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Colloque Pédagogique National GEII Montpellier 2006
Commission 1 : Comment faire apprendre l’électronique ?
Le logiciel de simulation Spice SwitcherCAD
Un outil simple et efficace pour l’apprentissage de l’électronique analogique
Stéphane POUJOULY
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Plan de l ’exposé
1 Le logiciel SwitcherCAD : Ses atouts pour l’apprentissage de l’électronique
2 Un premier exemple en étude & réalisation :Analyseur de spectre audio
3 Un second exemple pour l’étude des boucles à verrouillage de phase
4 Un outil intéressant pour l’analyse des signaux
5 Pour aller un peu plus loin :Utilisation dans l’enseignement des télécoms
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SwitcherCAD : Un choix pédagogique1
Logiciel en téléchargement gratuit sur le site du constructeur
http://www.linear.com
Aucune limitation du nombre de composants et nœuds associés
Ajout de composants et bibliothèques supplémentaires possible
Prise en main très simple pour nos étudiantsUne séance de 3h (S1 ou S2) permet de balayer les principaux types d ’analyses Continue, Harmonique et Temporelle
Fonctionnalités très intéressantes
De nombreux exemples didactiquesRépertoire : C:/Program Files/ LTC/SwCADIII/Examples/Educational
• Un bloc « modulate » permet de simuler un VCO sinusoïdal entièrement configurable• Tracé du diagramme de l ’œil avec une simple directive spice (.baudrate)
• Import et Export des fichiers au format WAV
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Son utilisation dans notre enseignement1
Illustration du fonctionnement d ’un montage électronique
Outil d’auto vérification dans les TD pour nos étudiants
Complément pour des séances de travaux pratiques
Vérification du dimensionnement des montages électroniquespour les séances d ’études et réalisation
Échange facile entre l’enseignant et les étudiants pour du tutorat(un seul fichier au format .asc)
S1
S2
S3
S4
Découverte et prise en main du logicielUtilisation des principaux types d ’analyse (DC,AC, Transient)
Analyse ParamétriqueAutonomie dans le choix du type d ’analyse et dans la configurationAnalyse FFT : première découverte d ’un outil d ’analyse fréquentielle
Analyse Noise
Projet
Analyse FFT : compléments
Utilisation Quasi Autonome
TP
E&R
TD
Cours
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Premier tour d ’horizon1
Saisir le schéma sur la grille de travailConfigurer la(les) source(s) en fonction du type d ’analyse
Lancer la simulation et observer le résultat
Configurer le type d ’analyse (DC,AC ou transient)
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Le logiciel SwitcherCAD : Ses atouts pour l ’apprentissage de l ’électronique
1
2 Un premier exemple en étude & réalisation :Analyseur de spectre audio
Un second exemple pour l ’étude des boucles à verrouillage de phase
3
4 Un outil intéressant pour l’analyse des signaux
Pour aller un peu plus loin :Utilisation dans l ’enseignement des télécoms
5
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E&R : Analyseur de spectre audio2
Schéma synoptique (pour une branche de l ’analyseur)
Format de la séquence pédagogique
Travail demandé
Pré Ampli Audio
Filtrepasse bande Détecteur
d’amplitudeCommande Affichage
Bargraph 10 LEDAudio IN
Microélectret
Sélection de la source
fo
Branche n°i
Positionnement : milieu du Semestre 23 séances de « Bureau d ’étude » avec simulation sur PC / Travail à domicile
5 1/2 journée (4h) consécutives pour la réalisation de l ’analyseur
Chaque binôme d ’étudiants réalise une branche
Objectif collectif : Réalisation des 10 branches
Étude et ou conception des fonctions électroniques
Dimensionnement et vérification avec SwitcherCAD
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Le circuit d ’affichage : analyse DC Sweep2
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Il n ’existe pas de modèle du circuit LM3915 mais une simulation simplifiée est possible
Étude d ’une documentation constructeur et exploitation du schéma synoptique interne
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Le filtre d ’analyse : Analyse AC
Analyse paramétriqueMise en évidence du recouvrement des bandes avec Q= 2
Analyse ACVérification du dimensionnement du filtre passe bande
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2 Le redresseur sans seuil : Analyse « transient »
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Pour amener l ’étudiant à comprendre le schéma d ’un redresseur sans seuil à ampli op
Une version basique : Mise en évidence de la
tension seuil de la diode
Une version améliorée : On opte pour un générateur
de courant
La version finale : Un générateur de courant =
1 Aop + 1 résistance
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Le logiciel SwitcherCAD : Ses atouts pour l ’apprentissage de l ’électronique
1
Un premier exemple en étude & réalisation :Analyseur de spectre audio
2
3 Un second exemple pour l ’étude des boucles à verrouillage de phase
4 Un outil intéressant pour l’analyse des signaux
Pour aller un peu plus loin :Utilisation dans l ’enseignement des télécoms
5
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3 Étude d ’une boucle à verrouillage de phase
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Multiplieur analogique
E(t) = E.cos(ωot+θe)
S(t) = S.cos(ωot+θs)
Filtre de boucle passe bas
M(t)
fcK
Vcp = (K.E.S/2).cos(θe - θs)
Caractérisation d ’un comparateur de phase analogique
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3 Étude d ’une boucle à verrouillage de phase
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VXt
CP FB VCOVCO VY
VX
Caractérisation des plages de fonctionnement
Plage de Poursuite (Maintien)
Plage de Capture
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3 Étude d ’une boucle à verrouillage de phase
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TP Synthèse de Fréquence
Emetteur FM synthétisé
Baladeur MP3
Une maquette didactique SwitcherCAD en complément indispensable pour :
Illustrer le fonctionnement du CP numérique
Modéliser et étudier la PLL en boucle ouverte
Régler le correcteur
Un étudiant heureux !
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Le logiciel SwitcherCAD : Ses atouts pour l ’apprentissage de l ’électronique
1
Un premier exemple en étude & réalisation :Analyseur de spectre audio
2
Un second exemple pour l ’étude des boucles à verrouillage de phase
3
4 Un outil intéressant pour l’analyse des signaux
Pour aller un peu plus loin :Utilisation dans l ’enseignement des télécoms
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Analyse des Signaux : point de vue temporel4
2UVeff =
πUV .2
>=<
Veff = 0,7V
<V> = 0,63V
Calcul de valeurs moyenne et efficace : Directement à partir de la fenêtre graphique
Utilisation d ’un « behavorial voltage » : Il s ’agit d ’un générateur de tension dont la sortie peut être obtenue en écrivant une équation mathématique.De très nombreuses fonctions mathématiques sont disponibles.
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Analyse des Signaux : point de vue fréquentiel4
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Analyse « Noise »
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( )2214)(
RCfkTRfDsπ+
=
HznVkTR /8,124 =
nVCkTRMSnoise 4,643==
4
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Le logiciel SwitcherCAD : Ses atouts pour l ’apprentissage de l ’électronique
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Un premier exemple en étude & réalisation :Analyseur de spectre audio
2
Un second exemple pour l ’étude des boucles à verrouillage de phase
3
4 Un outil intéressant pour l’analyse des signaux
5 Pour aller un peu plus loin :Utilisation dans l ’enseignement des télécom
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Modulation GMSK / Compromis temps fréquence5
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Tracé du diagramme de l ’œil : Une directive spice .baudrate 2k
Analyse FFT : Influence du filtre gaussien (paramètre BT)
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5 SwitcherCAD et son utilisation en télécom
Il existe encore de nombreuses applications
mais il est temps de conclure ………...
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En conclusion : démarrer avec SwitcherCAD
Télécharger le logiciel sur le site du constructeur
http://www.linear.com
Utiliser le tutorial mis à votre disposition
Rubrique Ressources logicielles puis rubrique Simulation Spice SwCAD
Installer des bibliothèques supplémentaires
http://stephane.poujouly.free.fr
Bibliothèque SP.lib (Bloc fonctionnel etc…)
D ’autres documents à venir...
Utiliser, Copier, Modifier les exemples fournis
Indispensable
Pour info
Pour vous aider
http://groups.yahoo.com/group/LTspice
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Merci pour votre
attention
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