L'lectronique de zroPar Basil1402 , olyte et uknow

www.siteduzero.com

Licence Creative Commons 6 2.0 Dernire mise jour le 2/12/2012

2/171

SommaireSommaire ........................................................................................................................................... Lire aussi ............................................................................................................................................ L'lectronique de zro ........................................................................................................................ Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires ............................................................................. 2 3 5 6

Prsentation et mise en garde .......................................................................................................................................... 6Prsentation ................................................................................................................................................................................................................ 6 Pourquoi choisir d'apprendre l'lectronique ? ............................................................................................................................................................. 6 Risques de l'lectricit sur le corps humain ................................................................................................................................................................ 8 Les effets du courant lectrique sur le corps humain .................................................................................................................................................. 8 Comment s'en protger ? .......................................................................................................................................................................................... 10 Responsabilit : qui ? ................................................................................................................................................................................................ 10

L'lectricit ....................................................................................................................................................................... 11Analogie .................................................................................................................................................................................................................... La source d'nergie ................................................................................................................................................................................................... Le gnrateur ............................................................................................................................................................................................................ Le rcepteur .............................................................................................................................................................................................................. L'essentiel ................................................................................................................................................................................................................. Le courant ................................................................................................................................................................................................................. Les charges lectriques ............................................................................................................................................................................................ La notion de conductibilit ......................................................................................................................................................................................... Sens du courant ........................................................................................................................................................................................................ Intensit du courant ................................................................................................................................................................................................... Notions avances : l'intensit, a se calcule ! ........................................................................................................................................................... La tension .................................................................................................................................................................................................................. La masse : une rfrence ......................................................................................................................................................................................... Notion de rfrentiel .................................................................................................................................................................................................. La masse ................................................................................................................................................................................................................... La puissance ............................................................................................................................................................................................................. Effet joule .................................................................................................................................................................................................................. Puissance .................................................................................................................................................................................................................. 12 12 12 13 13 14 14 16 16 18 20 21 23 23 23 24 24 25

Application ....................................................................................................................................................................... 27Lecture et criture d'un schma ................................................................................................................................................................................ 27 Un peu de vocabulaire .............................................................................................................................................................................................. 27 Courant et tension ..................................................................................................................................................................................................... 28 Branchement en srie et en parallle ....................................................................................................................................................................... 28 Les gnrateurs ........................................................................................................................................................................................................ 30 Gnrateurs continus ................................................................................................................................................................................................ 31 Gnrateurs non continu ........................................................................................................................................................................................... 32 Gnrateurs priodiques ........................................................................................................................................................................................... 33 Les formes connues de signaux ............................................................................................................................................................................... 34 Les rcepteurs ........................................................................................................................................................................................................... 36 Les rcepteurs passifs .............................................................................................................................................................................................. 37 Les rcepteurs actifs ................................................................................................................................................................................................. 37

Lois fondamentales ......................................................................................................................................................... 37Introduction ................................................................................................................................................................................................................ 38 La loi d'Ohm .............................................................................................................................................................................................................. 39 La loi des mailles ....................................................................................................................................................................................................... 39 La loi des nuds ....................................................................................................................................................................................................... 41 Gnralits et nonc de la loi .................................................................................................................................................................................. 41 Application un circuit lectrique : ............................................................................................................................................................................ 41 Exercice d'application ................................................................................................................................................................................................ 43

Partie 2 : [Thorie] Les composants fondamentaux passifs de l'lectronique ................................... 46Les composants lectroniques ........................................................................................................................................ 47 Que vont-ils bien pouvoir nous raconter ? .......................................................................................................................................................... Quelques dfinitions .................................................................................................................................................................................................. Et a ressemble quoi, concrtement ? ................................................................................................................................................................... C'est fini ? .................................................................................................................................................................................................................. Actifs ou passifs ? ..................................................................................................................................................................................................... Les composants passifs ............................................................................................................................................................................................ Des composants actifs .............................................................................................................................................................................................. Les composants passifs fondamentaux .................................................................................................................................................................... Introduction aux rgimes ........................................................................................................................................................................................... La notion de rgime .................................................................................................................................................................................................. Les diffrents rgimes ............................................................................................................................................................................................... Notre rgime de travail .............................................................................................................................................................................................. Le spectre d'un signal ............................................................................................................................................................................................... Les proprits du signal sinusodal ........................................................................................................................................................................... 47 47 48 52 52 52 53 53 54 54 55 55 57 59

Rsistance et rsistor ...................................................................................................................................................... 61Dbutons simplement... ............................................................................................................................................................................................ 61 La rsistance ............................................................................................................................................................................................................. 61 Le rsistor .................................................................................................................................................................................................................. 63 La pratique ................................................................................................................................................................................................................ 65 Utiliser un rsistor ..................................................................................................................................................................................................... 65 Exercices ................................................................................................................................................................................................................... 67

www.siteduzero.com

Sommaire

3/171

Les associations ........................................................................................................................................................................................................ 69 Montage srie ............................................................................................................................................................................................................ 69 Montage en drivation ............................................................................................................................................................................................... 70 Pont diviseur de tension ............................................................................................................................................................................................ 72 Les rsistors variables .............................................................................................................................................................................................. 75 Le potentiomtre ....................................................................................................................................................................................................... 75 Les autres rsistors variables ................................................................................................................................................................................... 82 Code couleur ............................................................................................................................................................................................................. 83

Le condensateur en rgime continu ................................................................................................................................ 88Introduction et principes ............................................................................................................................................................................................ 88 Commenons par les principes ................................................................................................................................................................................. 89 Charge d'un condensateur ........................................................................................................................................................................................ 89 Dcharge d'un condensateur .................................................................................................................................................................................... 91 Capacit d'un condensateur ...................................................................................................................................................................................... 91 Notion de temps ........................................................................................................................................................................................................ 92 Charge et dcharge d'un condensateur travers un rsistor ................................................................................................................................... 92 Calcul de la charge accumule ................................................................................................................................................................................. 96 Les associations ........................................................................................................................................................................................................ 97 Association parallle ................................................................................................................................................................................................. 97 Association srie ....................................................................................................................................................................................................... 98 Exercice ..................................................................................................................................................................................................................... 99 Technologies ........................................................................................................................................................................................................... 100 Plus de proprits ! ................................................................................................................................................................................................. 100 Les condensateurs non polariss ........................................................................................................................................................................... 102 Condensateurs lectrolytes chimiques (polariss). .............................................................................................................................................. 103 Les condensateurs variables .................................................................................................................................................................................. 105

La bobine ....................................................................................................................................................................... 106Gnralits .............................................................................................................................................................................................................. 106 Qu'est ce qu'une bobine ? ....................................................................................................................................................................................... 106 A quoi a ressemble ? ............................................................................................................................................................................................. 106 Symbole .................................................................................................................................................................................................................. 107 O est-ce qu'on en trouve ? .................................................................................................................................................................................... 107 Influence d'une bobine dans un circuit .................................................................................................................................................................... 107 Proprits d'une bobine .......................................................................................................................................................................................... 109 L'inductance ............................................................................................................................................................................................................ 109 La bobine relle ....................................................................................................................................................................................................... 112 Les associations de bobines ................................................................................................................................................................................... 113 La bobine en rgime continu ................................................................................................................................................................................... 114 Le soft-start .............................................................................................................................................................................................................. 114 Les relais ................................................................................................................................................................................................................. 114 La bobine en rgime variable .................................................................................................................................................................................. 115 L'impdance d'une bobine ....................................................................................................................................................................................... 115 Retard de phase ...................................................................................................................................................................................................... 116 Comportement frquentiel ....................................................................................................................................................................................... 117 Pour aller plus loin ................................................................................................................................................................................................... 117 Le phnomne d'induction ...................................................................................................................................................................................... 117 Exemples d'applications du phnomne d'induction ............................................................................................................................................... 119

Partie 3 : [Thorie] L'amplificateur oprationnel ou AOP ................................................................. 121L'amplification d'un signal ............................................................................................................................................. 122Rappels sur les signaux .......................................................................................................................................................................................... 122 Notions sur l'amplification ........................................................................................................................................................................................ 123 Principe de l'amplification ........................................................................................................................................................................................ 123 Les types d'amplifications ....................................................................................................................................................................................... 124 L'amplification par l'exemple ................................................................................................................................................................................... 125 Gnralits sur les amplificateurs ........................................................................................................................................................................... 126 Un amplificateur, c'est quoi ? .................................................................................................................................................................................. 126 Fonctionnement d'un amplificateur quelconque ...................................................................................................................................................... 128 Caractristiques universelles .................................................................................................................................................................................. 129

Partie 4 : [Thorie] Les composants base de semi-conducteur ................................................... 133Introduction aux semi-conducteurs ............................................................................................................................... 134Un semi... quoi ? ..................................................................................................................................................................................................... Un tout petit peu de physique quantique ................................................................................................................................................................. Isolant, conduteur, semiconducteur ........................................................................................................................................................................ Les lments semi-conducteurs ............................................................................................................................................................................. Les semi-conducteurs intrinsques et extrinsques ............................................................................................................................................... Semi-conducteurs intrinsques ............................................................................................................................................................................... Le dopage chez les semi-conducteurs extrinsques .............................................................................................................................................. Proprits des dopants ........................................................................................................................................................................................... Les diffrents dopages ............................................................................................................................................................................................ La jonction PN ......................................................................................................................................................................................................... Que se passe-t-il une jonction PN ? ..................................................................................................................................................................... Polarisation d'une jonction et application ................................................................................................................................................................ 134 134 135 136 138 138 139 139 140 141 141 142

La diode ......................................................................................................................................................................... 145La diode ................................................................................................................................................................................................................... 145 Avant de commencer .............................................................................................................................................................................................. 145 Symbole .................................................................................................................................................................................................................. 145 Polarit .................................................................................................................................................................................................................... 146 Rgime continu ....................................................................................................................................................................................................... 146 Utilisation ................................................................................................................................................................................................................. 146 Caractristiques ...................................................................................................................................................................................................... 147 Rgime variable ...................................................................................................................................................................................................... 149

www.siteduzero.com

Lire aussi

4/171

Suppression d'alternance ........................................................................................................................................................................................ 149 La diode Zener ........................................................................................................................................................................................................ 152 Fonctionnement ...................................................................................................................................................................................................... 153 quivalence ............................................................................................................................................................................................................. 156 Diversit des diodes ................................................................................................................................................................................................ 157 Cas d'utilisation de la diode ..................................................................................................................................................................................... 157 Autres diodes .......................................................................................................................................................................................................... 159

Le transistor en rgime de saturation ........................................................................................................................... 159Prsentation ............................................................................................................................................................................................................ 160 Le transistor ............................................................................................................................................................................................................. 160 Le transistor bipolaire .............................................................................................................................................................................................. 161 Rgime de saturation .............................................................................................................................................................................................. 163 Fonctionnement en rgime de saturation ................................................................................................................................................................ 163 Utilit du montage ................................................................................................................................................................................................... 166 Conclusion .............................................................................................................................................................................................................. 167 Le transistor PNP .................................................................................................................................................................................................... 168

www.siteduzero.com

Lire aussi

5/171

L'lectronique de zro

Par

olyte et

uknow et

Basil1402

Mise jour : 02/12/2012 Difficult : Intermdiaire

Dure d'tude : 2 mois

5 450 visites depuis 7 jours, class 2/25 Bonjour toutes et tous ! Si vous tes ici, mme s'il s'agit d'un hasard, c'est qu'il y a une trs grande probabilit que vous ayez envie de vous documenter ou d'apprendre l'lectronique. Quels sont les principes de base ? Comment connatre les composants et pouvoir les utiliser pour faire des montages ? Comment faire ses propres montages ? Telles sont les questions auxquelles nous vous amneront des rponses afin de satisfaire vos besoins sur le sujet. Nous commencerons le cours "en douceur" par les formules et les lois ncessaires et fondamentales connaitre en lectronique. Ce sera peut-tre un peu long au dbut, mais ds que vous aurez assez de maniabilit avec ces lois et formules, vous pourrez ensuite vous divertir par l'apprentissage de l'utilisation des composants fondamentaux de l'lectronique. Nous vous proposerons aussi quelques exercices qui vous permettrons de mettre en application ce que vous aurez appris au fil de votre lecture. Puis viendra le moment o vous serez fin prt pntrer plus en profondeur dans le milieu de l'lectronique en apprenant utiliser des composants trs polyvalent tels les Amplificateurs OPrationnels (AOP) et qui permettent, non pas de faire des miracles, mais de rendre vos montages lectronique intelligent, dans le sens o ils seront en mesure de traiter des signaux dans le but de ragir un "vnement" donn. Ensuite, nous continuerons voyager vers des domaines trs utiliss de l'lectronique (filtres, semiconducteurs) qui vous permettront d'amliorer vos montages. Pour terminer, nous nous attaquerons un domaine spcifique trs intressant que sont les infrarouges. Enfin, pour ne pas nous quitter sur de long chapitres plein de thorie, mais aussi d'lments pratiques, nous terminerons le cours par une bonne dose de pratique essentielle l'lectronicien. Nous aborderons l'outillage et les appareils de mesures ncessaire la fabrication et au dpannage de cartes lectronique, puis nous enchainerons sur des exemples d'utilisations de composants de bases afin de vous montrer leur fonctionnement rel et les piges viter lors de tests de mise en uvre. Sachez toutefois que le domaine de l'lectronique est tellement vaste que nous ne pouvons pas vous prsenter toutes les facettes de cette science. Nous allons cependant vous expliquer l'essentiel afin que vous puissiez rapidement raliser vos propres montages. Le but de ce tutoriel n'est pas de vous former pour un mtier, mais de vous enseigner l'utilisation de l'lectronique. Il ne remplace pas les cours traits par les enseignants en milieu scolaire et n'a pas pour but de suivre un programme scolaire en particulier. Il est crit pour tout le monde. Nous ne ferons aucun moment de l'lectronique programme dans ce tutoriel. Si cela vous intresse vraiment, vous pouvez aller lire cet autre tutoriel.

Avis donc tous les amateurs, les hobbyistes, les professionnels et les tudiants : vous venez de dnicher la perle rare ! Avant de poursuivre, sachez qu'il y a quelques prrequis : il faut avoir un minimum de connaissances mathmatiques et savoir ce que sont des quations et lire des graphiques. Pas plus, ni moins.

www.siteduzero.com

L'lectronique de zro

6/171

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairesIl est, avant toutes choses, primordial de commencer par apprendre les bases de l'lectricit et ne pas se lancer, tte baisse, l'assaut des composants sans avoir acquis ces bases. Je l'admet, ce sera un peu rbarbatif, mais tout lectronicien qui se vaut est pass par l ! Alors ouvrez grand vos yeux, vous allez faire vos premier pas en lectronique... Bon voyage !

Prsentation et mise en gardeLe monde merveilleux de l'lectronique nous ouvrira ses portes seulement lorsque l'on sera prt comprendre les phnomnes physiques que l'on va manipuler ainsi que les risques encourus. Pour cela, nous allons commencer par faire une rapide explication de ce qu'est l'lectronique et de ses domaines de prdilection. Nous poursuivrons par une explication non exhaustive des phnomnes physiques qui constituent l'lectronique. Enfin, ce n'est qu' ce moment-l que nous pourrons nous diriger vers une partie plus intressante : l'apprentissage du fonctionnement et de l'utilisation des composants lectroniques de base.

PrsentationPendant ces deux derniers sicles, aprs de nombreuses dcouvertes scientifiques sur l'lectricit et sur son application, l'lectronique est apparue. Bien des composants ont t invents au tout dbut, mais leur application avait une tendue limite notamment cause de la place qu'ils occupaient et de l'impossibilit d'tre exploits et fabriqus en grande quantit. Plus les annes avanaient, plus l'lectronique se miniaturisait et se fiabilisait.

Pourquoi l'lectronique a-t-elle t invente ?Avec les guerres, l'lectronique fut un domaine favoris car trs utilis dans la fabrication d'engins de combat et de matriel militaire, mais aussi la communication par radio. Aujourd'hui, elle vient s'imposer dans nos foyers en amliorant notre confort quotidien. La physique, la mdecine et l'lectronique elle-mme sont favorises par les applications possibles de l'lectronique grce au matriel de plus en plus sophistiqu et performant. Son seul but est donc d'amliorer le confort et de permettre la recherche scientifique de faon plus aise.

Qu'est-ce que l'lectronique ?Avant de nous lancer dans l'apprentissage de l'lectronique, il est bon de savoir ce que c'est exactement. Je vais reprendre en partie la dfinition que nous offre Wikipedia pour vous l'expliquer. L'lectronique est une science qui permet l'tude de structures qui traitent des signaux lectriques, le but tant de transmettre ou de recevoir des donnes ou de l'nergie afin de crer des systmes plus ou moins complexes et autonomes. Ces systmes utilisent des sources d'nergie pour pouvoir fonctionner. En gnral, il est question d'association de sous-systmes pour en crer de gros qui prsentent la caractristique de raliser plusieurs tches diffrentes et parfois en mme temps. On peut trouver deux branches en lectronique : l'lectronique de signaux et l'lectronique de puissance. Nous parlerons uniquement de l'lectronique qui utilise des signaux car l'lectronique de puissance se rvle plus dangereuse manipuler (mais fera l'objet d'un cours part entire).

tendue de l'lectroniqueCela peut paratre vident pour certains, mais moins pour d'autres : l'lectronique est prsente partout dans notre quotidien, que ce soit dans les pays riches et dvelopps o elle amliore le confort et la recherche ou dans les pays pauvres qui recyclent les objets lectroniques afin de subvenir leurs besoins, par exemple. Prenons quelques exemples d'appareils lectroniques. Le premier qui nous viendrait l'esprit est celui que vous utilisez en ce moment mme, en lisant ce cours : le smartphone ou l'ordinateur. Tous deux fonctionnent avec de l'lectronique. Un exemple plus anodin : la montre que vous portez au bras fonctionne grce un circuit lectronique.

Pourquoi choisir d'apprendrewww.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

7/171

l'lectronique ?V une question assez vaste tout de mme ! Pourquoi diable se lancer dans l'apprentissage de l'lectronique ? oil Plusieurs raisons sont valables. Afin de vous en convaincre, nous expliquerons par la suite pourquoi c'est un bon choix. Attention cependant, nous ne vous incitons pas apprendre l'lectronique, nous vous prsentons simplement les aspects bnfiques que nous apporte cette science.

Avenir de l'lectroniqueJe n'aurais certainement pas cr ce tutoriel s'il n'y avait pas eu d'avenir certain pour l'lectronique. Pour vous donner quelques exemples rsultant de cette science, voici un petit rsum des avances technologiques permises par l'lectronique. Ces dernires dcennies, l'lectronique a marqu le domaine de la physique et des recherches scientifiques grce ses innovations technologiques telles que le microscope lectronique et effet tunnel, les acclrateurs de particules, l'ordinateur et la plus importante (surtout l'une des premires) : la calculatrice ! Toutes ces avances ont permis des volutions incroyables dans bien d'autres domaines comme la mdecine, la chirurgie, le domaine militaire, les constructions mcaniques (voitures, machines-outils) et du btiment, etc. L'lectronique, aprs de nombreux services rendus, n'a pas cess d'exister et nous tonne mme encore. Dans un futur proche, il se pourrait bien que l'on se retrouve dans un monde proche du dcor du film Avatar de James Cameron (en matire de technologie). Les tlphones portables seront flexibles et transparents, ainsi que les crans. Tout sera miniaturis tel point que l'espionnage sera devenu banal dans la vie de tous les jours car rendu extrmement facile. Plus intressant maintenant : les jeux vido ! Ce ne seront plus les mmes qu'actuellement, ils imiteront la ralit avec perfection ; si bien que l'on risquera de se croire vivant dans un monde virtuel ! Mais pour en arriver l, il faut des personnes comptentes en informatique, certes, mais surtout en lectronique pour concevoir le cocon qui plongera le joueur dans le monde virtuel.

Utilit de l'lectronique quoi cela va vous servir d'apprendre l'lectronique ? Eh bien, il y a plusieurs rponses possibles, ceci selon vos gots. En effet, devenir technicien en lectronique peut tre l'envie ou le rve de certains (autrement dit : faire de l'lectronique son mtier). D'autres prfreront tout simplement savoir se servir de l'lectronique afin de raliser leurs propres montages ayant une utilit pour leurs propres besoins ou ceux des autres. En outre, ces deux possibilits se recoupent puisqu'elles ont un objectif en commun : concevoir l'lectronique de demain ! Dans les deux cas, vous tes bien tomb en venant lire ce tutoriel sur l'lectronique ! Il vous permettra de vous prparer pour entrer dans une section lectronique de l'enseignement ou bien de vous permettre de crer des montages simples. Parmi eux : sirne, clignotant lumineux, dtecteur d'inondation, alimentation, amplificateur audio

Mtiers de l'lectroniqueJe ne vais pas vous faire une fiche dtaille de chaque mtier que compte l'lectronique dans ses effectifs, cela serait bien trop long et fastidieux, mais je vais vous montrer les dbouchs possibles avec un bon niveau en lectronique et aussi la place qu'il y a dans ce domaine. Premirement, si l'on veut trouver un bon emploi dans une entreprise qui tourne sans difficult, il faut malheureusement faire des tudes et passer des diplmes qui sont reconnus nationalement et/ou internationalement. Pour plus de renseignements sur ces formations pr-bac ou post-bac, il suffit de rechercher sur Internet en allant par exemple sur le site de l'Onisep. V une liste non exhaustive des mtiers que l'on peut trouver dans le domaine de l'lectronique (liste que j'ai honteusement oici pompe sur Internet ). Citation : Onisep.fr La recherche amont : ingnieur d'tudes avances ; ingnieur d'tudes avances doctorant. L'laboration de la proposition : architecte systme logiciel ;

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairesarchitecte systme matriel. Le dveloppement : ingnieur tudes ingnieur tudes ingnieur tudes ingnieur tudes ingnieur tudes et dveloppement en lectronique analogique ; et dveloppement en logiciels de simulation ; en mcanique et thermique (dans le domaine spatial) ; et dveloppement en optique ; et dveloppement en logiciels.

8/171

La production, les tests et l'intgration : technicien mthodes ; responsable industrialisation ; technicien d'essai et d'intgration. Les services et le support : responsable de soutien logistique intgr ; technicien de services et supports oprationnels. D'autres mtiers : ingnieur de programme ; acheteur industriel ; ingnieur commercial ; ingnieur assurance qualit.

On peut dire que vous avez du choix !

Risques de l'lectricit sur le corps humainSi manipuler quelque chose que l'on ne voit pas est difficile, manipuler quelque chose de mortel que l'on ne voit pas non plus est dangereux. Cette chose, c'est l'lectricit. Plus jeune, on vous a certainement dit qu'il ne fallait pas mettre les doigts dans une prise ; sachez que lorsque l'on manipule l'lectricit, certaines rgles s'ajoutent ! Il y a certains points dangereux qu'il ne faut absolument pas ngliger sous peine de commettre des erreurs irrversibles dans les cas les plus graves. L'lectronique n'est pas sans danger, retenez-le !

Je le rpte donc, l'lectronique est une science assez dangereuse mettre en uvre si l'on ne prte pas attention aux moyens qui permettent d'viter tout risque !

Nous parlerons des grandeurs lectriques dans le prochain chapitre. Mais avant cela, nous allons prsenter les risques de l'lectricit sur le corps humain. Revenez donc lire ce qui suit (si cela vous intresse) aprs avoir lu le chapitre suivant.

Si l'lectricit est dangereuse, c'est parce que le corps humain est sensible au courant lectrique d'autant plus que nous ne disposons d'aucun sens qui nous permette de ressentir le passage du courant travers notre corps. L'lectrocution reprsente environ deux cents dcs par an en France.

Les effets du courant lectrique sur le corps humainLe corps humain se comporte comme une rsistance dont la valeur est variable selon les individus, plus ou moins rsistants, et en fonction de leur peau : si cette dernire est sche, la rsistance sera leve, si au contraire elle est humide, la rsistance sera

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairesfaible. Partant de ce principe, la norme NF C 15-100 permet d'tablir des courbes de scurit :

9/171

Ces courbes dlimitent dans le repre t=f(Uc) la dure maximum dexposition sans danger mortel en fonction de la tension de contact Uc et du type de local : UL = 12 V : local immerg (piscine, sauna, milieu extrieur...) ; UL = 25 V : local avec point d'eau (cuisine, salle de bain...) ; UL = 50 V : local sec (bureau et toutes les autres pices d'une habitation).

titre informatif, ce tableau vous permettra d'apprhender les niveaux de risque du courant sur le corps humain : Effets Lgre sensation de picotement Sensation vidente Douleurs, mais contrle musculaire conserv Douleurs et incapacit de lcher le mtal Courant continu Courant alternatif 0,6 - 1,0 mA 3,5 - 5,2 mA 41 - 62 mA 51 - 76 mA 0,3 - 0,4 mA 0,7 - 1,1 mA 6 - 9 mA 10 - 16 mA

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairesDifficults respiratoires (paralysie de la cage thoracique) 60 - 90 mA Fibrillations cardiaques (dans les 3 secondes) 500 mA 15 - 23 mA 65 - 100 mA

10/171

En lectronique, on utilisera uniquement l'lectricit dans le domaine de la trs basse tension (abrge TBT). C'est le domaine o la tension minimale est de 0 volt et la tension maximale est de 24 volts. A priori , la tension ne posera pas de problme, mais faites trs attention au courant !

Comment s'en protger ?Bien entendu, pour viter tout accident, vous devez respecter quelques rgles toutes simples.

L'espace de travailIl faut : un poste de travail dgag, solide, plat et si possible avec une table et un sige confortable un clairage suffisant ; des espaces de rangement pour ranger les outils et composants ncessaires. ;

La scuritUtilisez une source de courant indpendante : prfrez une alimentation stabilise (avec isolation galvanique par transformateur) ou des piles plutt qu'un branchement direct sur le rseau EDF. Faites toutes les vrifications possibles avant la mise sous tension : vrifiez que votre circuit lectronique ne possde pas de court(s)-circuit(s) et que la source d'alimentation est adapte au circuit. loignez tout liquide, animal et jeune enfant. V ous devez tre seul sur votre espace de travail. Travaillez en bonne forme (aucun travail lorsque vous tes fatigu, distrait ou ventuellement malade). Toute manipulation d'un circuit ou d'un appareil lectronique doit se faire HORS TENSION ! Au risque de me rpter, l'lectronique n'est pas sans danger ! Toutes ces rgles sont importantes et doivent tre respectes, sans quoi vous engagez votre responsabilit et surtout votre vie et celle des autres dans le pire des cas !

J'espre ne pas vous avoir fait peur en vous donnant toutes ces prcautions !

Responsabilit : qui ?En tout cas, j'ai bien insist sur les points incontournables ! Mais ce que je ne pas encore voqu, c'est la responsabilit engage lors de vos actions. Dveloppons.

VOUS TES LE SEUL RESPONSABLE DE VOS MANIPULATIONS !Sur ce point, le dveloppement est infaillible.

Pourquoi tes-vous le seul responsable ?Eh bien, cette conclusion provient de ce qui a t dit prcdemment. V ous devez tre seul sur votre espace de travail ! Si tel n'est pas le cas, vous serez responsable de chaque acte ralis par la personne qui vous entoure (mme si c'est le chat du voisin) et des dgts qui peuvent en dcouler sur votre projet. Si par chance, aucun incident ne s'est produit quand votre petite sur est venue vous voir pour regarder de plus prs le travail que vous effectuiez, il se peut que vous soyez perdu aprs cette dconcentration au risque de faire une erreur qui puisse mettre mal votre projet.

Et si mes erreurs taient dues une mauvaise explication dans ce tutoriel ?Dans ce cas, si vous trouvez un problme dans une explication ou un schma, prvenez-nous afin que nous puissions corriger

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

11/171

nos erreurs et par l mme viter d'autres zros de faire cette erreur. Cependant, il ne tient qu' vous de vrifier, par vos connaissances, que ce que vous vous apprtez faire est exempt de toute erreur ! Cependant, nous ferons tout notre possible pour viter ce genre de dsagrment, soyez rassur. Le risque zro n'est jamais atteint

Ce qu'il faut retenir tout prix !L'lectronique est dangereuse, surtout lorsqu'on ne prend pas de prcautions ! Le responsable, c'est vous et personne d'autre ! Par l mme, je rajoute que les rdacteurs de ce tutoriel seront mis hors de cause lors d'accidents mineurs ou majeurs et qu'aucune responsabilit ne pourra tre retenue contre ces derniers ! V ous pouvez lire la suite de ce tutoriel en toute srnit !

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

12/171

L'lectricitS'il y a bien quelque chose d'indispensable en lectronique, c'est la matrise des grandeurs lectriques et de leur origine. C'est pourquoi ce chapitre est l pour vous expliquer les notions essentielles savoir sur ces grandeurs. En lectronique, on manipule diverses grandeurs physiques. Une grandeur physique est un truc (pardonnez la vulgarisation) qui se mesure. On va essentiellement utiliser trois grandeurs physiques qui sont : la tension, le courant et la puissance. Pour comprendre quelles sont les origines de ces grandeurs, on fait souvent une analogie avec les fluides (par exemple de l'eau). Je ne vais donc pas droger la rgle, c'est ce que je vais faire mais en prenant un exemple plus concret.

AnalogieL'explication suivante fait appel une analogie. Une analogie est le fait de rapprocher deux phnomnes semblables afin de faciliter la comprhension d'un phnomne par celle d'un autre plus facile assimiler.

Entrons dans le contexte par cette analogie toute simple : soit un engin qui fonctionne avec du carburant. J'ai reprsent son fonctionnement interne ultra simplifi par cette image :

Figure 1 Fonctionnement interne de l'engin L'engin est compos d'une pompe (originalement appele zPompe ) ainsi que d'un rservoir qui contient du carburant. Cet ensemble se trouve dans le cadre gauche de l'image. Un autre cadre ( droite) contient un moteur (dont le fonctionnement interne n'est reprsent que schmatiquement par du feu et des engrenages) et un pot dchappement. Gardez bien cela en tte, car c'est l-dessus que nous travaillerons.

La source d'nergieNous allons d'abord dterminer d'o viennent les grandeurs physiques avant de voir ce que c'est exactement. L'analogie prcdente n'tant pas l pour de la figuration, c'est avec elle que nous travaillerons.

Le gnrateurUn gnrateur est un systme qui fournit de l'nergie. Dans notre engin, le gnrateur est l'ensemble constitu par le carburant et la pompe. En effet, si l'on regarde le fonctionnement de ce gnrateur, la zPompe va aspirer le carburant contenu dans le rservoir et va le livrer au moteur. Il y a donc gnration d'un mouvement de carburant qui va se diriger vers le moteur, moteur qui son tour va s'en servir pour faire fonctionner l'engin.

En lectricit

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

13/171

En lectricit, on ne dispose pas de carburant ni de pompe mais de sources qui gnrent des grandeurs physiques, les mmes que nous allons aborder dans ce chapitre. Citons plusieurs de ces sources que vous connaissez certainement dj : la pile ; la batterie ; l'accumulateur ; le secteur lectrique (attention, ce n'est pas le mme type de source que les autres).

Le rcepteurUn rcepteur est un systme qui reoit de l'nergie. Toujours dans notre engin, le rcepteur est le moteur. L encore, si l'on tudie le fonctionnement, le moteur reoit le carburant provenant du gnrateur pour ensuite l'utiliser afin de fonctionner.

En lectricitEn lectricit, on dispose aussi de moteurs mais on les appelle rcepteurs . Ils n'absorbent pas de carburant, mais ils utilisent les grandeurs physiques de l'lectricit (toujours les mmes dont nous allons parler au cours de ce chapitre). Citons plusieurs exemples que vous connaissez galement : le chauffage ; le grille-pain ; le tlphone portable ; l'ordinateur ; etc. Pour faire simple, un rcepteur en lectronique est tout ce qui fonctionne avec de l'lectricit.

L'essentiel

Figure 2 Dcoupage en deux parties du fonctionnement de l'engin Ce qu'il faut retenir, c'est que le gnrateur fournit le carburant ncessaire au fonctionnement du rcepteur qui absorbe ce

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairescarburant pour fonctionner.

14/171

En lectronique, on travaille sur la conception, la ralisation et l'analyse du fonctionnement interne du rcepteur, qui n'est autre que le circuit lectrique. Le gnrateur n'est tudi que lorsque l'on a besoin de le crer pour rpondre son propre besoin. En attendant, concentrons-nous sur la partie rcepteur .

Le courantNotez que je vais vous montrer ce qu'est le courant en utilisant un gnrateur que vous connaissez bien : la pile. Cependant, ce sera le seul chapitre qui utilisera cet lment comme source d'nergie. Aprs, il sera question d'utiliser des gnrateurs dit "idaux".

Ds que l'on met en marche notre engin (imaginons que c'est une voiture), la zPompe va fonctionner et va envoyer le carburant vers le moteur. En faisant circuler le carburant travers le tuyau, elle cre ce que l'on appelle un courant (reprsent par la flche en rouge). En terme technique, on dit qu'elle dbite un courant. Ce courant, c'est simplement un dplacement de carburant. Plus la quantit de carburant dplac est grande et plus le carburant se dplacera vite, plus le courant sera intense. Ce qui va donc tre dplac par la zPompe, c'est du carburant.

Mais dans le cas d'un circuit lectronique qui fonctionne non pas avec du carburant mais avec de l'lectricit, qu'est-ce qui va se dplacer ? Ce sont des charges lectriques. Charges lectriques ? a mrite une petite explication.

Les charges lectriquesPour dfinir correctement le courant lectrique, il faut d'abord savoir ce qu'est une charge lectrique. Citation : Wikipdia Comme la masse, la charge lectrique est une proprit intrinsque de la matire, qui permet d'expliquer l'origine de certains phnomnes. Personne n'a jamais observ directement une charge lectrique, mais les scientifiques ont remarqu des similitudes de comportement de certaines particules : ils ont donc postul que ces particules avaient des caractristiques en commun, dont les proprits concidaient avec leurs observations.

En rsum, la charge lectrique est une grandeur physique qu'on peut donner un objet et qui peut tre mesure par un nombre. Ce nombre peut : tre suprieur 0 : on dit alors que la charge de l'objet est positive (bonhomme avec le +) ; tre infrieur 0 : on dit alors que la charge de l'objet est ngative (bonhomme avec le -) ; tre gal 0 : on dit alors que la charge de l'objet est nulle (bonhomme avec le 0).

Cette charge va influencer la faon dont les objets autour vont se dplacer. Un objet qui possde une charge lectrique va agir sur tout objet possdant lui aussi une charge lectrique et va l'attirer ou le repousser. Par exemple, l'lectricit statique est due ces charges lectriques. La faon dont les charges ragissent entre elles est assez simple dcrire. Avec mon talentueux gnie et mon adorable Paint.NET, je vous ai concoct une suite d'images pour lesquelles vous allez vous rgaler ! Deux charges positives vont se repousser.

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

15/171

Deux charges ngatives vont se repousser.

Une charge positive va attirer une charge ngative et inversement.

Les charges nulles ne sont pas du tout attires ni repousses. Et inversement, elles n'attirent ni ne repoussent les autres charges. En clair, elles ne font rien. On peut donc les laisser de ct et ne plus s'en soucier.

text cach

text cach

Ainsi, une charge va avoir tendance dvier ou acclrer toute particule qui passe proximit. La zone dans laquelle une charge lectrique va agir sur les autres charges de passage s'appelle un champ lectrique. Maintenant, on sait ce qui se dplace dans un circuit. Avec la zPompe, ctait du carburant, en lectronique, ce sont nos charges lectriques. On peut maintenant dfinir correctement ce qu'est un courant : Un courant lectrique est un dplacement ordonn de charges lectriques.

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairesV ous remarquerez que j'ai utilis le mot ordonn dans ma dfinition du dessus. Cela signifie une chose : des charges qui se dplacent n'importe comment ne forment pas un courant. Pour mriter le nom de courant, il faut que toutes les charges se dplacent dans le mme sens et dans la mme direction.

16/171

Ds qu'il y a une ou plusieurs charges lectriques qui se dplacent dans le mme sens et la mme direction, il y a cration d'un courant lectrique.

La notion de conductibilitTous les matriaux ne se comportent pas de la mme faon en prsence d'un courant lectrique. Leur comportement diffre en fonction d'un paramtre que l'on appelle la conductibilit : La conductibilit, c'est la capacit qu'ont les matriaux se faire traverser par un courant lectrique. La conductibilit va dfinir ce qui se passe quand on envoie un courant dans un matriau : est-ce que les charges lectriques vont pouvoir traverser le matriau facilement ou pas ? Du point de vue de la conductibilit, il existe quatre grandes familles de matriaux : Famille de matriaux Proprits Conductibilit nulle. Le courant ne passe pas travers ces matriaux. Citons par exemple le plastique ou le verre. Conductibilit faible, mais variable suivant la situation.

Les isolants

Les semiconducteurs

Ils ne se laissent pas traverser facilement par un courant, sauf dans certaines situations. L encore, tout dpend de certains paramtres. Par exemple, certains sont compltement isolants, mais laissent passer le courant quand on les claire ou quand on les chauffe. Citons quelques exemples : le silicium ou le germanium. Conductibilit forte.

Les conducteurs mtalliques

Ils se laissent traverser par le courant quelles que soient les circonstances. Le seul problme est qu'une partie de l'nergie des charges lectriques du courant va se dissiper dans le mtal sous forme de chaleur. Citons le cuivre, l'aluminium, l'or, le fer Tous les mtaux en somme. Conductibilit infinie.

Les supraconducteurs

Ils se laissent traverser par un courant sans opposer la moindre rsistance. Un courant qui rentre dans le matriau ressortira sans aucune perte : pas de cration de chaleur. Enfin, ce n'est vrai qu'en thorie : dans la ralit, un supraconducteur possde toujours quelques impurets qui seront la cause de pertes, aussi infimes soient-elles, par effet Joule (chaleur).

Dans les circuits lectroniques, on utilise aussi bien des semi-conducteurs que des conducteurs mtalliques. Sur un montage lectronique, on utilise aussi des isolants. Pourquoi n'a-t-on pas de supraconducteurs ?

Eh bien parce que les supraconducteurs sont vraiment trs chers et qu'un matriau n'est supraconducteur qu' de trs basses tempratures proches du zro absolu (non, pas Zozor ! ) qui vaut (zro Kelvin). En Celsius, cela donne . Ils ne sont donc utiliss que dans des conditions extrmes (c'est le cas de le dire), souvent pour la recherche scientifique.

Sens du courantTout d'abord, un courant n'apparat pas comme a, il faut fatalement quelque chose qui va influencer les charges lectriques de faon les dplacer. Ce quelque chose, on l'appelle un gnrateur lectrique. Son rle : crer un courant dans un circuit. Dans notre analogie, c'est la zPompe qui va pomper le carburant et qui va l'envoyer dans le circuit. Un gnrateur lectrique agit de la mme faon, mais avec des charges lectriques. Bon, ce n'est pas exactement a, mais si on a le temps, on verra comment fonctionne un gnrateur lectrique (il ne contient pas de pompe l'intrieur).

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

17/171

Dans l'exemple qui va suivre, notre gnrateur sera une pile lectrique qui possde deux bornes : une positive ( + ) et une ngative ( - ). Ces bornes sont un simple morceau de conducteur sur lequel il y a un lger dsquilibre de charges : la borne + contient des charges positives en excs (en ralit, elle manque de charges ngatives, mais quoi qu'il en soit, cette borne aura une charge positive) ; la borne - contient un excs de charges ngatives.

Prenons un exemple avec ce schma simplissime : Attention, le fait de relier les deux bornes d'une pile (ou d'un gnrateur en gnral) par un fil va crer ce que l'on appelle un court-circuit. Il en rsulte une dcharge ultra rapide de la pile et un chauffement de cette dernire et du fil. Donc, en pratique, on ne le fera jamais ( une exception prs pour le transformateur, nous aurons certainement l'occasion de le revoir).

Figure 3 Pile dont les bornes sont relies par un fil Si l'on relie ces deux bornes par un fil conducteur, les charges d'une des deux bornes vont s'attirer fortement et vont se dplacer dans le fil pour aller rejoindre l'autre borne.

Mais dans quel sens ? De quelle borne vers quelle borne ?

Eh bien a dpend. a dpend du matriau utilis pour fabriquer le fil.

Sens conventionnel du courantAfin d'viter toute complication, les scientifiques du monde entier se sont runis il y a longtemps et ont dfini des lois (ou plutt des conventions) qu'il faut respecter, le but tant d'viter toute confusion entre scientifiques, amateurs, techniciens et d'imposer un systme bien cadr. Je vais vous donner l'une d'entre elles propos du courant. Le sens conventionnel du courant est celui que l'on donne au sens de circulation du courant. C'est--dire que quel que soit son sens (qu'il parte du ple + de la pile pour aller au ple - , ou inversement), par convention, il ne sera flch et dfini que dans un sens unique. Cette convention impose que le courant en provenance d'un gnrateur (la pile dans notre exemple) sorte obligatoirement de la borne positive de ce dernier, pour aller rejoindre sa borne ngative. En ralit, plusieurs tudes scientifiques ont dmontr que le sens du courant tait, dans un circuit lectrique, orient du ple ngatif du gnrateur vers son ple positif. Mais pour nous, par convention, ce sera l'inverse.

Reprenons notre exemple. Le courant qui parcourt le fil circule du ple + de la pile au ple - . On flche donc le courant dans ce sens-l :

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

18/171

Figure 4 Sens conventionnel du courant lectrique travers un matriau mtallique

Courant dans un mtalDans un fil ou dans un cble mtallique, le courant lectrique peut circuler. En effet, le mtal est un ensemble d'atomes (particules lmentaires) lis bout bout. Ces atomes sont constitus : d'un noyau form de particules nommes protons, charges positivement, et de neutrons de charge nulle ; d'un nuage lectronique compos d'lectrons qui portent une charge lectrique ngative.

Quel que soit le matriau, les lectrons (de charge ngative) vont attirer et se faire attirer par les protons. Rsultat : les lectrons et les protons vont tre si fortement attirs (comme des aimants) qu'ils vont rester tout le temps une distance trs petite les uns des autres. D'ailleurs, il faudra faire beaucoup d'efforts pour les loigner. C'est ainsi qu'est form un atome.

Figure 5 : Reprsentation d'un Atome et de son champ lectronique

Mais dans les mtaux, tous les lectrons ne sont pas aussi fortement attirs par les protons. Certains vont tranquillement se promener dans tout le matriau, faiblement attirs par les protons du matriau et vont se dplacer sous l'effet de la temprature. Faiblement influencs par les noyaux, il est facile de les attirer par diffrents moyens et de les faire se dplacer de faon ordonne de faon crer un courant. Ce sont des lectrons libres. Dans un mtal, le courant est un dplacement de ces lectrons libres. Les autres lectrons ne bougent quasiment pas et s'loignent rarement de quelques milliardimes de mtre de leur noyau. Dans ce mme mtal, le courant se dplace le plus souvent de la borne - , remplie dlectrons, vers la borne + . Mais cela n'est vrai que dans les mtaux.

Intensit du courantAttention, ne ngligez pas le point que je vais prsenter, vous risqueriez d'tre perdu pour la suite du cours ! Un courant qui circule (le carburant dans un tuyau dans notre analogie) va pouvoir dplacer plus ou moins de charges en un temps donn. Pour la zPompe, on parle de son dbit : c'est la quantit de carburant qu'elle va dplacer en une seule seconde pour alimenter le moteur. Pour un gnrateur lectrique, on a quelque chose d'quivalent. Il va mettre en mouvement un grand nombre de charges lectriques. Ces charges iront plus ou moins vite, cela dpendra de la vitesse laquelle elles seront propulses . Suivant le

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

19/171

nombre de charges mises en mouvement et leur vitesse, on dplacera une plus ou moins grande quantit de charges lectriques dans le circuit en un temps donn. Ce dbit de charges, c'est l'intensit du courant lectrique.

Attention, il ne faut pas confondre courant avec intensit ! Le courant est le dplacement de particules, l'intensit est le dbit auquel on dplace ces particules.

UnitPour un fluide, tel notre carburant, on mesure son dbit (prfrez son intensit) en (mtre cube par seconde). Pour mesurer l'intensit du courant lectrique, on utilise une unit bien particulire qui se nomme l'ampre, du nom de son inventeur Andr-Marie Ampre. On note cette unit avec la lettre A (en majuscule, toujours !).

Mesure de l'intensitBien sr, tout comme les fluides, on peut mesurer la vitesse d'un courant lectrique. Pour ce faire, on utilise un ampremtre qui est un appareil spcialis dans la mesure de l'intensit du courant.

Ordres de grandeurUn ordre de grandeur est une fourchette de valeurs. Il est employ pour communiquer sur des grandeurs allant de l'infiniment petit l'infiniment grand. V un tableau rcapitulatif des ordres de grandeur de l'ampre utiliss en lectronique : oici Ordres de grandeur de l'ampre Nom Ampre Milliampre Microampre Nanoampre Picoampre Symbole Puissance de 10 A mA A nA pA Commentaire Peu utilis Trs utilis Souvent utilis Peu utilis Rarement utilis

ReprsentationSur un schma lectronique, la reprsentation du courant se fait par une flche oriente dans le sens thorique de circulation du courant. Reprenons notre ampoule alimente par la pile :

Figure 6 Ampoule relie aux bornes d'une pile La flche doit tre oriente sortante la sortie d'un diple et entrante son entre. Elle montre donc le sens conventionnel de circulation du courant, mais pas forcment son sens rel !

Conservation de l'lectricit

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

20/171

Maintenant, il faut savoir une chose importante : il ne peut pas y avoir cration ou disparition de charges lectriques dans un circuit lectrique. C'est une loi physique trs importante qui nous le dit et qui est nomme la conservation de la charge lectrique . Et comme le dit si bien notre cher ami Antoine Lavoisier : Rien ne se perd, rien ne se cre, tout se transforme ! . On peut en dduire facilement que la somme des charges lectriques sortant d'un gnrateur et parcourant un circuit lectrique est gale la somme des charges revenues l'entre du gnrateur. En clair, aucune charge n'a disparu en chemin. Comprenez bien que si le carburant arrive au moteur avec une quantit infrieure celle partant du rservoir, c'est qu'il y a une fuite ! Il en est de mme avec un courant. Ce genre de fuite arrive de temps en temps, il faut donc la reprer puis la rparer. Les paragraphes suivants ne sont pas ncessaires la comprhension du cours. Ils ne sont l que pour ceux que cela intresse. V ous pouvez donc vous rendre directement la sous-partie La tension . Bien videmment, libre vous de revenir lire ce petit bout de chapitre plus tard.

Notions avances : l'intensit, a se calcule !Eh oui, on trouve une formule pour tout ! Mme en amour. Oui, oui ! V oyons comment cela se prsente. Je vais vous expliquer plus prcisment la nature du courant lectrique. Pour cela, nous avons besoin de conditions. Soit un courant constant et une quantit d'lectricit qui parcourt une section d'un fil lectrique. La formule qui suit permet de savoir quelle est la quantit de charges lectriques qui ont circul dans ce conducteur pendant une seconde :

ExplicationsI : c'est l'intensit, en ampre. T : c'est le temps, en seconde. Q : c'est la charge lectrique d'un lectron, exprime en coulomb.

Pour comprendre, entrons au cur de la matire qui constitue chaque tre vivant et non-vivant et parlons d'atomes. Nous l'avons vu, le noyau est le centre de l'atome, c'est autour de lui que gravitent les lectrons. Ce noyau est compos de protons qui sont chargs positivement et de neutrons qui eux sont neutres, d'o leur nom ! La charge lectrique d'un seul proton vaut La charge lectrique d'un seul lectron vaut . .

Un atome normal a autant de protons que dlectrons. En additionnant la somme de toutes les charges de l'atome, on trouve zro (essayez). Nous en dduisons que la charge lectrique d'un atome est nulle ; on dit qu'il est lectriquement neutre.

CalculRevenons-en la formule La quantit Q se mesure en coulomb, en hommage Christophe Charles-Augustin de Coulomb. Si l'on veut connatre la quantit d'lectrons qui est passe dans une section de fil lectrique pendant une seconde, il va falloir modifier lgrement la formule de faon donner ceci : Calculons la quantit d'lectrons qui ont parcouru la section d'un fil lectrique pendant une seconde et avec une intensit du

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairescourant gale 1 ampre :

21/171

Nous savons prsent que la quantit de ces lectrons est de 1 coulomb. Pour connatre le nombre d'lectrons que cela reprsente, il faut raliser un deuxime calcul. Je divise donc la quantit d'lectrons par la valeur absolue de la charge d'un lectron, ce qui nous donnera prcisment le nombre d'lectrons recherch. Nombre d'lectrons Nombre d'lectrons

Le rsultat est impressionnant ! Le nombre d'lectrons qui ont parcouru la section du fil lectrique pendant une seconde, et ce avec une intensit du courant gale 1 ampre, est de quasiment 6 000 000 000 000 000 000 (soit six milliards de milliards d'lectrons en UNE seconde) ! Autant dire que a cogite dans un fil lectrique ! Alors, imaginez le nombre que cela reprsente avec une prise lectrique de 16A !

RelationNous avons vu qu'il y avait 1 coulomb dans une section d'un fil lectrique lorsqu'il y a une intensit de 1 ampre et ce pendant une seconde. Donc en une heure, combien y aura-t-il de coulombs ? Rponse : 3 600 coulombs. Oui, car il y a 3 600 secondes dans une heure. Il y a donc 3 600C 1A pendant une heure. 3 600 coulombs = 1 ampre par heure, crit de cette faon : 3 600C = 1Ah On s'arrte l avec les notions avances car au-del, l'utilit est moindre.

La tensionD'aprs l'analogie, qu'est-ce que la tension ?Dans notre analogie, la zPompe va crer un courant dans le circuit. Pour cela, cette dernire va pousser le carburant dans le circuit pour le faire circuler. Cette pousse s'appelle la pression. Sans pression, il n'y a pas de carburant dans le circuit ! Il y a forcment quelque chose dans la zPompe qui va mettre le carburant en mouvement travers tout le circuit et donc crer un courant. Dans un circuit lectrique, c'est semblable. Il y a quelque chose qui va dplacer nos charges dans tout le circuit sans qu'on ne leur ait rien demand. Dans un fluide, ce qui met en mouvement le carburant, c'est la pression. Dans un circuit lectrique, c'est la tension.

Soyons plus prcisDire que la tension dplace nos charges, c'est assez vague. Je vais tenter de vous donner une dfinition plus prcise. Il va falloir parler d'nergie. Mais autant vous prvenir tout de suite : l'explication sera un peu longue et ne sera pas forcment intuitive au premier abord. Dans notre circuit, les charges positives et ngatives s'attirent et se repoussent en permanence. Ces attractions et rpulsions vont donner de l'nergie pour chaque charge prsente dans le circuit. Cette nergie s'appelle l'nergie potentielle lectrostatique. Une grosse partie de cette nergie vient de l'influence des bornes + et - du gnrateur. Cette nergie dpend uniquement de la position de la charge dans le circuit (qui nous dira si elle est plus ou moins proche des

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

22/171

bornes + et - du gnrateur). Ce qui fait qu'en un point A du circuit, notre charge Q aura une certaine nergie E (au point A), note E(A). un autre endroit B, elle aura une nergie E (au point B), note E(B). La tension entre les points A et B est gale l'nergie notre charge en A, moins l'nergie de notre charge en B, le tout divis par la valeur de la charge. Ce qui donne :

Quand une particule se dplace dans un circuit lectrique, cette nergie va varier et se transformer en vitesse (en nergie cintique plus prcisment, mais bon). Supposons que E(B) > E(A), cette nergie perdue lors du passage de B A est transforme en nergie cintique qui va acclrer la particule ou la mettre en mouvement. C'est ainsi que notre charge va se mettre acclrer. Dans un gnrateur, la charge lectrique va se dplacer d'une borne du gnrateur l'autre et va gagner de l'nergie. Une fois arrive l'autre borne, toute son nergie potentielle va se transformer en nergie cintique qui va acclrer notre charge et la faire circuler dans le circuit. Bien sr, toute cette nergie gagne lors du passage dans le gnrateur sera perdue lors du passage dans les diffrents rcepteurs qui consommeront l'nergie gagne par la particule.

UnitComme toute grandeur lectrique qui se vaut, elle a sa propre unit de mesure. C'est le volt, en hommage Alessandro V olta. Cette grandeur lectrique est frquemment note avec les lettres suivantes : V, U, E ou e.

MesureOn mesure la tension avec un appareil spcialis qui se nomme tonnamment le voltmtre. Le branchement de cet appareil s'effectue aux bornes d'un diple ce qui permet de mesurer la tension aux bornes de ce mme diple.

Ordres de grandeurIls sont bien diffrents de lampre sur lequel on manipule de trs faibles valeurs. Ordres de grandeur du volt Nom V olt Millivolt Microvolt Nanovolt Symbole Puissance de 10 V mV V nV Commentaire Trs utilis Trs utilis aussi Rarement utilis Rception d'un tlphone portable

NotationSur le schma, la tension reprsente par la lettre sans indice U est associe une flche (de tension) dont la pointe se situe en P et la queue en M. Cela signifie :

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

23/171

Figure 7 Reprsentation de la tension par une flche

PratiqueBranchons le voltmtre aux bornes du diple (ici de la lampe), avec la borne positive du voltmtre au + de la pile et sa borne ngative (appele COM) au - . Ce dernier va nous indiquer la tension . Cette tension est de 10V . Nous avons donc une tension entre le point P du circuit et le point M, qui se note car le point M est 0V et le point P 10V . prsent, inversons le sens de branchement du voltmtre. Il affiche dsormais : -10V On le note alors . soit (car : 0V - 10V = -10V). La tension est donc ngative ou positive selon notre choix, ceci est d au fait que la masse est choisie arbitrairement , soit , ,

La masse : une rfrenceOn a donc notre tension qui est une diffrence entre deux nergies. Jusque-l, pas de problme. Mais cette diffrence, elle est faite par rapport quoi ? Un rfrentiel est un point que l'on dfinit comme tant la rfrence. Cela ne vous avance pas beaucoup.

Notion de rfrentielLorsque l'on prend une mesure, on fixe un point qui va nous permettre de prendre cette mesure. C'est le rfrentiel. Prenons pour exemple le mont Blanc, qui est le plus haut sommet d'Europe. Eh bien sa taille (j'arrondis puisqu'elle varie en permanence) est de 4810 mtres par rapport au niveau de la mer. V ous vous tes donc rfrenc au niveau de la mer pour le mesurer. Mais du haut de ce sommet, le niveau de la mer est -4810 mtres (on peut galement dire que la mer est 4810 mtres sous nos pieds). La rfrence a chang : ce n'est plus le niveau de la mer mais le sommet du mont Blanc. Idem lorsque vous vous mesurez. De vos pieds votre tte, vous mesurez 1,60 mtre (pas tout le monde videmment !). Mais si vous tes au 45me tage d'un immeuble (j'exagre un peu), eh bien par rapport au rez-de-chausse, le sommet de votre tte est 136,6 mtres ! (Calcul : 45 tages x 3m + 1m60.) V ous avez donc dlaiss vos pieds qui taient la rfrence pour choisir le rez-dechausse. La rfrence est donc un choix arbitraire, c'est pour cela que l'on parle d'une rfrence et pas de la rfrence.

Pourquoi tu nous parles de nos pieds, du Mont Blanc et d'un immeuble de 45 tages ?

Pour la simple et bonne raison que ce sont des mesures et que l'on procde de la mme manire avec des tensions. On les mesure par rapport une rfrence qui est, pour un circuit lectronique, la masse !

La masseDans la sous-partie sur la tension, j'ai parl de masse car c'est le point de rfrence qui permet de mesurer la tension. C'est le 0 volt du circuit.

ReprsentationLa masse est reprsente dans un circuit par ce symbole qui peut lgrement diffrer selon les schmas. Elle est toujours pointe

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentairesvers le bas :

24/171

Figure 8 Reprsentation schmatique de la masse La terre est reprsente ainsi, nous allons voir ce que c'est :

Figure 9 Reprsentation schmatique de la terre

Rfrence absolue ?Absolument pas ! La masse est, je l'ai dit, une rfrence dans un circuit. On peut trs bien prendre 10V comme rfrence, ce qui nous amne avoir -10V la place de la masse ! (Cf. la tension => pratique) Cependant, il faut le souligner, la masse aura toujours un potentiel zro car on ne pourra jamais mesurer de diffrence de mesure entre elle et elle-mme (dans un mme circuit). Mais attention, ce n'est pas parce qu'on ne peut pas mesurer de diffrence de tension entre elle et elle-mme qu'elle n'a pas de diffrence de tension entre elle et la masse d'un autre montage. Par exemple, sur un montage A, la masse un potentiel 0V Sur un montage B, -10V est dfini comme tant la masse du circuit. Eh bien entre chacune des masses des . montages A et B, on pourra mesurer une diffrence de tension.

La masse et la terreSur les prises de l'installation lectrique de votre maison ou de votre appartement, il y a une fiche (un embout mtallique) qui sort. Cette fiche est relie la terre (entendez le sol). Eh bien la terre est une rfrence, mais elle est diffrente de la masse, car ces deux rfrences ne sont pas communes. Si vous voulez, tant qu'elles ne sont pas relies entre elles, elles seront diffrentes. Mais si par malheur elles venaient se connecter ensemble, il pourrait y avoir de graves consquences pour vous. En fait, comme je l'ai dit, le choix de la masse est totalement arbitraire. Elle n'est dfinie que parce qu'on lui a demand d'tre comme elle est. Elle diffre donc entre chaque montage. On peut alors mesurer une diffrence de tension entre la masse et la terre.

La puissancePlus haut, dans la partie sur la tension, on a parl d'nergie. Sachez que l'nergie peut prendre une multitude de formes. Par exemple, elle peut devenir une nergie thermique, lumineuse, mcanique, lectrique, cintique, chimique, etc. Dans un systme, il n'est pas rare que l'nergie se transforme et passe d'une forme une autre. C'est ce qui se passe dans une pile : celle-ci cre une tension dans un circuit. Pour cela, elle utilise des ractions chimiques qui vont librer un peu d'nergie et l'utiliser pour crer un dsquilibre de charges lectriques afin de charger ses bornes + et .

Effet jouleDans nos circuits lectriques, un phnomne assez ennuyeux survient.

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

25/171

Lorsqu'un conducteur mtallique ou un semi-conducteur est travers par un courant, il chauffe, et a, c'est invitable. Une partie de l'nergie lectrique transporte par le courant est transforme en chaleur. C'est ce qu'on appelle l'effet joule (encore du nom de son inventeur !). La zPompe, qui est un moteur, connat bien ce phnomne de transformation d'nergie lectrique en nergie thermique (chaleur) et mcanique (rotation d'un axe). En effet, la zPompe a besoin d'lectricit pour fonctionner, mais au fil du parcours de l'lectricit dans la zPompe, l'nergie se transforme et devient une nergique mcanique (rotation de l'axe de sortie) car c'est sa fonction principale. Une partie de cette nergie mcanique sera transforme en nergie thermique (chaleur) cause des frottements de l'air et des pices mcaniques. Ce phnomne est indniable.

Conservation de l'nergie, on y revient !Mais dans tous les cas, zPompe ou pas, il n'y a pas cration ou disparition d'nergie. On dit aussi que l'nergie est une grandeur conserve. La conservation de l'nergie est une loi fondamentale de la physique, il ne faut en aucun cas la ngliger ! Souvenezvous-en ! Bon, c'est bien beau, mais a sert quoi de savoir a ?

Rsumons par ce schma :

Figure 10 Reprsentation des pertes nergtiques Le tout n'est pas de savoir quelles sont les formes que prend l'nergie dans un systme mais de vrifier la loi suivante : L'nergie totale consomme par un systme est gale la somme des nergies restitues par ce mme systme. Autrement dit, s'il y a une nergie moins forte la sortie d'un systme qu' son entre, c'est que le systme cre des pertes nergtiques (pour la zPompe, ce sont les pertes par nergie thermique). Cependant, il n'existe ce jour aucun systme qui restitue entirement l'nergie absorbe (en entre) en nergie utile (en sortie). Ou bien si, il en existe, mais il est ncessaire d'utiliser des supraconducteurs. C'est pourquoi lorsque vous avez un systme, il y a des pertes (en lectronique, c'est souvent cause d'un chauffement des composants).

Quelques informations sur les pertes nergtiquesEn lectronique, le ralentissement des avances technologiques se fait ressentir cause de la puissance qui est dissipe dans un systme (chaleur). Dans un ordinateur, par exemple, le cur qui le fait fonctionner (le processeur) est trs puissant au niveau des performances de calcul, mais il est aussi trs gourmand en nergie et a besoin d'un bon radiateur avec ventilateur pour le refroidir, sous peine de le faire griller. C'est pourquoi les performances de ces derniers stagnent et voluent de moins en moins. Pour franchir ce palier, d'autres approches technologiques orientent les recherches vers des matriaux qui consomment moins. Ce domaine est celui de la microlectronique et de nombreux emplois sont pourvoir.

www.siteduzero.com

Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

26/171

PuissanceLa puissance : c'est la fois l'nergie consomme par un systme (en gnral sous forme de chaleur, mais aussi sous forme mcanique ou lumineuse) ; c'est aussi l'nergie maximale qui peut tre fournie par un systme (par exemple la zPompe).

La puissance est par consquent la quantit d'nergie que peut fournir un systme un autre systme durant un temps donn. Prenons pour exemple un vlo. V ous devez fournir une puissance plus importante chaque fois que vous augmentez le cran des vitesses pour aller plus vite, et ce sans trop vous fatiguer. En lectronique, la puissance est dfinie par la relation entre l'intensit et la tension par cette formule :

Cette formule n'est toutefois que partiellement vraie : il faudra ajouter quelques petites subtilits dans la suite du tutoriel, lorsque l'on verra des tensions ou des courants qui varient dans le temps.

UnitLa puissance se calcule en watts, du nom de Jame