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LICENCE DE SCIENCES ET TECHNOLOGIE Module Elec1A ANNÉE UNIVERSITAIRE 2021-2022

LICENCE DE SCIENCES ET TECHNOLOGIE Module Elec1A ANNÉE UNIVERSITAIRE 2021-2022 Pierre Pribetich Travaux dirigés 1 "On ne peut rien apprendre aux gens. On peut seulement les aider à découvrir qu’ils possèdent déjà en eux tout ce qui est à apprendre." (Galilée) Vous débutez vos études universitaires en électronique. Des générations ont conçu, réalisé des dispositifs électroniques en s’appuyant sur le travail des générations précédentes. Voici un exemple qui traduit cette démarche innovante ....promise à un brillant avenir. 0.1 Memristor Des chercheurs étasuniens septembre 2020 ont mis au point un nouveau type de memristor. En se basant sur la transition de Mott, le memristor peut reproduire l’activité d’un neurone. Selon les chercheurs, ce composant pourrait entrer dans la fabrication d’ordinateurs analogiques ainsi que dans le développement de réseaux neuronaux. 0.2 Reproduire l’activité d’un neurone Un memristor (ou memristance) est un composant électronique passif. Celui-ci a été décrit comme étant le quatrième composant passif élémentaire, avec le condensateur, le résistor et la bobine dans la construction d’un ordinateur analogique. Dans une étude parue dans la revue Nature le 23 sep- tembre 2020, des chercheurs de Hewlett Packard (HP) et des universités Texas AM et de Stanford (ﬁgure 19) décrivent leur dernière innovation. Il est question d’un memristor inédit capable de re- produire l’activité d’un neurone. Il faut savoir que le memristor en question émet des impulsions électriques, mais aussi des séries d’impulsions et des oscillations entretenues. Celui-ci reproduit également d’autres activités neuronales. Rappelons que le memristor est une mémoire électronique changeant sa résistance en fonction du courant qu’on lui applique. En électronique, le memristor (ou memristance) est un composant électronique passif. Il a été décrit comme le quatrième composant passif élémentaire, aux côtés du condensateur (ou capacité), du résistor (ou résistance) et de la bobine (ou inductance). Le nom est un mot-valise formé à partir des deux mots anglais memory et resistor. Un memristor stocke efﬁcacement l’information car la valeur de sa résistance électrique change, de façon permanente, lorsqu’un courant est appliqué. Là où une résistance classique apporte une valeur stable de résistance, un memristor peut avoir une valeur élevée de résistance interprétable dans un ordinateur comme un 1 en termes logiques, et une faible valeur qui peut être interprétée comme un 0 . Ainsi, une donnée peut être enregistrée et réécrite par un courant de contrôle. Dans un certain sens, un memristor est un résistor variable qui, par la valeur de sa résistance, reﬂète sa propre histoire. Le memristor a été prédit et décrit en 1971 par Leon Chua de UC Berkeley, dans un écrit d’IEEE Transactions on Circuit Theory.(Chua Leon O, Memristor—The Missing Circuit Element, vol. CT- 18, 1971, 507-519 p., chap. 5) Depuis 1971, le memristor était un composant hypothétique, aucun exemple physique n’étant connu. En avril 2008 soit 37 ans plus tard, une implémentation physique du memristor a été relatée dans le journal Nature par une équipe de chercheurs des laboratoires HP conduite par R. Stanley Williams (Strukov Dmitri B, Snider Gregory S, Stewart Duncan R, Williams Stanley R, The missing memristor found, vol. 453, 2008, 80-83 p. (DOI 10.1038/nature06932 ) Ce composant proposé est doté d’une résistance, un condensateur et un memristor de Mott. Comme son nom l’indique, ce dernier fonctionne sur le principe de la transition de Mott selon lequel certains matériaux peuvent devenir conducteurs ou isolants selon la température. Dans le cas du memristor, il est question d’une ﬁne couche de dioxyde de nobium (NbO2). Au moment où le memristor reçoit un courant continu, la température du dioxyde de nobium aug- mente. Cela permet au matériau de devenir conducteur, donc la charge contenue dans le condensa- teur peut désormais traverser le matériau. Finalement, la couche de NbO2 redevient un isolant en refroidissant, agissant tel un neurone. Les chercheurs espèrent que cette innovation pourra soute- nir la fabrication d’ordinateurs analogiques et le développement de réseaux neuronaux. Néanmoins, nous n’en sommes pas encore à ce stade et les scientiﬁques désirent poursuivre leurs recherches. La prochaine étape concernera la recherche de matériaux capables de subir la transition de Mott à des températures différentes. Rappelons que le NbO2 ayant été testé dans l’étude atteint 800°C, ce qui pourrait freiner le développement d’appareils complexes. En revanche, les chercheurs pensent que l’oxyde de vanadium (V2O5) peut être une alternative intéressante. Néanmoins, sa tempéra- ture de transition de (60°C) ne permet pas une utilisation dans un centre de données. En effet, les systèmes y atteignent souvent les 100°C. Enﬁn, si ce memristor est prometteur, il faudra encore pa- tienter un long moment avant d’assister à une éventuelle révolution de l’informatique analogique! 2 FIGURE 1 – le memristor 3 LICENCE DE SCIENCES ET TECHNOLOGIE Module Elec1A ANNÉE UNIVERSITAIRE 2021-2022 TD 1 "On ne peut rien apprendre aux gens. On peut seulement les aider à découvrir qu’ils possèdent déjà en eux tout ce qui est à apprendre." (Galilée) Exercice I 1. Rappeler les lois de Kirchhoff, la loi d’Ohm. 2. Démontrer la règle du pont diviseur de tension ﬁg.19. eg R1 u1 R2 u2 • A • B •C • D • E FIGURE 2 – circuit 1 3. Calculer, ﬁg.9, les tensions u,u1,u2 en utilisant la règle du diviseur de tension. E R1 u1 R u R R2 u2 • A •B •C • D • E FIGURE 3 – circuit 2 4 Exercice II On considère le circuit ﬁg.10 : i R1 R2 i1 R3 • A • B • C • D • E • F FIGURE 4 – circuit 3 1. Rappeler la règle du diviseur de courant. 2. Calculer le courant i1 en fonction du courant i. Exercice III On considère le schéma ﬁg.11 : 1. Pour le circuit, ﬁg. 11, identiﬁer — les noeuds, — les mailles. 2. Déterminer, pour le circuit ﬁg.11, l’intensité i qui traverse la résistance R2 et la tension u aux bornes de R3 (a) en faisant des associations de résistances et en appliquant le diviseur de tension. (b) en faisant une transformation Thévenin →Norton et en appliquant le diviseur de courant. (c) Application numérique pour E = 6V , R1 = 100Ω,R2 = R3 = R4 = 50Ω E R1 R2 i R4 R3 u • A • B • C • D • E • F FIGURE 5 – circuit 4 Exercice IV On considère un circuit ﬁg.6 : (a) Calculer UBC, UEF . (b) Déterminer la résistance équivalente entre B et C. (c) Calculer l’intensité I0 circulant dans la branche principale. (d) Calculer le courant circulant dans la branche EF. (e) Calculer l’intensité I circulant dans la branche contenant le générateur E ′(préciser son sens). (f) Calculer les intensités i1 ,i2 et i3 Données numériques :R = 1Ω, E = 5V et E ′ = 3V . 5 E I0 R 2R i2 R i1 R i3 R 2R R E ′ • A •B •C • D • E • F FIGURE 6 – circuit 5 Exercice V Déterminer le générateur de Thévenin entre A et B de la ﬁgure 17 : E R1 R2 i1 i2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 • B • A • C FIGURE 7 – circuit 6 6 LICENCE DE SCIENCES ET TECHNOLOGIE Module Elec1A ANNÉE UNIVERSITAIRE 2021-2022 "On ne peut rien apprendre aux gens. On peut seulement les aider à découvrir qu’ils possèdent déjà en eux tout ce qui est à apprendre." (Galilée) TD 2 Exercice I On considère le circuit ﬁg.19 E0 Rg R0 RC Boîtier i Vs • A • B FIGURE 8 – boîte noire -circuit 1 1. Donner le générateur de Thévenin. 2. Fournir le générateur de Norton. Exercice II Soit le circuit représenté ﬁg.9 : E1 i1 R1 R2 i2 E3 i3 R3 • A • B FIGURE 9 – circuit 2 1. Transformer les sources réelles de tension en sources de courant. 2. Calculer la valeur du courant grâce à la règle du diviseur de courant et au principe de super- position. 7 Exercice III On considère le circuit ﬁg. 10 : R1 E3 R1 R2 i2 E4 R3 R3 FIGURE 10 – circuit 3 1. Transformer les sources réelles de courant en sources de tension. 2. Calculer la valeur du courant grâce à la règle du diviseur de tension et au principe de super- position. Exercice IV- Le principe de vérité... seul le résultat compte! On considère le circuit ﬁg. 11 : R1 i11 R2 i2 E3 R3 i13 • A • B •C • D • E • F FIGURE 11 – circuit 4 1. Transformer le habilement possible le circuit 11 et calculer le courant i11 dans la branche AF . Données : R1 = 1kΩ, R2 = 12kΩ, R3 = 5kΩ, E3 = 24V 8 Exercice V- Admittance...Impédance...! En appliquant la règle d’Or, déterminer les impédances et les admittances des différents circuits. Z1 Z2 • A • B • C FIGURE 12 – A Z1 Z3 Z2 Z4 Z5 • A • B • C • D FIGURE 13 – B Z1 Z3 Z2 Z4 Z6 Z5 • A • B • uploads/Science et Technologie/ td1-2-3-4-memristor.pdf