Description générale de l’UE PHYIR2

Cette UE vise à fournir aux étudiants les notions de base de physique nécessaires à :

• la compréhension et à la mise en oeuvre des technologies de l’informatique dans les domaines des réseaux et télécommunications, de l’automatisme ;
• la poursuite du cursus dans la section Informatique Industrielle et la section Réseaux et Télécommunications.

L’UE PHYIR2 est divisée en quatre parties, chacune orientée vers des applications dans les domaines des réseaux et télécommunications et/ou de l’informatique industrielle : électronique analogique, électronique numérique, physique du signal, ondes électromagnétiques.

Prérequis

Néant. Néanmoins, des notions de base de physique du secondaire (optique, électricité, électrostatique, électromagnétisme et ondes électromagnétiques) constituent un atout.

Objectifs d’apprentissage

La compréhension des composants, des lois et des principes physiques sous-jacents à :

• la transmission filaire et non filaire de l’information ;
• la conversion entre signal analogique et numérique ;
• la réalisation de portes et de circuits logiques.

Acquis d’apprentissage

À l’issue de cette activité d’apprentissage les étudiants seront capables :

• de concevoir et de réaliser un circuit diviseur de tension à partir de spécifications (jeu de résistances, gain, résistance de charge) ;
• de définir les caractéristiques d’un filtre (type, gain en décibel, fréquence de coupure et bande passante) ;
• de déduire les caractéristiques d’un filtre à partir de son diagramme de Bode ;
• de choisir les caractéristiques des composants d’un circuit RC, RL ou RLC pour concevoir des filtres passe-bas, passe-haut et passe-bande à partir de la fréquence du signal, de la fréquence du bruit et de l’impédance de la charge ;
• d’expliquer d’un point de vue physique et en utilisant les termes adéquats, le fonctionnement d’un transistor en mode tout ou rien ;
• de concevoir et de réaliser à l’aide de portes logiques (TTL ou CMOS) des circuits logiques ;
• d’expliquer d’un point de vue physique et en utilisant les termes adéquats, le lien entre le débit et la bande passante d’un canal de transmission (câble coaxial, paires torsadées) ;
• de déterminer la fréquence d’échantillonnage d’un signal analogique à partir de son spectre de fréquence ;
• d’expliquer d’un point de vue physique et en utilisant les termes adéquats, le fonctionnement d’un convertisseur analogique numérique CAN/CNA ;
• de numériser un signal analogique à l’aide d’un CAN en se basant sur les caractéristiques du signal ;
• d’expliquer d’un point de vue physique et en utilisant les termes adéquats, le fonctionnement des technologies sans-fil.

Méthodes d’apprentissage

• Cours ex cathedra.
• Séances de travaux pratiques de laboratoire.

Plan du cours

Partie électronique analogique :

• Électrocinétique : courant, tension, puissance, énergie, lois de Kirchhoff.
• Circuits linéaires en régime continu : dipôle linéaire, résistances et loi d’Ohm, association de résistances (série/parallèle), théorèmes de Thévenin, Norton et Millman, circuits diviseur de tension.
• Circuits linéaires en régime transitoire : condensateurs, inductances, charge et décharge d’un condensateur dans un circuit RC, circuit RL.
• Circuits linéaires en régime sinusoïdal : impédances complexes, filtres passe-bas, passe-haut et passe-bande, gain, fonction de transfert, bande passante, fréquence de coupure, diagramme de Bode, filtres RC, RL et RLC.
• Composants semi-conducteur : principes de fonctionnement et caractéristiques physiques des semi-conducteurs, diodes et redressement, transistors (bipolaires à jonction et à effet de champs), fonctionnement des transistors en mode tout ou rien.
• Applications : circuits diviseur de tension, filtres ADSL, transmissions filaires (câbles coaxiaux, paires torsadées).

Partie électronique numérique :

• Portes logiques, technologies TTL et CMOS, circuits logiques.
• Applications : additionneur, accumulateur et mémoire.

Partie physique du signal :

• Physique du signal et des capteurs : analyse de Fourier, échantillonnage (théorème de Shannon-Nyquist), quantification, convertisseur analogique numérique, théorème de Shannon-Hartley, principes généraux de fonctionnement des capteurs.
• Applications : analyseur de spectre, convertisseur analogique numérique (CAN/CNA), débit d’un canal de transmission filaire, capteurs (température, luminosité, humidité, …).

Partie ondes électromagnétiques :

• Ondes électromagnétiques : caractéristiques générales, propagation, modulation, principes de fonctionnement des antennes, transmissions sans-fil.
• Applications : technologies Bluetooth, WiFi, RFID, GSM et Satellite.

Bibliographie

• Horowitz & Hill, Traité de l’électronique analogique et numérique, Publitronic Elektor (1996)
• Malvino, Principes d’électronique, Dunod (2002)
• Schommers, L’électronique, pas de panique (3 tomes), Publitronic Elektor (1994)
• Giancoli, Physique Génerale (tomes 2 et 3), DeBoeck Université (1993)
• Boylestad, Analyse de circuits, Editions du Renouveau Pédagogique (1985)