguant via des connecteursalimentation de la partie analogique partir de celle numrique (alimenter le propre par le sale)chaque tension d'alimentation analogique dcouple la frontiremasse analogique relie en un seul point de celle numrique

    Source : A. Charoy, "Compatibilit lectro-magntique", Dunod

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    Rsistances (rsisteurs)

    Considrations Tolrance Coefficient de temprature (TC) en par C Linarit Puissance maximale dissipe

    V = RII = GVR = / AG = A /

    R / R

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    Rsistances au carbone

    lment cylindrique solide de poudre de carbone et d'un matriau isolant (cramique) avec rsine pour lierRsistivit dtermine par le rapport carbone/cramiqueCapuchons en mtal aux extrmits qui rattachent les fils (capacit parasite)Valeurs: 1-22M, 0.25-2W

    Avantagesjadis populaires/encore assez disponiblescot relativement faible en petite quantitpas sujets la surtension ou surchauffe

    Inconvnientstolrance leve (5 20%)non-linairesTC assez lev

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    Rsistances film de carbone/de mtal Film de carbone ou de mtal dpos sur un substrat isolantCoupe de diverses formes pour crer un long trac troit rsistifRsistances axiales les plus communes aujourd'huiFilm de carbone:Valeurs: 1-20M, 0.125-5W, 200-600VmaxFilm de mtal:Valeurs: 1-10M, 0.125-1WAvantagestrs disponiblesCarbone:

    TC faible et ngatifMtal:

    faible bruit thermiquetolrance moyenne (0.5, 1 et 2%)

    Inconvnientsnon-linaires (mieux que carbone)puissance limiteCarbone:

    tolrance leve (5 10%)Mtal

    TC de 25 50 ppm

  • www.ulaval.ca 17

    Rsistances film par couche Couche d'un matriau rsistif sur un substrat isolantUtilises pour les circuits miniatures (surface mount device SMD)Trac troit rsistif cr d'un procd similaire celui d'un circuit imprimpaisseur ajuste par abrasif ou par laser pour ajuster la valeur2 types selon le procd d'application du film: film mince et film paisFilm mince: dpt sous vide

    AvantagesFilm pais:

    tolrance moyenne (1, 2 et 5%)Film mince:

    tolrance faible (0.1 1%)trs peu sensible la chaleur TC de 2 25 ppm

    InconvnientsFilm pais:

    plus sensible la chaleurTC d'environ 250 ppm

    Film mincedispendieuse

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    Rsistances bobines

    "Wirewound"Enroulement d'un fil mtallique autour d'un noyau de cramique, de plastique ou de fibre de verreRevtement en cramique (ou en aluminium afin d'tre attaches un dissipateur thermique) pour haute-puissanceValeurs: 5W-2kW

    Avantagesgrande puissanceTC trs faible

    Inconvnientstolrance un peu leve (5 10%)effet inductif important (mme si enroulement en alternance dans les deux sens)

  • www.ulaval.ca 19

    Rsistances en feuille

    Introduit en 1960 feuille de rsistances en alliage d'aluminium de quelques micromtres d'paisseur meilleure prcision et stabilit de toutes rsistances disponibles amliores au fil des ans

    Avantagestrs grande prcisiontolrance (0.005 0.1%)TC trs trs faible 0.2 ppm (25 50 ppm long terme)trs linairesfaible bruit thermique (-42dB)faible effet inductif (0.08mH) ou capacitif (0.5pF)

    Inconvnientsdispendieuses

  • www.ulaval.ca 20

    Condensateurs

    Considrations Tension maximale Polarisation Bande de frquences d'opration Rsistances srie/parallle

    I (t) = C dVdt

    I = jC V ZC =1

    jC= j 1

    CC = Q / V = A / d

    (source : wikipdia) e = permittivit [F/m] = ere0 permittivit du vide e08.854*10-12F/m er=constante dilectrique

  • www.ulaval.ca 21

    Constante dilectrique de matriaux Matriau Constante dilectrique Min. Max.Air 1 1Alcool thylique 6.5 25Amiante 3.1 4.8Bakelite 5 22Barium de titane 100 1250Bois sec 1.4 2.9Caoutchouc 2 4Cellulode 4 4Cire d'abeilles 2.4 2.8Cire minrale 2.2 2.3Dioxyde de titane 100 100Durite 4.7 5.1Eau distille 34 78Ebonite 2.7 2.7Fibre 5 5Formica 3.6 6Isolantite 6.1 6.1Kevlar 3.5 4.5Mica 4 9Mica Ruby 5.4 5.4

    Matriau Constante dilectrique Min. Max.Neoprene 4 6.7Nylon 3.4 22.4Papier 1.5 3Paraffine 2 3Plexiglass 2.6 3.5Polycarbonate 2.9 3.2Polythylne 2.5 2.5Polystyrne 2.4 3Porcelaine 5 6.5Quartz 5 5Rsine d'epoxy 3.4 3.7Slnium 6 6Silicone 3.2 4.7Sol sec 2.4 2.9Styrofoam 1.03 1.03Teflon 2.1 2.1Vaseline 2.16 2.16Verre 3.8 14.5Verre Pyrex 4.6 5Vinylite 2.7 7.5

    (source : http://www.csgnetwork.com)

  • www.ulaval.ca 22

    Catgories & principes pour condensateurs Catgories

    Condensateurs polariss Condensateurs non-polariss, de faible valeur

    Super-condensateurs Condensateurs variables

    lectrolytiquesau tantale

    cramiquemicafilm matriaux synthtiques

    lectrolytiques double couchespapier l'huile

    air (mcanique)diodes varactors

    PrincipesSouvent plaques paralllesEn rapprochant les plaques (d ), C mais aussi

    d'o l'importance capitale du dilectrique pas de claquage = Vmax infinie = pas d'chauffement = bande passante infinie

    E =

    V

    d 0 (Eclair )

    Ls 0

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    Photos de condensateurs variables ( air)

    Remarquez la plaque qui tourne

    2-65 pF 2-17 pF

    Les feuillets en plastique servent uniquement viter que les plaques se touchent

  • www.ulaval.ca 24

    Condensateurs lectrolytiques Gele d'lectrolyte entre 2 feuilles d'aluminium enroules Fabrication: l'anode a en contact avec l'lectrolyte e qui assure