Fiche de révision : Prolégomènes d’électronique

📋 Plan du Cours

1. Électronique et modèle biologique
2. Définition et histoire de l’électronique
3. Électromagnétisme et propagation
4. Signaux biologiques et électroniques
5. Chaîne de traitement biomédical
6. Numérisation et convertisseur CAN
7. Courants et effets physiques
8. Résistance et composants électroniques

📅 Repères chronologiques

1. 1785Coulomb formule la loi décrivant la force électrostatique entre deux charges.
2. 1800Alessandro Volta invente la pile électrique, appelée pile voltaïque.
3. 1827Georg Ohm établit la loi d’Ohm de la résistance électrique.
4. 1860Maxwell établit les lois de l’électromagnétisme.

📖 1. Électronique et modèle biologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Électronique : Wikipédia — Traite de la génération, de la mise en forme, de l’émission, de la réception et de la gestion de signaux électriques et électromagnétiques permettant de transmettre ou recevoir des informations.

★ À maîtriser

• La nature inspire l’électronique par:
  • son taux d’intégration élevé
  • sa consommation d’énergie optimisée
  • ses fonctions complexes
  • sa fiabilité
  • son adaptabilité

Compléments

• Un microprocesseur mesure environ 1 cm, tandis qu’une cellule mesure environ 5 à 50 micromètres et résulte de 3,8 milliards d’années d’évolution.

💡 Astuce mémo

Microprocesseur compact et récent, cellule ancienne et adaptable

📖 2. Définition et histoire de l’électronique

📝 Points essentiels

• En 1947, Bell Labs invente le transistor à semi-conducteur, puis le circuit intégré apparaît en 1958 et le microprocesseur en 1971.

💡 Astuce mémo

Coulomb → Volta → Maxwell → transistor → microprocesseur

📖 3. Électromagnétisme et propagation

🔑 Notions clés & Définitions

• Loi de Coulomb : Indique que la force électrostatique entre deux charges est proportionnelle au produit des charges, inversement proportionnelle au carré de leur distance et portée par la droite qui les relie.
• Force de Lorentz : Force subie par une particule chargée placée dans un champ électromagnétique.

📝 Points essentiels

• Les équations de Maxwell comprennent:
  • l’équation de Maxwell-Faraday
  • l’équation de Maxwell-Ampère
  • l’équation de Maxwell-Gauss
  • l’équation de Maxwell-Thomson

📐 Formule — En une dimension et sans charge, une solution harmonique de l’équation de propagation peut s’écrire $A=A_0\cos(\omega t-kx)$, où k est le vecteur d’onde et ω la pulsation.

💡 Astuce mémo

Charges et courants → champs électromagnétiques → propagation des signaux

📖 4. Signaux biologiques et électroniques

📝 Points essentiels

• Un signal biologique peut être:
  • une molécule
  • une variation de concentration
  • un métabolite
  • un stimulus physique
  • un signal électrique

📌 Les signaux électroniques sont de nature électrique et peuvent être analogiques ou numériques.

💡 Astuce mémo

Signal biologique multiforme, signal électronique électrique

📖 5. Chaîne de traitement biomédical

🔑 Notions clés & Définitions

• Transducteur : Transforme un signal d’entrée physique, biologique ou chimique en signal de sortie électrique.

📝 Points essentiels

• 🔄 La chaîne de traitement comprend: la capture du signal, le traitement analogique, la conversion analogique-numérique, le traitement numérique dans l’appareillage biomédical

💡 Astuce mémo

Patient → capteur → analogique → CAN → numérique → appareillage

📖 6. Numérisation et convertisseur CAN

📝 Points essentiels

📌 Une information analogique correspond à une variation continue d’une grandeur physique, tandis qu’une information numérique est représentée par des valeurs discrètes sous forme binaire.

📐 Formule — Pour un convertisseur analogique-numérique à n bits, la résolution théorique, appelée aussi quantum ou pas de progression, vaut $q=\frac{V_{ref}}{2^n-1}$.

📐 Formule — Pour une tension d’entrée VE, la valeur décimale de sortie d’un CAN est donnée par $N_d=\frac{V_E}{q}$, puis convertie en binaire.

📌 Selon le théorème de Nyquist-Shannon, la fréquence d’échantillonnage doit être au moins égale au double de la plus grande fréquence présente dans le signal.

💡 Astuce mémo

Analogique continu, numérique discret et binaire

📖 7. Courants et effets physiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Courant électrique : Déplacement de charges électriques, qui peuvent être des électrons, des trous ou des ions.

★ À maîtriser

• La charge élémentaire vaut 1,6×10^-19 C et le courant se définit comme une variation de charge par unité de temps, exprimée en ampères.

• Un courant produit un effet calorifique par effet Joule, un effet chimique comme l’électrolyse et un effet électromagnétique parce qu’il génère un champ magnétique.

Compléments

• Les types de courants sont:
  • le courant de conduction
  • le courant de convection
  • le courant particulaire

💡 Astuce mémo

Déplacement de charges → effets calorifique, chimique et électromagnétique

📖 8. Résistance et composants électroniques

★ À maîtriser

📐 Formule — La résistance électrique d’un fil vaut $R=\rho\frac{l}{S}$, où ρ est la résistivité, l la longueur et S la surface de section.

📐 Formule — La loi d’Ohm relie la tension U, la résistance R et le courant I par $U=RI$.

• Les principales briques électroniques comprennent: les générateurs, les condensateurs, les bobines, les diodes, les transistors, les circuits intégrés analogiques ou numériques

Compléments

• Une thermistance exploite la variation de la résistance avec la température, tandis qu’une photorésistance exploite sa variation avec l’éclairement.

• Le plomb devient supraconducteur, avec une résistivité nulle, en dessous de 7,2 K.

💡 Astuce mémo

Résistivité et géométrie → résistance → loi d’Ohm → circuits

📊 Tableaux de synthèse

Analogique et numérique