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Le laboratoire des circuits et appareils électroniques de base est l'un des premiers cours de génie électrique auquel assisteront les étudiants. Ces derniers se familiariseront ici avec les mesures électriques de base qu'ils réaliseront à l'aide d'instruments de laboratoire tels que les multimètres numériques, les alimentations, les générateurs de fonctions et les oscilloscopes. Après avoir acquis une certaine compétence dans l'utilisation de ces instruments, les étudiants commenceront à apprendre le fonctionnement des composants de base tels que les résistances, les diodes, les transistors et les amplificateurs opérationnels. À la fin de leur session de formation en laboratoire, les étudiants devraient être capables de concevoir, d'assembler et d'utiliser des circuits électroniques de base et posséder les compétences nécessaires pour mesurer et caractériser leurs créations.
Keithley propose différents instruments pour laboratoire de formation, tous conçus pour accélérer et simplifier cet apprentissage en laboratoire. En tant que leader de l'instrumentation pour laboratoire électronique, Keithley comprend l'importance d'une parfaite compréhension de l'art de la métrologie, notamment pour les étudiants en ingénierie. Pour que l'apprentissage en laboratoire soit le plus instructif possible, Keithley propose une gamme diversifiée d'instruments tels que les multimètres numériques de la série 2000 ainsi que les SourceMeter des séries 2400 et 2600A, lesquels conviennent parfaitement pour les étudiants des circuits et appareils électroniques de base.
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Example 1: |
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Comparaison des mesures de résistance à 2 fils et à 4 fils à l'aide d'un multimètre numérique |
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La loi d'Ohm définit une relation entre la tension U aux bornes d'un composant, le courant I qui le traverse et la résistance R de ce composant : R = U/I.
Les multimètres numériques à deux bornes délivrent un courant de mesure à travers les cordons de mesure connectés à leurs entrées HI-LO. Ce système ohmique à deux fils convient pour la majorité des applications de mesure de résistance (RL) La chute de tension (RI) dans les cordons de mesure peut toutefois provoquer des imprécisions qui ressortent dans les mesures de faibles résistances. Voir la figure à gauche.
Les mesures ohmiques à quatre fils, ou Kelvin, permettent de contourner la chute de tension aux bornes de RL ben amenant deux cordons de mesure à haute impédance près de la RXinconnue. L'intensité du courant dans le circuit de détection est très faible du fait de l'impédance élevée, il n'existe donc quasiment aucune chute de tension et la tension mesurée par les bornes de détection est la même que celle aux bornes de RX.
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Example 2: |
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Utilisation d'un appareil de mesure à source, tel qu'un voltmètre, un ampèremètre, une alimentation ou une charge de puissance pour mesurer des tensions, des intensités, des résistances ainsi que la caractéristique I/U et le tracé de courbes. |
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| Les appareils de mesure à source, ou SMU, peuvent être utilisés en tant que source autonome de tension constante ou de courant constant et aussi en tant que voltmètre ou ampèremètre autonome. Leur réel intérêt réside cependant dans leur aptitude à alimenter et mesurer simultanément, c'est-à-dire appliquer une tension à un composant soumis aux essais (la charge) et mesurer le courant qui le traverse ou encore délivrer un courant à une charge et mesurer la tension à ses bornes, comme dans la mesure de résistance par exemple. La topologie de base d'un SMU est illustrée à gauche, conjointement avec différentes configurations de SMU. |
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Les SMU sont les instruments centraux pour les essais de caractérisation I/U, par exemple pour étudier les principes fondamentaux des diodes et des transistors. Les SMU vous permettent d'effectuer des mesures telles que la tension directe, le courant de fuite inverse et la tension de claquage des diodes. La combinaison de deux SMU permet à l'étudiant de comprendre les principes des transistors, par exemple en réalisant des essais de tension de seuil, du beta et des paramètres de transconductance et en produisant une série de courbes de semiconducteur comme illustré ci-dessous.
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Example 3: |
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Génération de signaux électriques fondamentaux pour tester les circuits électroniques |
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Tous les étudiants en génie électrique sont amenés à utiliser des signaux. Au laboratoire des circuits et appareils électroniques de base, les étudiants apprennent comment des signaux tels que des sinusoïdes, rectangles, rampes, impulsions et même le bruit passent à travers les circuits électroniques. L'outil de base pour générer ces signaux est le générateur de fonctions. Ces instruments produisent des signaux dont les paramètres tels que l'amplitude, la fréquence et la forme sont facilement maîtrisés. En combinaison avec de puissants logiciels générateurs de signaux, l'étudiant peut réaliser ses expériences sur les circuits électroniques rapidement et en toute simplicité.
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| Logiciel KiWAVE. Ce logiciel générateur de signaux permet à l'étudiant de créer des formes d'onde standard telles que des sinusoïdes, des rectangles, des rampes, des impulsions et du bruit tout en gérant la mémoire des signaux. Avec KiWAVE, l'utilisateur peut visualiser les signaux en unités réelles et y apporter des modifications. Les signaux peuvent ensuite être téléchargés vers le générateur de fonctions/signaux arbitraires Keithley. |
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Exemple d'affichage tracé d'un signal sinusoïdal, carré, rampe ou triangulaire. |
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Example 4: |
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Utilisation d'un générateur de signaux/fonctions arbitraires de 50 MHz à hautes performances pour générer des signaux uniques ainsi que des porteuses et modulations radioélectriques de base |
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Il est très souvent nécessaire de créer des signaux électriques dont la forme n'est pas sinusoïdale, rectangulaire ou en rampe. On utilise à cet effet un générateur de signaux/fonctions arbitraires. Pour simplifier la procédure de génération du signal dans un laboratoire de formation, il est conseillé d'utiliser un logiciel générateur de signaux tel que l'utilitaire KiWAVE de Keithley.
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| Logiciel générateur de signaux KiWAVE Ceci est un exemple d'utilisation du logiciel KiWAVE pour générer un signal sinusoïdal simple |
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| Tracé d'un signal de synchronisation |
Tracé d'un signal d'amortissement |
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| Tracé d'un signal de bruit |
Tracé d'un signal cardiaque |
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| Tracé d'un signal modulé en amplitude |
Tracé d'un signal modulé en fréquence |
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| Tracé d'un signal modulé par déplacement de fréquence |
Tracé d'un signal modulé en largeur d'impulsion |
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Solution de test |
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Les multimètres numériques représentent le type d'équipement de test le plus couramment utilisé pour les mesures de base de la tension, de l'intensité et de la résistance. Les multimètres numériques de précision à hautes performances Keithley de la série 2000 satisfont à toutes les exigences de mesure pour les laboratoires des circuits et appareils électroniques de base. Le modèle d'entrée de gamme, Modèle 2100, dispose de 11 fonctions de mesure qui couvrent les paramètres les plus couramment mesurés ainsi que des fonctions standard d'un multimètre tels que les mesures de Volts, Ohms, Ampères et de température par sonde résistive. À cela viennent se rajouter les correcteurs mathématiques mX+B, dB et dBm pour des applications de mesure plus spécialisées.
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| Multimètre numérique modèle 2100 |
Pour les mesures sur des composants actifs tels que les diodes, transistors et amplificateurs opérationnels, les instruments SourceMeter série 2400 et Système 2600 de Keithley combinent plusieurs instruments de test en un seul boîtier.
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| Modèle 2602A SourceMeter Système à deux voies |
Ces instruments combinent les fonctions d'une alimentation de précision, d'une source de courant vrai et d'un multimètre numérique. Les instruments de la série 2600A comprennent également un générateur de signaux arbitraires, un générateur d'impulsion U ou I avec mesure, une charge électronique et un contrôleur de déclenchement. Cette fonctionnalité intégrée permet d'éliminer un grand nombre des instruments de laboratoire qui étaient précédemment nécessaires et occupaient beaucoup de place sur la paillasse. En utilisant ces instruments en combinaison avec le logiciel LabTracer de Keithley comme illustré ci-dessous, les étudiants peuvent, d'un simple clic de souris, réaliser des mesures qui exigeaient jusqu'à présent de coûteux traceurs de courbes. |
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Pour générer des signaux sur une paillasse de laboratoire, Keithley a réuni les exceptionnelles performances du générateur de signaux/fonctions arbitraires 3390 avec le prix le plus compétitif du marché pour offrir aux laboratoires de formation une fonctionnalité de génération de signaux et une flexibilité supérieures à un prix inégalé.
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Le Modèle 3390 génère des signaux extrêmement stables et précis qui permettent aux étudiants de créer à peu près n'importe quelle forme souhaitée. Pour atteindre ce niveau de performances et de fonctionnalité, il emploie des techniques de synthèse numérique directe (DDS). L'exceptionnelle qualité du signal du Modèle 3390 est le résultat de sa haute résolution, de ses temps de montée et de descente courts et de sa mémoire profonde. Ceci combiné avec son faible prix en fait la solution idéale pour les applications dans une bande passante de 50 MHz et au-dessous. Cet instrument est facile à utiliser. Dans la majorité des cas, une simple pression sur une touche en face avant ou quelques clics de souris sur votre PC suffisent pour générer ou modifier un signal.
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| Modèle 3390 Générateur de signaux/fonctions arbitraires |
Ci-après les exceptionnelles performances et fonctionnalités du Modèle 3390 :
- Fréquence maximale d'un signal sinusoïdal 50 MHz
- Fréquence d'impulsion 25 MHz avec largeur d'impulsion 10 ns
- Générateur de signal arbitraire de 256 kpoints, résolution 14 bits
- Générateur de fonctions intégré pour signaux sinusoïdaux, rectangulaires, triangulaires, bruit, DC, etc.
- Impulsions et signaux rectangulaires de précision avec temps de montée/descente courts (<10ns)
- Base de temps externe de 10 MHz intégrée pour la synchronisation de plusieurs appareils
- Modulation AM, FM, PM, FSK, PWM intégrée
- Modes balayage en fréquence et rafale
- Interfaces Ethernet conforme LXI Classe C, USB conforme TMC et GPIB standard
- Port de sortie et fonctions de commande de modèle numérique
Le Modèle 3390 est le seul instrument de sa catégorie qui dispose d'un mode modèle numérique. Celui-ci offre la possibilité d'émettre des modèles arbitraires de 16 bits par le biais d'un connecteur multipolaire qui se trouve à l'arrière de l'instrument. Cette fonctionnalité peut être utilisée pour des applications telles que le test direct des signaux d'horloge et de données en envoyant des protocoles simples aux appareils soumis aux essais et en simulant des fonctions de commande simples. L'ensemble de logiciel Keithley KiWAVE vous permet en outre de créer facilement des modèles complexes et longs qui pourront ensuite être générés par le Modèle 3390 à différentes vitesses et amplitudes.
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| Génération d'un modèle numérique avec KiWAVE |
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L'ensemble logiciel KiWAVE, fourni avec le Modèle 3390, vous assiste vous-même et vos étudiants dans la définition et la création de signaux arbitraire personnalisés, la gestion de la mémoire des signaux, l'application de filtres aux signaux et la représentation des signaux sur un PC. |
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| Logiciel générateur de signaux KiWAVE |
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Pour en savoir plus sur la sélection de l'instrument de mesure idéal pour votre laboratoire d'électronique, consultez notre nouveau :
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