Analog and digital electronics

lphys2101  2020-2021  Louvain-la-Neuve

Analog and digital electronics
En raison de la crise du COVID-19, les informations ci-dessous sont susceptibles d’être modifiées, notamment celles qui concernent le mode d’enseignement (en présentiel, en distanciel ou sous un format comodal ou hybride).
10 crédits
45.0 h + 45.0 h
Q1
Langue
d'enseignement
Anglais
Préalables
LPHY1221 pour les étudiant.e.s du Bachelier en sciences physiques qui souhaitent suivre cette unité d'enseignement dans le cadre de l'Approfondissement en sciences physiques. Avoir suivi LPHYS1201 constitue un atout.
Pas de prérequis pour les étudiants ayant obtenu un diplôme de Bachelier en sciences physiques et qui possèdent donc déjà une connaissance élémentaire de :
-       la théorie de circuits,
-       l'algèbre complexe et transformée de Laplace.
Thèmes abordés
Cette unité d'enseignement est destinés à familiariser l'étudiant.e aux aspects fondamentaux de l'appareillage électronique en métrologie moderne. Il est divisé en deux parties: la première partie traite les points essentiels de l'électronique linéaire dans le cadre des semi-conducteurs et des petits signaux. Une deuxième partie est dédiée à une introduction à l'électronique numérique et aux systèmes d'acquisition de données. Les deux parties doivent être suivies en parallèle et les liens entre ces deux parties seront faits lors de travaux pratiques et lors d'un projet personnel.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1
  1. Contribution de l'unité d'enseignement aux acquis d'apprentissage du programme (PHYS2M et PHYS2M1)

    AA1: 1.2,1.5, 1.6, 1.7
AA2: 2.2, 2.3
AA3: 3.4
AA4: 4.1, 4.2
AA5: 5.1,5.3
AA6: 6.4, 6.5
  1. Acquis d'apprentissage spécifiques à l'unité d'enseignement
Au terme de cette unité d'enseignement, l'étudiant.e sera capable de :
1.     décrire le mode de fonctionnement des composants électroniques, analogique et numérique de base ainsi que ses limitations ;
2.     simuler à l'aide du logiciel LTSPICE la réponse des circuits électroniques de base ;
3.     analyser et calculer les montages de base utilisés couramment en physique dans la lecture des capteurs/détecteurs ;
4.     analyser et dessiner une machine d'états finis ;
5.     faire la liaison entre un système d'acquisition électronique des données et l'ordinateur au moyen d'un protocole de communication simple.
 
Contenu
Partie électronique analogique.
1. Outils de simulation en électronique LTSpice-IV.
2. Analyse de circuits passifs composés d'éléments linéaires et permanents.
3. La diode à semi-conducteur.
4. Le transistor bipolaire.
5. Le transistor unipolaire ou FET à effet de champs.
6. Amplificateur différentiel. Amplificateur opérationnel.
7. Lignes de transmission.
8. Les bruits.
Partie électronique numérique et acquisition de données.
1. Signaux et systèmes numériques et analogiques.
2. Systèmes de numérotation, opérations et codes.
3. Portes logiques et combinaisons de portes.
4. Logique combinatoire : additionneurs, décodeurs, comparateurs, multiplexeurs, ,..
5. Logique séquentielle : bascules, minuteries, registres à décalage, compteurs, …
6. Compteurs : machines à états finis .
7. Logique programmable : VHDL.
8. Transmission de données.
9. Conversion de signal : ADC, DAC, …
10. Bus et interfaces : bus série et parallèle, USB, I2C, ethernet.
Méthodes d'enseignement

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Cours théorique et séances d’exercices :
            - cours magistral en auditoire ;
            - résolution de problèmes en auditoire.
Travaux pratiques dirigés d’électronique analogique (obligatoires) :
            - étude expérimentale de circuits de base ;
            - simulation en LTSPICE des circuits ;
            - rapports après chaque séance.
Projet : dévelopement d’un système d’acquisition avec un FPGA ou RaspberryPi :
            - implementation d’un protocole de lecture serie (type I2C, USB, …) ;
            - monitorats dispensés par les  enseignant.e.s/assistant.e.s.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

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L'évaluation se fait sur base de :
Partie Electronique analogique:
  • rapports de laboratoire (25%) ;
  • examen écrit : 5 ou 6 questions + 3 problèmes (25%) ;
Parite Electronique numérique:
  • Cote sur des exercices choisis (25%). Evaluation continue
  • présentation d'un  projet d’acquisition : interrogation orale (25%).
En fonction des conditions sanitaires les modes d'évaluation peuvent se faire en distanciel.
Bibliographie
  1. Electronic Principles, A. Malvino & D.J. Bates, McGraw Hill (2007).
  2. Microelectronic circuits, Sedra & Smith, Oxford University Press (2004).
  3. Digital Fundamentals, 11th Edition (http://www.pearsonglobaleditions.com/Sitemap/Floyd/), Thomas Floyd, Ed. Pearson.
  4. Acquisition de Données. Du Capteur à l'Ordinateur, Georges Asch et collaborateurs, Ed. Dunod.
Faculté ou entité
en charge
Force majeure
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
La crise sanitaire implique des incertitudes quant aux modalités d’évaluation en particulier pour la session de janvier. La modalité retenue pour ce cours est :
  • Examen écrit et oral via Teams


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [60] en sciences physiques

Approfondissement en sciences physiques

Master [120] en sciences physiques