Physique des dispositifs électroniques et des lignes de transmission

lelec1755  2021-2022  Louvain-la-Neuve

Physique des dispositifs électroniques et des lignes de transmission
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5 crédits
30.0 h + 30.0 h
Q1
Enseignants
Flandre Denis (coordinateur(trice)); Oestges Claude;
Langue
d'enseignement
Français
Préalables
Ce cours suppose acquises les notions de base de physique de l'électricité et des ondes, telles qu'enseignées dans les cours LEPL1201, LEPL1202, LEPL1203.
Thèmes abordés
Ce cours vise à identifier et mettre en oeuvre les lois de base de l'électromagnétisme (partie 1) et des dispositifs électroniques (partie 2) en vue de leurs applications dans les cours avancés des filières électricité, électromécanique ou physique appliquée.
Acquis
d'apprentissage

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

1 a. Contribution de l'activité au référentiel AA (AA du programme)
Axe 1 (1.1, 1.2, 1.3), Axe 2 (2.2), Axe 3 (3.2)
b. A l'issue de ce cours, l'étudiant sera en mesure de :
Partie 1 : Electromagnétisme
  • Mettre en équation et résoudre de manière rigoureuse les problèmes électrostatiques et magnétostatiques comportant des distributions de charges et de courants de formes canoniques dans le vide, en précisant les hypothèses simplificatrices utilisées.
  • Mettre en équation les problèmes de calcul de champs électrostatiques et magnétostatiques dans et autour de structures diélectriques et magnétiques de permittivité et perméabilité connues et de formes canoniques, en appliquant adéquatement les conditions aux limites.
  • Calculer les résistances, inductances et capacités distribués de structures géométriques de formes simples.
  • Calculer les champs, forces et tensions induites dans un circuit magnétique.
  • Calculer les champs électromagnétiques sur les lignes de transmission et utiliser leur circuit équivalent pour dimensionner des circuits d'adaptation d'impédance à l'aide de tronçons de ligne et d'éléments discrets en utilisant l'abaque de Smith.
Partie 2 : Dispositifs électroniques
  • Identifier et décrire les mécanismes physiques du fonctionnement de la jonction PN, du transistor bipolaire et du transistor MOS de tailles microniques,
  • en dériver les modèles mathématiques de leurs caractéristiques électriques en régimes statiques et petits-signaux basse fréquence,
  • les représenter graphiquement,
  • comparer et discuter ces modèles avec des caractéristiques de dispositifs réels.
Acquis d'apprentissage transversaux :
Vérifier les unités des différentes variables et termes qui apparaissent dans les équations constitutives d'un modèle
 
Contenu
Le cours contient les outils nécessaires à la résolution des problèmes d'électromagnétisme et de lignes de transmission classiques et permet aux étudiants de mettre ces outils en pratique dans la résolution de problèmes simples. Une grande attention est portée à la démarche de modélisation de problèmes pratiques et à leur mise en équation. Les équations disponibles sont peu nombreuses, la difficulté réside principalement dans le choix de la forme des équations la plus adéquate (équations intégrales ou différentielles, coordonnées cartésiennes ou sphériques, etc.) pour le problème posé.
La partie dispositifs électroniques utilise une démarche similaire. Les équations sont adaptées et simplifiées au cas des semiconducteurs. Sur cette base, la physique des dispositifs semiconducteurs principaux est mise en équation et les résultats confrontés à leurs caractéristiques réelles. Les conditions de validité des modèles simples, leurs limites et corrections de second ordre sont largement discutées.
Méthodes d'enseignement
Le cours est organisé autour des cours théoriques et des séances d'exercices (en présentiel ou distanciel selon la situation sanitaire).
Les enseignants privilégient la bonne connaissance des notions de base.
Les exercices permettent d'apprendre à maîtriser la mise en oeuvre des équations de Maxwell pour la résolution de problèmes simples d'électromagnétisme.
Dans la partie dispositifs électroniques, il s'agit de résoudre des problèmes simples de physique des semiconducteurs et des dispositifs de base.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
La partie "lignes de transmission" et la partie "dispositifs électroniques" comptent chacune pour la moitié de la note finale, sauf si une lacune importante est constatée dans une des deux parties.
Un examen dispensatoire est normalement (cfr. moodle) organisé en novembre pour la partie "lignes de transmission" (exercices, avec un formulaire). Dans ce cas, les étudiants ayant obtenu plus de 12/20  à cet examen peuvent choisir de conserver ou non leur note (pour cette partie) pour les sessions de janvier et/ou août (cette note n'est cependant pas reportée à l'année académique suivante).
L'évaluation de la partie dispositifs électroniques est constituée de l'examen écrit organisé en session, et éventuellement sur base de tests écrits réalisés pendant le quadrimestre. 
Bibliographie
Livre de référence pour la partie "lignes de transmission" : Engineering Electromagnetics, Hayt et Buck, McGraw Hill, 7e édition, ainsi que des extraits disponibles sur moodle.
Notes sur Moodle pour la partie "dispositifs électroniques". Quelques livres de référence sont disponibles à la BST :
« Physique des dispositifs semi-conducteurs », De Boeck Université, J.-P. Colinge et F. Van de Wiele
« Operation and modeling of the MOS transistor», Y. P. Tsividis, McGraw-Hill Book Company.
"Physics of semiconductor devices", S. M. Sze, Wiley.
Faculté ou entité
en charge


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

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [120] : ingénieur civil physicien

Mineure en sciences de l'ingénieur: électricité (accessible uniquement pour réinscription)

Filière en Electricité

Mineure en Electricité