Bases de l'électronique

Un article de Wikibot.

Vous pouvez cliquer sur le titre d'un chapitre pour accéder à l'article détaillé (s'il existe, bien sûr)

Sommaire 1 Tension et courant 2 Résistances 3 Condensateurs 4 Bobinages 5 Quartz 6 Diodes 7 Transistors 8 Les régulateurs de tension 9 Électronique TTL

[modifier] Tension et courant

Le courant électrique est composé de mouvement d'électrons. Ces électrons vont d'un point à l'autre, du moins vers le plus . On peut comparer cela a de l'eau dans les tuyaux. Globalement, plus la tension (exprimée en Volt) est élevée, plus on les électrons vont vite. Et plus il y a de flux d'eau qui passe, plus le courant (exprimé en Ampère) est élevé. Donc un courant de 1Volt et 0.01 ampère c'est un peu comme un petit ruisseau qui descend normalement la pente. 1000Volt et 100 ampères, c'est les chutes du Niagara. Si on passe à 0.001 ampère, c'est les mêmes chutes, mais quasiment à sec.

La tension est notée U, l'intensité du courant est notée I.

On utilise un générateur pour fournir du courant : piles, tension EDF, transformateur

[modifier] Résistances

Une résistance est système qui s'oppose au déplacement des électrons. Ce système empêche le courant de passer en cours circuit. Plus la résistance est élevée, plus le courant sera faible à tension égale. La résistance est notée R. Elle est comptée en Ohms ( Ω ). 1 Ohms est une résistance trés faible, 100 MegaOhms est une résistance très forte (presque plus de courant ne peut passer).

La formule reliant la tension au bornes de la résistance et le courant qui la traverse est donné par : U=RI c'est la loi d'ohm

[modifier] Condensateurs

Un condensateur est une sorte de cuvette de rétention. Le condensateur soumis à une tension va se charger en électricité. Si la tension cesse, le condensateur va se décharger, générant lui même la tension en fonction de se capacité. Le condensateur ne laisse pas passer le courant continu. En courant alternatif, le condensateur va se charger et se décharger au rythme des fluctuations. Il provoque un effet sur les montées et les descentes de tension puisqu'il prend une partie de l'énergie en montée de tension et restitue la tension si celle-ci baisse.

Les approximations : Haute frequence condensateur = fil/circuit fermé Basse frequence/continu = circuit ouvert Peuvent permettre de comprendre les filtres simple (Passe haut, passe bas) à base de condensateurs. Evidemment les fréquences limites dépendent de la valeur de la capacité.

L'unité est le Farad (F) C'est une unité trés importante et l'on parle souvent de picofarad ou de nanofarad

Lois  :
courant/tension : Ic = C x dUc/dt
Charge Q = CV
Energie E = CU²/2
Impedance Z = 1/jCw
(C : capacité (Farad), I : courant (A), Uc: tension aux bornes du condensateurs (V))

Les condensateurs permettent notamment :
- Traitement du signal : De faire des filtres pour couper certaines fréquences
- Alimentation : de stocker de l'energie au plus près des autres composants pour répondre rapidement aux brusques appels de courant : on parle de capacité de découplage. Un minimum est d'ajouter une capacité de découplage de 100nF au moins sur l'alimentation de chaque composant, le plus près possible

[modifier] Bobinages

Un bobinage parcouru par un courant génère un champ magnétique. En courant continu, cela se comporte comme un fil, mais en courant alternatif, le bobinage s'oppose aux variations de courant, mais pas aux variations de tension.

Une bobine, une inductance est une sorte d'inverse d'un condensateur. Cela peut se voir dans le fait qu'une bobine doit être placée en série pour stocker de l'énergie, quand un condensateur est placé en parallèle.

Les bobines ont plusieurs usages différents. Dans certains montages, elles remplacent les grosses capacités coûteuses (alimentation à découpage). Elles peuvent servir pour du filtrage même si un filtre de 2ième ordre apporte beaucoup de problème par rapport à un filtre du 1er ordre à base de condensateur et de résistance.

Elles servent aussi de filtres antiparasitage. En série sur une alimentation, elles servent par exemple à découpler la masse de moteur très bruitée avec celle de l'électronique (self de choc). Les pics de tension visibles sur cette masse ne sont plus transmis à électronique. On peut filtrer davantage en faisant passer les 2 fils d'alimentation sur la même bobine, cela enlève une autre composante du bruit.

La difficulté dans ce filtrage est la notion de saturation de la bobine. En gros, dans le monde réel et pas dans les exos du lycée, l'inductance d'une bobine est fonction du courant qui la traverse. Un matériau de base traversé par 3A se comporte exactement comme un fil. L'énergie est stocké sous forme d'un champ magnétique dans le matériau au coeur de la bobine. Or celui-ci sature et l'inductance baisse avec l'intensité. Seul l'air ne sature pas, mais il faut pour cela ne pas avoir besoin de valeur élevée d'inductance (sinon la bobine est énorme).

Les bobines sont souvent appelées inductances par glissement de sens (l'inductance est une propriété des bobines)

L'unité est le Henry (H).

Lois:

tension/courant: Ui = L x dIi/dt (indice i = inductance)

[modifier] Quartz

Un quartz est un composant qui soumis à un courant se contracte. Cela provoque l'arrêt du passage du courant et le quartz se dilate à nouveau. Le quartz est donc alimenté en courant continu et génére un signal alternatif. La fréquence se mesure en Hertz (Hz). Le quartz rends souvent des fréquences très élevée et l'on a recours à des composants diviseurs de fréquence.

[modifier] Diodes

La diode est un composant dont le but est de n'autoriser le passage de courant que dans un seul sens. Pour que le courant passe, il faut une tension minimale au bornes de la diode (0,7V en général). La diode laisse alors passer le courant, tout en ayant consommé un peu de tension. Si l'on branche à l'envers la diode, elle ne laisse pas passer le courant, mais il ne faut pas exagérer non plus... Il existe une tension de claquage (dommage) Certaines diodes sont prévues pour fonctionner en inverse ce sont les diodes Zener. En polarité inverse, elle force une tension à leur borne. La fonction peut servir de régulateur de tension, mais elle est moins précise.

Les diodes lumineuses (DEL en francais, LED en anglais) ont le même fonctionnement que les diodes, mais elles émettent de la lumière en prime. La tension minimale dépend de la LED, qui peut demander jusqu'à 2V pour une rouge, et jusqu'à 4V pour une bleue. Les LED sont généralement prévues pour un courant de 20mA, mais il peut varier de 1mA pour les LED à faible consommation à 50mA ou plus pour les LED puissantes. Les rendements lumière/courant sont très variables suivant la qualité du composant. La tension qu'une LED peut supporter en polarisation inverse est généralement de l'ordre de 5V.

Il existe des diodes dites "schotky" (BYW ???). Celle-ci sont dites "rapide" par rapport à une diode classique. Dans une diode normal, pour couper le courant, il faut une certaine quantité de charge avant que la diode ne s'inverse. Dans le cas de courant fort (>> 1A) et de changement rapide, une diode classique ne suffit pas.

Ce type de diode est utilisé comme diode de roue libre pour protéger les ponts en H et dans les alimentations à découpages.

[modifier] Transistors

Un transistor est un composant à 3 pattes qui se comporte globalement comme un interupteur commandé par un signal. On commande via la patte qui se nomme la base et cela provoque le passage de courant du collecteur vers l'émetteur (il s'agit la des deux autres pattes). On peut s'en servir pour amplifier le courant de la base par un coefficient nommé le gain qui est variable d'un transistor à l'autre.

[modifier] Les régulateurs de tension

Il existe des régulateurs de tension qui recoivent en entrée un courant continu dont la tension n'est pas forcément celle qu'il nous faudrait. On utilise alors un régulateur de tension pour le mettre à la tension fixe souhaitée. On ajoute des condensateurs à l'entrée et à la sortie du composants pour compenser les pics de courant. On prends par exemple un 7805 pour obtenir du +5V et un 7812 pour obtenir un 12V constant. Le 7905 rends quant à lui du -5V.

Pour obtenir une tension positive sur ces composant il faut une tension positive un peu plus élevée (le 7805 fournit du 5V à partir de 7V environ, mais ca dépend du régulateur). Pour obtenir une tension négative, il faut partir d'une tension négative un peu plus élevée (un 7905 a besoin d'une entrée à -7V environ)

Il faut bien comprendre que ce genre de composant ont un rendement très faible. Si on veut obtenir du 5V a partir de 12V avec un 7805, si on prend un courant de 1 A. Pour 5W de puissances utiles, 7W part en chaleur dans le régulateur ! (sur un vieux modèle, il peut griller, sur un nouveau, il va se mettre en protection si son radiateur n'est pas assez gros)

Un régulateur est donc adapté dans les faibles puissances ou lorsque la différence de tension entre l'entré et la sortie est faible (régulateur LDO, low drop out). Cette différence peut être aussi petite que 0.5V. L'utilité de tel régulateur est justement la régulation. La tension sera toujours meilleur(moins de bruit, etc..).

[modifier] Électronique TTL

L'électronique TTL est une électronique basée sur la logique binaire (soit un 0, soit un 1). Le principe du TTL est de fournir un signal entre 0 et 5Volts. Le 0V représente 0 logique, le 5V représente 1 logique. Il existe différents composants parmi lesquels on trouve :

• Les opérations logiques (ET, OU, NON, OuExclusif (XOR)) et leurs combinaisons
• Les flips-flops
• Les compteurs dont la mission est de compter les impulsions et de ressortir le résultat sur les différentes pattes du composant. Ils peuvent servir en diviseurs de fréquence