Capteurs : température, pression, courant, position (Hall, effet Doppler).
Actionneurs : moteurs, relais, valves, LEDs.
Communication : liaison série, Bluetooth, Wi-Fi, CAN bus, LoRa.
Consommation énergétique : \( E = P \times t \) → crucial pour les systèmes sur batterie.
📱 Exemple : une carte Arduino (ATmega328) : 8 bits, 16 MHz, 2 kB RAM, 32 kB Flash. Idéale pour prototypage embarqué.
2. Électronique numérique – portes logiques et circuits
L'électronique numérique manipule des signaux binaires (0 et 1). Tensions typiques : TTL (0V/5V), CMOS (0V/Vdd).
Portes logiques fondamentales
ET (AND) S=1 si toutes entrées = 1
OU (OR) S=1 si au moins une entrée = 1
NON (NOT) Inverseur
NAND ET + NON (universelle)
Algèbre de Boole : \( \overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B} \) (théorème de De Morgan)
Circuits combinatoires : la sortie ne dépend que des entrées (décodeurs, multiplexeurs, additionneurs). Circuits séquentiels : la sortie dépend aussi de l'état précédent (bascules, compteurs, registres).
3. Télécommunications – support et modulation
Transmettre un signal électrique sur une distance nécessite souvent une adaptation (ligne, fibre, onde radio).
Modulations analogiques
AM (amplitude) : \( s(t) = A(t) \cos(\omega_c t) \) – radio grand public.
FM (fréquence) : robuste au bruit – radio Hi-Fi.
Modulations numériques
ASK, FSK, PSK, QAM (ex: QAM256 utilisé en TV numérique, Wi-Fi).
Canal de transmission : paire torsadée (Ethernet), coaxial (câble TV), fibre optique (haut débit), hertzien (5G, Wi-Fi).
📡 Débit maximal (loi de Shannon-Hartley) : \( C = B \log_2(1 + S/N) \) (bit/s). Le rapport signal/bruit limite la capacité du canal.
4. Compatibilité électromagnétique (CEM) – émissions et immunité
Un équipement ne doit pas perturber son environnement (émission) ni être perturbé par lui (immunité).
💾 Exercice 1 – Algèbre de Boole
Simplifier l'expression \( S = A\cdot B + A\cdot \overline{B} + \overline{A}\cdot B \).
\( A\cdot B + A\cdot \overline{B} = A(B+\overline{B}) = A \).
\( S = A + \overline{A}\cdot B \). On utilise \( A = A + A\cdot B \) → \( S = A + A\cdot B + \overline{A}\cdot B = A + B(A+\overline{A}) = A + B \).
Réponse : \( S = A + B \) (fonction OU).
📡 Exercice 2 – Capacité de canal (Shannon)
Un canal téléphonique a une largeur de bande 3,4 kHz et un rapport S/N de 30 dB. Quel est le débit maximal théorique ?
S/N (linéaire) = \( 10^{30/10} = 1000 \).
\( C = B \log_2(1+S/N) = 3400 \times \log_2(1001) \approx 3400 \times 9,97 \approx 33,9\,\text{kbit/s} \).
C'est la limite théorique de Shannon (modems V.34 ~ 33,6 kbit/s).
🛡️ Exercice 3 – Blindage CEM
Expliquer pourquoi un blindage en cuivre (ou aluminium) est efficace contre les champs électriques mais moins contre les champs magnétiques basse fréquence.
Un blindage conducteur réfléchit les champs électriques (effet de peau). Pour les champs magnétiques basse fréquence, on utilise un blindage magnétique (mu-métal, acier doux) qui canalise les lignes de champ.
☀️ Exercice 4 – Panneau photovoltaïque
Un panneau de 400 Wc reçoit un ensoleillement de 1000 W/m² sur 1,6 m². Quel est son rendement ? Si l'ensoleillement descend à 600 W/m², quelle puissance produit-il (rendement identique) ?
🚗 Exercice 5 – Véhicule électrique autonomie
Un VE consomme 18 kWh/100 km. Batterie 75 kWh. Calculer autonomie théorique. Si le conducteur recharge à 22 kW (borne AC), combien de temps pour passer de 20% à 80% ?