Sciences de l'ingénieur · 1ère Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Composants électroniques

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

1. La Diode (Jonction PN)

La diode est un composant qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens.

Polarisation directe ( $V_{anode} > V_{cathode}$ ) : La diode conduit. On modélise souvent par une tension de seuil $V_s$ (environ $0,6V$ pour le Silicium).
Polarisation inverse ( $V_{anode} < V_{cathode}$ ) : La diode est bloquée (courant nul).
Diode Zener : Utilisée pour la régulation de tension en mode inverse.

2. Le Transistor Bipolaire (BJT)

Il possède trois bornes : Base (B), Collecteur (C) et Émetteur (E). Il peut fonctionner en deux modes :

Mode Commutation : Utilisé comme interrupteur.
- Blocage : $I_B = 0 \implies I_C = 0$ .
- Saturation : $I_C$ est maximum, le transistor est "passant".
Mode Linéaire (Amplification) : La relation entre les courants est $I_C = \beta \cdot I_B$ , où $\beta$ est le gain en courant.

3. L'Amplificateur Opérationnel (AOP) Idéal

Un AOP possède deux entrées ( $V_+$ et $V_-$ ) et une sortie ( $V_s$ ).

Caractéristiques idéales :
1. Courants d'entrée nuls : $i_+ = i_- = 0$ .
2. En régime linéaire (contre-réaction négative) : $V_+ = V_-$ .
Montages de base :
- Suiveur : $V_s = V_+$ (Gain = 1).
- Amplificateur inverseur : $V_s = -\frac{R_2}{R_1} \cdot V_e$ .
- Amplificateur non-inverseur : $V_s = (1 + \frac{R_2}{R_1}) \cdot V_e$ .

Méthodes à maîtriser

Analyser une diode : Vérifier si $V_{anode} - V_{cathode} > V_s$ . Si oui, remplacer la diode par une source de tension $V_s$ .
Calculer le gain d'un AOP : Identifier si le montage est inverseur ou non-inverseur et appliquer la formule de gain $A_v$ .
Vérifier la saturation d'un transistor : Calculer $I_B$ nécessaire pour que $I_C$ atteigne la valeur de saturation.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Diode Soit un circuit avec une pile $E = 5V$ , une résistance $R = 1k\Omega$ et une diode ( $V_s = 0,7V$ ) en série. Calculer $I$ . Corrigé :

La diode est en polarisation directe car $E > V_s$ .
Loi des mailles : $E - R \cdot I - V_s = 0$ .
$I = \frac{E - V_s}{R} = \frac{5 - 0,7}{1000} = 4,3 \text{ mA}$ .

Exemple 2 : AOP (Suiveur) Si $V_+ = 2V$ dans un montage suiveur, quelle est la valeur de $V_s$ ? Corrigé :

Dans un montage suiveur, la sortie est égale à l'entrée non-inverseuse.
$V_s = V_+ = 2V$ .

Erreurs fréquentes

Confondre le mode inverseur (signal de sortie inversé) et le mode non-inverseur.
Oublier de soustraire la tension de seuil $V_s$ de la diode dans les calculs de courant.
Croire que le courant entre dans les bornes d'un AOP (en régime linéaire, $i_+ = i_- = 0$ ).

L'essentiel du cours

1. La Diode (Jonction PN)

La diode est un composant qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens.

Polarisation directe ($V_{anode} > V_{cathode}$) : La diode conduit. On modélise souvent par une tension de seuil $V_s$ (environ $0,6V$ pour le Silicium).
Polarisation inverse ($V_{anode} < V_{cathode}$) : La diode est bloquée (courant nul).
Diode Zener : Utilisée pour la régulation de tension en mode inverse.

2. Le Transistor Bipolaire (BJT)

Il possède trois bornes : Base (B), Collecteur (C) et Émetteur (E). Il peut fonctionner en deux modes :

Mode Commutation : Utilisé comme interrupteur.
- Blocage : $I_B = 0 \implies I_C = 0$.
- Saturation : $I_C$ est maximum, le transistor est "passant".
Mode Linéaire (Amplification) : La relation entre les courants est $I_C = \beta \cdot I_B$, où $\beta$ est le gain en courant.

3. L'Amplificateur Opérationnel (AOP) Idéal

Un AOP possède deux entrées ($V_+$ et $V_-$) et une sortie ($V_s$).

Caractéristiques idéales :
1. Courants d'entrée nuls : $i_+ = i_- = 0$.
2. En régime linéaire (contre-réaction négative) : $V_+ = V_-$.
Montages de base :
- Suiveur : $V_s = V_+$ (Gain = 1).
- Amplificateur inverseur : $V_s = -\frac{R_2}{R_1} \cdot V_e$.
- Amplificateur non-inverseur : $V_s = (1 + \frac{R_2}{R_1}) \cdot V_e$.

Méthodes à maîtriser

Analyser une diode : Vérifier si $V_{anode} - V_{cathode} > V_s$. Si oui, remplacer la diode par une source de tension $V_s$.
Calculer le gain d'un AOP : Identifier si le montage est inverseur ou non-inverseur et appliquer la formule de gain $A_v$.
Vérifier la saturation d'un transistor : Calculer $I_B$ nécessaire pour que $I_C$ atteigne la valeur de saturation.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Diode Soit un circuit avec une pile $E = 5V$, une résistance $R = 1k\Omega$ et une diode ($V_s = 0,7V$) en série. Calculer $I$. Corrigé :

La diode est en polarisation directe car $E > V_s$.
Loi des mailles : $E - R \cdot I - V_s = 0$.
$I = \frac{E - V_s}{R} = \frac{5 - 0,7}{1000} = 4,3 \text{ mA}$.

Exemple 2 : AOP (Suiveur) Si $V_+ = 2V$ dans un montage suiveur, quelle est la valeur de $V_s$ ? Corrigé :

Dans un montage suiveur, la sortie est égale à l'entrée non-inverseuse.
$V_s = V_+ = 2V$.

Erreurs fréquentes

Confondre le mode inverseur (signal de sortie inversé) et le mode non-inverseur.
Oublier de soustraire la tension de seuil $V_s$ de la diode dans les calculs de courant.
Croire que le courant entre dans les bornes d'un AOP (en régime linéaire, $i_+ = i_- = 0$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.

La question que tu n'oses pas poser en classe ? Pose-la à UstadZéro jugement, même en darija, même à minuit. Il t'explique pas à pas et corrige ta démarche. Gratuit.Commencer gratuitement

Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Composants électroniques

1/4

Quel est le courant d'entrée d'un AOP en régime linéaire ?

❓ Questions fréquentes

Si un AOP est utilisé en montage suiveur, quel est son gain en tension ?

Le gain est de $1$ ( $V_s = V_e$ ). Il ne multiplie pas la tension, il l'isole.

💡 À retenir : Suiveur $\implies$ Gain = 1.

Le gain est de $1$ ($V_s = V_e$). Il ne multiplie pas la tension, il l'isole.

💡 À retenir : Suiveur $\implies$ Gain = 1.

Comment identifier un transistor NPN sur un schéma ?

Sur un schéma, la flèche sur l'émetteur pointe vers l'extérieur (Not Pointing iN $\to$ NPN).

💡 À retenir : Flèche vers l'extérieur = NPN.

Sur un schéma, la flèche sur l'émetteur pointe vers l'extérieur (Not Pointing iN $\to$ NPN).

💡 À retenir : Flèche vers l'extérieur = NPN.

À quoi sert le transistor en mode commutation ?

Il sert à agir comme un interrupteur électronique pour commander une charge (moteur, lampe) à partir d'un signal de commande faible.

💡 À retenir : Commutation = Interrupteur (ON/OFF).

Quelle est la tension de seuil typique d'une diode au silicium ?

La tension de seuil $V_s$ est d'environ $0,6V$ à $0,7V$ .

💡 À retenir : Silicium $\approx 0,7V$ .

La tension de seuil $V_s$ est d'environ $0,6V$ à $0,7V$.

💡 À retenir : Silicium $\approx 0,7V$.

Chno l-farq bin diode normale o diode Zener?

La diode normale est utilisée pour bloquer le courant dans un sens (redressement). La diode Zener est conçue pour laisser passer le courant en sens inverse dès qu'une tension précise (tension Zener $V_z$ ) est atteinte, ce qui permet de réguler la tension.

💡 À retenir : Diode = sens unique | Zener = régulation en inverse.

La diode normale est utilisée pour bloquer le courant dans un sens (redressement). La diode Zener est conçue pour laisser passer le courant en sens inverse dès qu'une tension précise (tension Zener $V_z$) est atteinte, ce qui permet de réguler la tension.

💡 À retenir : Diode = sens unique | Zener = régulation en inverse.

Kifach n3ref l-transistor f saturation?

Un transistor est en saturation quand le courant de collecteur $I_C$ atteint sa valeur maximale possible imposée par le circuit extérieur. Dans ce cas, la tension entre collecteur et émetteur $V_{CE}$ est très faible (environ $0,2V$ ).

💡 À retenir : Saturation $\implies V_{CE} \approx 0V$ et $I_C$ est max.

AOP f régime linéaire, chno l-farq bin V+ o V-?

En régime linéaire (lorsqu'il y a une boucle de retour négative), l'AOP cherche à équilibrer ses entrées. On a donc l'égalité : $V_+ = V_-$ .

💡 À retenir : Régime linéaire $\implies V_+ = V_-$ .

En régime linéaire (lorsqu'il y a une boucle de retour négative), l'AOP cherche à équilibrer ses entrées. On a donc l'égalité : $V_+ = V_-$.

💡 À retenir : Régime linéaire $\implies V_+ = V_-$.

Quelle est la fonction principale d'une diode LED ?

La LED (Light Emitting Diode) est une diode qui émet de la lumière lorsqu'elle est traversée par un courant électrique en polarisation directe.

💡 À retenir : LED = Diode + Lumière.

Si beta = 100 et IB = 10mu A, quelle est la valeur de IC en régime linéaire ?

Utiliser la formule : $I_C = \beta \cdot I_B$ .
Calcul : $I_C = 100 \cdot 10 \cdot 10^{-6} = 10^{-3} A = 1 \text{ mA}$ .

💡 À retenir : $I_C$ est toujours beaucoup plus grand que $I_B$ .

Utiliser la formule : $I_C = \beta \cdot I_B$.
Calcul : $I_C = 100 \cdot 10 \cdot 10^{-6} = 10^{-3} A = 1 \text{ mA}$.

💡 À retenir : $I_C$ est toujours beaucoup plus grand que $I_B$.

Que se passe-t-il si on branche une diode en polarisation inverse ?

La diode agit comme un interrupteur ouvert. Le courant ne peut pas circuler (le courant est considéré comme nul).

💡 À retenir : Polarisation inverse = Blocage.

Quelle est la caractéristique d'un AOP idéal concernant le courant d'entrée ?

L'AOP idéal possède une impédance d'entrée infinie, ce qui signifie que le courant qui entre dans les bornes $+$ et $-$ est nul ( $i_+ = i_- = 0$ ).

💡 À retenir : $i_{entrée} = 0$ .

L'AOP idéal possède une impédance d'entrée infinie, ce qui signifie que le courant qui entre dans les bornes $+$ et $-$ est nul ($i_+ = i_- = 0$).

💡 À retenir : $i_{entrée} = 0$.

Dans un montage amplificateur inverseur, si R1 = 1kOmega et R2 = 10kOmega, quel est le gain ?

Formule du gain : $A_v = -\frac{R_2}{R_1}$ .
Calcul : $A_v = -\frac{10}{1} = -10$ . Le signal de sortie sera 10 fois plus grand et inversé.

💡 À retenir : Gain inverseur = $-\frac{R_{feedback}}{R_{entrée}}$ .

Formule du gain : $A_v = -\frac{R_2}{R_1}$.
Calcul : $A_v = -\frac{10}{1} = -10$. Le signal de sortie sera 10 fois plus grand et inversé.

💡 À retenir : Gain inverseur = $-\frac{R_{feedback}}{R_{entrée}}$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Exercice 1 : Niveau Facile (La Diode) On considère un circuit composé d'une source de tension $U = 12V$ , d'une résistance $R = 470 \Omega$ et d'une diode silicium ( $V_s = 0,7V$ ) en série.

La diode est-elle passante ou bloquée ?
Calculer l'intensité du courant $I$ traversant le circuit.

Exercice 2 : Niveau Moyen (L'AOP) Soit un montage amplificateur non-inverseur utilisant un AOP idéal. On donne : $R_1 = 2 k\Omega$ , $R_2 = 20 k\Omega$ , et la tension d'entrée $V_e = 0,5V$ .

Calculer le gain en tension $A_v$ de ce montage.
Calculer la tension de sortie $V_s$ .

Exercice 3 : Niveau Difficile (Le Transistor) Un transistor NPN est utilisé comme interrupteur.

Tension collecteur-émetteur à saturation : $V_{CE,sat} = 0,2V$ .
Tension d'alimentation : $V_{CC} = 10V$ .
Résistance de collecteur : $R_C = 1 k\Omega$ .
Gain du transistor : $\beta = 50$ .

Calculer le courant de collecteur $I_C$ lorsque le transistor est saturé.
Calculer la valeur minimale du courant de base $I_B$ pour assurer la saturation du transistor.

Exercice 1

Exercice 1 : Niveau Facile (La Diode) On considère un circuit composé d'une source de tension $U = 12V$, d'une résistance $R = 470 \Omega$ et d'une diode silicium ($V_s = 0,7V$) en série.

La diode est-elle passante ou bloquée ?
Calculer l'intensité du courant $I$ traversant le circuit.

Exercice 2 : Niveau Moyen (L'AOP) Soit un montage amplificateur non-inverseur utilisant un AOP idéal. On donne : $R_1 = 2 k\Omega$, $R_2 = 20 k\Omega$, et la tension d'entrée $V_e = 0,5V$.

Calculer le gain en tension $A_v$ de ce montage.
Calculer la tension de sortie $V_s$.

Exercice 3 : Niveau Difficile (Le Transistor) Un transistor NPN est utilisé comme interrupteur.

Tension collecteur-émetteur à saturation : $V_{CE,sat} = 0,2V$.
Tension d'alimentation : $V_{CC} = 10V$.
Résistance de collecteur : $R_C = 1 k\Omega$.
Gain du transistor : $\beta = 50$.

Calculer le courant de collecteur $I_C$ lorsque le transistor est saturé.
Calculer la valeur minimale du courant de base $I_B$ pour assurer la saturation du transistor.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Sciences de l'ingénieur pour aller plus loin

Les cours du soir avec des profs vérifiés arrivent : inscris-toi pour être prévenu(e) en premier.

Être prévenu(e) gratuitement

Autres chapitres de Sciences de l'ingénieur

Analyse fonctionnelle des systèmes Représentation normalisée des systèmes Comportement des systèmes (Cinématique)Matériaux et procédés d'élaboration Circuits électriques et grandeurs électriques Asservissement et régulation