En théorie, une diode au silicium idéale peut avoir une chute de tension de 0,7V. Mais il est difficile, voire impossible, de fabriquer toutes les diodes réelles avec le même numéro de pièce, avec exactement la même chute de tension. Ainsi, toutes les parties sont accompagnées d'une fiche technique , comme celle-ci, qui énonce généralement les valeurs minimale, typique et maximale pour un paramètre particulier.

Remarque dans ce tableau, aucune valeur typique n'est donnée. Et pour la 1N4148 (une diode très courante), il n'y a qu'un maximum, et pas de minimum comme il y en a pour certaines des autres.

De plus, la valeur n'est affichée que pour un courant particulier, à savoir 10 mA.

Et les autres niveaux de courant? C'est là que les graphiques entrent en jeu. Les fiches techniques sont généralement remplies de graphiques. En voici un qui développe la tension directe par rapport au courant direct:

Contrairement au tableau, qui spécifiait une tension directe maximale à 10 mA, les graphiques montrent généralement la valeur typique. Ainsi, à 10 mA, la tension directe typique est de 720 mV et non de 1V. À 800 mA, la tension monte au-dessus de 1,4 V - deux fois la valeur typique associée aux diodes de silicium.

Les ingénieurs électriciens utilisent ces valeurs du pire des cas, soit le minimum ou le maximum, combinés avec d'autres minimum et maximum d'autres fiches techniques des autres pièces utilisées dans le circuit, pour calculer le pire des cas de comportement d'un circuit et assurez-vous qu'il respecte leurs spécifications de conception.

Parfois, la valeur d'un composant peut être un peu différente, et cela ne fait aucune différence. Par exemple, certains ingénieurs utilisent des résistances pullup 4,99K, et d'autres utilisent 10K. Les deux fonctionneront. Vous n'avez donc pas vraiment besoin d'une valeur précise - vous pouvez utiliser une partie à 20% (si elle existe toujours). Cependant, presque tout le monde utilise de nos jours des résistances à 1% pour tout, car la différence de prix entre les résistances 1% et 5% est pratiquement nulle (généralement 0,0002 $ - 2/100 de cent - en quantités de production).

Les valeurs minimales et maximales des pires cas ne s'appliquent pas uniquement aux circuits analogiques - elles s'appliquent également aux circuits numériques. Un paramètre important est la haute tension minimale sortie par une porte représentant une logique 1. Elle doit être supérieure à la tension d'entrée maximale reconnue comme un 1 à toutes les portes auxquelles elle est connectée. Ce n'est pas un problème au sein de la même famille logique (ils sont conçus pour fonctionner ensemble), mais peut être un problème lors du mélange de familles logiques.

Un autre paramètre qui doit être pris en compte dans les circuits logiques est le délai de propagation, ou à quelle vitesse un signal se propage dans la porte. Il est généralement spécifié en ns.

Juste une réponse très courte : en électronique, les formules TOUTES sont des approximations car certains effets mineurs sont toujours négligés. Plus que cela, dans de nombreux cas - en particulier, si des semi-conducteurs sont impliqués - nous avons des fonctions non linéaires qui sont linéarisées autour du point de fonctionnement. Par conséquent, les formules ne sont valables que pour les petits signaux. De plus, nous ne pouvons jamais éviter les tolérances des pièces et autres incertitudes. Pour ces raisons, la précision requise pour certains calculs doit toujours être jugée par rapport à ces incertitudes indésirables mais inévitables.

MISE À JOUR : Dans ce contexte, je pense qu'il est nécessaire de noter qu'une bonne conception technique doit, bien entendu, faire face à ces incertitudes. Cela signifie: la conception doit être telle que les incertitudes et les tolérances inévitables aient le moins d'influence possible sur les performances finales.

Dans ce contexte, les commentaires négatifs entrent en jeu. La rétroaction négative présente de nombreux avantages (bande passante, résistances d'entrée / sortie, amélioration du THD) et l'un des avantages est: Les incertitudes et les tolérances de l'unité active ont moins d'influence sur la valeur de gain finale.

Exemples: Nous sommes confrontés à des tolérances relativement importantes pour le gain en boucle ouverte Ao des amplificateurs opérationnels; il en est de même pour les caractéristiques de transfert (VGS-ID, VBE-Ic) pour les FET et les BJT. Négatif réduit considérablement la sensibilité à ces paramètres - et la valeur de gain qui en résulte est principalement déterminée par des composants passifs externes.

Le problème de quand faire une approximation est l'une des raisons pour lesquelles l'ingénierie n'est pas seulement une science (appliquée), mais c'est aussi un Art , comme gravé dans le titre de l'un des livres les plus réputés sur le sujet: L'art de l'électronique , Horowitz et Hill.

Cela signifie qu'un ingénieur utilise un beaucoup de règles empiriques lors de la conception de quelque chose et ces règles empiriques sont un mélange entre la pensée rationnelle, la connaissance des modèles mathématiques des composants, la connaissance du contexte spécifique et l'expérience.

Prenant la diode de redressement comme un exemple: quand utiliser l'approximation 0.7V dépend de l'application. Si la diode est utilisée pour redresser une tension de 500Vrms, il est inutile de prendre en compte la petite baisse de 0.7V, et on peut généralement traiter la diode comme idéale (chute de 0V). J'ai dit généralement parce que vous pourriez avoir l'application bizarre où vous avez vraiment besoin de plus de précision. Par exemple, si vous concevez un multimètre haute tension à 7 chiffres avec une plage de 1000V, vous avez besoin de circuits qui peuvent faire la distinction entre 700.000V et 700.700V.

BTW, ce que vous dire à propos de "approximer la formule", cela s'appelle techniquement sélection de modèle . Lorsque nous décrivons le comportement d'un composant, nous utilisons rarement le modèle physique le plus avancé pour cet appareil: la plupart du temps, ce serait exagéré. Il existe un certain nombre de modèles différents pour chaque composant, décrivant son comportement avec un degré de précision différent.

Il existe des tonnes de livres qui enseignent comment concevoir des choses dans des domaines spécifiques de l'électronique et un ingénieur de conception développera le «sentiment» du moment où utiliser une approximation ou un modèle plus précis avec l'expérience et l'apprentissage. Il n'y a pas vraiment de règle mathématique rapide et rapide qui vous indique quand une approximation est correcte. Tout dépend de ce que vous essayez de faire avec un circuit.

Pour utiliser une analogie peut-être colorée: comment décririez-vous une roue de vélo? Choisissez:

1. C'est quelque chose de rond.
2. C'est un anneau métallique recouvert de caoutchouc.
3. C'est un tore en caoutchouc dont le périmètre interne est doublé d'un cadre métallique duquel dépassent des tiges métalliques convergent vers le centre du tore, où ils sont connectés ensemble.

Quand utiliseriez-vous ces descriptions? Probablement 1 est pour les petits enfants, 2 pourrait être acceptable lorsque vous parlez à un enfant de 10 ans, 3 pourrait être une description donnée aux élèves d'un cours de mathématiques dans le contexte d'un exercice de géométrie solide. Comment choisir? Expérience de vie, bien sûr. La même chose est vraie en ingénierie: l'expérience de travail (ou les études, dans des cas simples) vous fait choisir la bonne approximation pour le poste à accomplir.

Vous utilisiez également des formules approximatives en physique et en chimie. Par exemple, la loi des gaz parfaits \ $ PV = nRT \ $ est une approximation qui ignore les interactions moléculaires comme la force de van der Waals. Les classes de niveau supérieur expliquent plus clairement où se trouvent les approximations, ce qui explique probablement pourquoi vous ne l'avez pas remarqué au lycée.

Les approximations sont accompagnées d'un avertissement qui dit "cela ne fonctionne que dans les conditions X, Y et Z sont vrais ". Par exemple, l'approximation de 0,7 volt fonctionne sur des diodes de petit signal en silicium à température ambiante tant que le courant est maintenu raisonnablement faible.

En règle générale, des approximations sont utilisées pour la conception initiale et des modèles / simulations plus détaillés sont utilisés pour la vérification et le peaufinage.

La précision doit être considérée en termes de chiffres significatifs, et non de décimales, si vous considérez les décimales comme étant à droite de la virgule décimale.

Par exemple, une lecture de 125Vdc a 3 chiffres significatifs de précision, tandis qu'une lecture de .002Vdc n'a qu'un seul chiffre significatif de précision. Si la valeur réelle était de .0024Vdc, votre lecture serait décalée de 20%, même si votre résolution est en millivolts.

Si la première lecture de 125Vdc représentait en fait une tension de 125,4Vdc, votre lecture n'est que de 0,32% car c'est la partie de la valeur affichée que représente 0,4Vdc. Pour que les deux valeurs aient la même précision, la seconde serait affichée comme .000200Vdc ou plus probablement 200mV.

Un bon exemple concret de ceci est les valeurs de résistance et les tolérances. La série e24 pour les valeurs de résistance, est pour les résistances avec une tolérance de +/- 5%. Les valeurs à 2 chiffres vont de 1,0 à 9,1 en 24 étapes, chaque résistance étant 10% plus grande que celle en dessous.

Puisque la tolérance est de +/- 5%, il est impossible d'utiliser un troisième chiffre dans la valeur car cela nécessiterait une tolérance de 1% pour être significative.

Pour moi, c'est l'essence même de «l'ingénierie». Les gens passent toute leur vie à ne pas savoir ce que signifie «assez bien». La plupart des ingénieurs que je connais veulent le faire de la «meilleure» ou «bonne» manière, mais les ingénieurs les plus efficaces sont ceux qui savent ce qui est suffisant et quand passer à autre chose. Laissez «parfait» aux scientifiques et aux philosophes.

Ce sera donc un peu ironique, mais je pense que c'est en fait la réponse la plus générale à votre question que vous pouvez obtenir:

Vous utilisez l'approximation qui permet à un produit de sortir à temps pour gagner de l'argent, mais pas si tôt que vous devez gérer trop de bugs ou de problèmes lorsque les clients reviennent avec des problèmes.

Lorsque vous fabriquez des produits de qualité professionnelle dans votre garage, des règles simples telles que " Une chute de 0,7 V à travers une diode "est souvent suffisante. Vous concevrez également des circuits résistants aux petites erreurs. Vous ne concevriez jamais un circuit qui dépend exactement d'une chute de 0,7 V sur une diode.

En passant à des solutions de qualité commerciale, vous apporterez des normes plus strictes. Vous commencerez à utiliser des outils tels que les analyses de sensibilité pour identifier les approximations qui pourraient vous mordre et celles qui sont sûres. Vous constaterez peut-être que les chutes de 0,7 V à travers une diode sont suffisantes pour 90% des diodes de la carte, ce qui signifie que vous n'avez qu'à utiliser les équations plus compliquées pour les 10% restants.

Maintenant, passez à quelque chose plus exigeant, comme le circuit analogique haute vitesse. Soudainement, toutes ces choses que vous pensiez appelées "fils" sont maintenant appelées "antennes" pour une raison quelconque! Maintenant, la forme physique des traces commence à avoir de l'importance, car elle change la façon dont elles rayonnent. Maintenant, vous vous inquiétez des signaux de déphasage car les fils sur lesquels ils sont entrés étaient de longueurs différentes d'un centimètre.

Passez à quelque chose de plus exigeant: comme les circuits analogiques haute vitesse Mil-spec. Désormais, toutes sortes de situations se présentent parce que l'équipement militaire doit fonctionner la première fois. La vie d'un soldat en dépend littéralement. En conséquence, vous pouvez faire encore moins d'hypothèses.

Passez à la conception numérique haute vitesse. Regardez ... à ce stade, les approximations se décomposent tellement que parfois il suffit de faire une simulation au niveau des équations de Maxwell. C'est là que la réalité est si moche, que non seulement aucune des approximations ne fonctionne très bien, mais vous devez de toute façon utiliser des approximations parce que les solutions de forme fermée sont tellement difficiles numériquement. Il existe un livre définitif à ce sujet: Conception numérique à grande vitesse: un manuel de la magie noire.

À chacun de ces niveaux, la réponse est la même: vous utilisez les approximations qui font sortir un produit à temps pour gagner de l'argent, mais sans violer les besoins du client. C'est juste la façon dont l'ingénierie est.

Lors de l'ébauche du circuit, vous pouvez appeler une résistance de 100 ohms 100 ohms exactement. Plus tard, lorsque vous analysez complètement la conception dans le pire des cas et que vous avez décidé d'utiliser une résistance de 5%, vous exécuterez votre analyse à 105 ohms et à nouveau à 95 ohms ... et vous pouvez utiliser 3 chiffres de précision aux limites même si la résistance n'est que de 5%.