niveau 1 leçons 01 à 28

1. Apprendre llectronique en partant de zro Niveau 1

2. Ce pictogramme mrite une explica- tion. Son objet est dalerter le lec- teur sur la menace que reprsente pour lavenir de lcrit, particulire- ment dans le domaine de ldition technique et universitaire, le dvelop- pement massif du photocopillage. Le Code de la proprit intellec- tuelle du 1er juillet 1992 interdit en effet expressment la photocopie usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique sest gnralise dans les ta- blissements denseignement suprieur, provoquant une baisse brutale des achats de livres et de revues, au point que la possibilit mme, pour les auteurs, de crer des uvres nouvelles et de les faire diter correctement est aujourdhui menace. Nous rappelons donc que toute reproduction, partielle ou totale, de la prsente publication est interdite sans autorisation crite de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants cause. Droger cette autorisation constituerait donc une contrefaon sanctionne par les articles425 et suivants du Code pnal. La loi du 11 mars 1957 nautorisant, aux termes des alinas 2 et 3 de larticle 41, dune part, que les copies ou reproductions strictement rserves lusage priv du copiste et non destines une utilisation collective, et, dautre part, que les analyses et les courtes citations dans un but dexemple et dillustration, toute reproduction intgrale ou partielle, faite sans le consentement de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite (alina 1er de larticle 40).Cette reprsentation ou reproduction, par quelque procd que ce soit, constituerait donc une contrefaon sanctionne par les articles 425 et suivants du Code pnal. 3. Cet ouvrage est une compilation du Cours dlectronique en Partant de Zro parus dans les numros 1 28 de la revue ELECTRONIQUE et Loisirs magazine. Apprendre llectronique en partant de zro Niveau 1 4. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau6 En guise dintroduction Si vous considrez quil nest possible dapprendre llectronique quen frquentant un Lyce Technique, vous dcouvrirez en suivant ce cours quil est aussi possible de lapprendre chez soi, nimporte quel ge, car cest trs loin dtre aussi difficile que beaucoup le prtendent encore. Tout dabord, nous parlerons des concepts de base de llectricit, puis nous apprendrons reconnatre tous les composants lectroniques, dchiffrer les symboles utiliss dans les schmas lectriques, et avec des exercices pratiques simples et amusants, nous vous ferons en- trer dans le monde fascinant de llectronique. Nous sommes certains que ce cours sera trs apprci des jeunes auto- didactes, des tudiants ainsi que des enseignants, qui dcouvriront que llectronique peut aussi sexpliquer de faon comprhensible, avec un langage plus simple que celui utilis dans les livres scolaires. En suivant nos indications, vous au- rez la grande satisfaction de constater que, mme en partant de zro, vous russirez monter des amplifi- cateurs hi-fi, des alimentations sta- biliss, des horloges digitales, des instruments de mesure mais aussi des metteurs qui fonctionneront par- faitement, comme sils avaient t monts par des techniciens profes- sionnels. Aux jeunes et aux moins jeunes qui dmarrent zro, nous souhaitons que llectronique devienne, dans un futur proche, leur principale activit, notre objectif tant de faire de vous de vrais experts sans trop vous en- nuyer, mais au contraire, en vous di- vertissant. Giuseppe MONTUSCHI Dispenser, dans une revue, un cours dlectronique est toujours une gageure. Dabord, si lon ne veut faire aucune impasse, il faut du temps. Du temps, cela signifie aussi de nombreux mois de publication. Ensuite, il faut que le cours soit simple mais prcis, efficace mais sans complexit. Le cours que nous vous proposons partir de ce numro 1 dELECTRONIQUE et Loisirs magazine est certainement le meilleur quil nous ait t donn de voir depuis que nous nous sommes dcouvert une passion pour llectronique, cest--dire depuis 38 ans! Son auteur, Giuseppe MONTUSCHI est un autodi- dacte. A plus de 70 ans, chaque mois, sur son ordinateur, il crit lui-mme la plupart des articles qui sont publis dans la revue NUOVA ELETTRONICA quil dite depuis plus de 30 ans. Nous tenons le remercier de nous avoir confi ce cours et donn lautorisation de le publier pour vous. Nous sommes convain- cus quun jour prochain, grce lui, vous raliserez votre rve, faire de llectronique votre passion. J. P. Le courant lectrique Chaque jour, nous profitons des bien- faits du courant lectrique. Le secteur 220 volts fournit le courant ncessaire pour allumer les lampes de la mai- son, faire fonctionner le rfrigrateur, la tlvision ou lordinateur. Les piles nous fournissent le courant ncessaire pour couter notre baladeur ou pour tlphoner avec notre portable. Le courant lectrique ne sobtient quen mettant en mouvement les lectrons. Pour comprendre ce phnomne il faut ncessairement parler de latome. Latome, pour celui qui lignorerait encore, est constitu dun noyau constitu de protons (de charge positive) et de neutrons (de charge neutre). Autour de ce noyau tournent, la vitesse de la lumire (cest--dire 300 000 km par seconde) des lectrons (de charge ngative). La figure 1 est explicite. On pourrait comparer latome un sys- tme plantaire miniaturis avec au centre le soleil (noyau de protons) et autour de nombreuses plantes (lectrons) qui seraient en orbite. LEON N1 ApprApprendrendree lllectrlectroniqueonique en paren partant de ztant de zrroo Fig. 1 : Latome est constitu dun noyau central de charge positive et dlectrons de charge ngative qui sont en orbite autour de lui. Les lectrons ngatifs sont maintenus en orbite par les protons positifs comme le montre la figure 2. Chaque atome, selon llment auquel il appartient, possde un nombre bien dfini de protons et dlectrons. Par exemple, latome dhydrogne possde un seul proton et un seul lectron 5. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau7 4,5 V Fig. 2 : Les lectrons sont maintenus en orbite par le noyau. Les lectrons les plus loigns peuvent facilement se soustraire leur noyau. Fig. 3 : Latome dhydrogne a 1 proton et 1 lectron. Fig. 4 : Latome de bore a 5 protons et 5 lectrons. Fig. 5 : Latome de sodium a 11 protons et 11 lectrons. Fig. 7 : Si on retire un atome des lectrons, il devient une charge lectrique positive. Fig. 6 : Lorsque le nombre dlectrons est gal au nombre de protons, la charge est neutre. Fig. 8 : Si on ajoute un atome des lectrons, il devient une charge lectrique ngative. (figure 3). Latome de bore possde 5 protons et 5 lectrons (figure 4), latome de cuivre possde 29 protons et 29 lectrons, tandis que latome dar- gent possde 47 protons et 47 lectrons. Plus le nombre dlectrons prsents dans un atome est grand, plus le nombre dorbites qui tournent autour de son noyau est important. Les lectrons qui tournent trs prs du noyau sont appels lectrons lis car ils sont difficiles arracher de leur orbite. Les lectrons qui tournent dans les orbites les plus loignes sont appels Fig. 9 : Deux atomes de charge positive ou de charge ngative se repoussent tandis que deux atomes de charge oppose sattirent. Fig. 10 : Les lectrons sont attirs par les protons donc le flux du courant lectrique va du ngatif vers le positif. lectrons libres car on russit sans dif- ficult les soustraire leurs orbites pour les insrer dans un autre atome. Ce dplacement dlectrons dun atome un autre peut sobtenir avec un mouvement mcanique (dynamo - alternateur) ou avec une raction chimique (piles - accumulateurs). Si on retire des lectrons un atome, celui-ci prend une polarit positive, car le nombre de protons devient plus important que le nombre dlectrons (voir figure 7). Si on introduit des lectrons libres dans un atome, celui-ci prend une polarit ngative car le nombre dlectrons devient plus important que le nombre de protons (voir figure 8). Deux bornes dpassent toujours dune pile, lune marque dun signe positif (excs de protons) et lautre marque dun signe ngatif (excs dlectrons). Si on relie ces deux bornes avec un fil conducteur (par exemple le cuivre), les lectrons seront attirs par les protons et ce mouvement dlectrons gnre- ra un courant lectrique (voir figure 10) qui ne cessera que lorsquun parfait quilibre entre protons et lectrons se sera rtabli dans les atomes. Nombreux sont ceux qui considrent que le flux du courant lectrique va du positif vers le ngatif. Au contraire, le flux du courant lectrique va toujours du ngatif vers le positif car ce sont les protons qui atti- rent les lectrons pour quilibrer leurs atomes et non linverse. Pour comprendre le mouvement de ce flux dlectrons, on peut se servir de deux lments trs connus : leau et lair. On peut associer les lectrons ngatifs leau et les protons positifs lair. Si on prend deux rcipients pleins dair (charge positive) et si on les relie entre eux avec un tube, il ny aura aucun flux car dans chacun de ces rcipients il manquera llment oppos, cest-- dire leau (voir figure 11). Mme si on relie entre-eux deux rcipients pleins deau (charge ngative), il ny aura aucun flux dans le tube car il nexiste pas de dsquilibre eau/air (voir figure 12). Si, par contre, on relie un rcipient plein dair (polarit positive) un autre plein deau (polarit ngative), on obtiendra un flux deau du rcipient plein vers le vide (voir figure 13) qui ne cessera que lorsque les deux rcipients auront atteint le mme niveau (voir figure 14). 6. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau8 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V. 1,5 V. 1,5 V. Fig. 11 : Si on compare lair une charge positive et leau une charge ngative , en reliant entre eux deux rcipients pleins dair, il ny aura aucun flux. Fig. 12 : De mme que, si on relie deux rcipients pleins deau entre eux, il ny aura aucun flux parce quil nexiste pas de dsquilibre entre la charge positive et la charge ngative. Fig. 13 : En reliant entre eux un rcipient plein deau et un plein dair, on obtiendra un flux deau de ce rcipient vers lautre, car il existe un dsquilibre. Fig. 14 : Le flux deau cessera lorsquon aura atteint un parfait quilibre eau/air. Une pile est dcharge quand les lectrons sont au mme nombre que les protons. Fig. 15 : Une pile de 3 volts a un dsquilibre dlectrons double par rapport une pile de 1,5 volt. Fig. 16 : Une pile de 9 volts a un dsquilibre dlectrons six fois plus grand quune pile de 1,5 volt et deux fois plus grand quune pile de 4,5 volts. Le mouvement des lectrons peut tre utilis pour produire de la chaleur en les faisant passer travers une rsistance (radiateurs lectriques, fer souder, etc.), pour produire de la lumire en le faisant passer travers le filament dune ampoule ou encore, pour raliser des lectro-aimants en le faisant passer dans une bobine enroule sur un morceau de fer (relais, tlrup- teurs). Pour conclure, on peut affirmer que le courant lectrique est un mouvement dlectrons attirs par des protons. Une fois que chaque atome aura quilibr ses protons avec les lectrons man- quants, il ny aura plus aucun courant lectrique. LA TENSION unit de mesure VOLT Nimporte quelle pile a une lectrode positive et une lectrode ngative car lintrieur de son corps il existe un dsquilibre dlectrons. Ce dsquilibre de charges positives et ngatives gnre une tension qui se mesure en volt. Une pile de 9 volts a un dsquilibre dlectrons 6 fois plus important quune pile de 1,5 volt, en effet, en multipliant 1,5 x 6 on obtient 9 volts (voir figures 15 et 16). Une pile de 12 volts aura un dsquilibre dlectrons 8 fois plus important quune pile de 1,5 volt. Pour vous expliquer limportance de cette diffrence, nous utiliserons encore les lments eau - air. Une pile de 1,5 volt peut tre compare deux rcipients peu profonds : lun plein deau (ngatif) et lautre plein dair (positif). Si on les relie entre eux, on aura un flux deau trs modeste parce que la diffrence de potentiel savre toute aussi rduite (voir figure 13). Une pile de 9 volts est comparable un rcipient dont la profondeur savre tre 6 fois plus grande que celle du rcipient de 1,5 volt, par consquent, si lon relie entre eux le rcipient n- gatif et le rcipient positif on aura un flux deau suprieur en raison dune diffrence de potentiel plus importante. Comme pour les mesures de poids, qui peuvent tre exprimes en kilogrammes - quintaux - tonnes et en hectogrammes - grammes - milligrammes, lunit de mesure volt peut aussi tre exprime avec ses multiples appels : - kilovolt - mgavolt ou bien alors avec ses sous-multiples appels : - millivolt - microvolt - nanovolt Vous avez probablement souvent en- tendu parler de tensions continues et de tensions alternatives, mais avant de vous expliquer ce qui les diffren- cie lune de lautre, il faut savoir que : - la tension continue est fournie par : des piles - des accumulateurs - des cellules solaires - la tension alternative est fournie par : des alternateurs - des transformateurs En alimentant une ampoule avec une tension continue fournie par une pile ou un accumulateur (voir figure 19), on aura un fil de polarit ngative et un fil de polarit positive. Les lectrons cir- culeront donc toujours dans une seule direction, cest--dire, du ple ngatif vers le ple positif avec une tension constante. 7. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau9 PRISE 220 V 4,5 V TABLEAU 1 CONVERSION VOLT volt volt volt millivolt millivolt microvolt microvolt x : : x : x x 1 000 1 000 1 000 000 1 000 1 000 1 000 1 000 000 = kilovolt = millivolt = microvolt = volt = microvolt = millivolt = volt kV = V = mV = V = kilovolt volt millivolt microvolt 60 80 40 20 0 mV 100 30 40 50 20 10 0 VOLTS Les mesures de tension les plus utilises dans le domaine de l'lectronique sont : Dans le tableau 1 nous reportons les facteurs de division et de multiplication pour convertir une tension en ses multiples et sous-multiples : 4,5 V. Fig. 17 : TENSIONS CONTINUES - On prlve la tension continue des batteries rechargeables, des piles et des cellules solaires. Fig. 19 : En tension continue on aura toujours un fil de polarit ngative et un de polarit positive. Fig. 18 : TENSIONS ALTERNATIVES - On prlve la tension alternative des alternateurs, des transformateurs et du secteur 220 volts. Fig. 20 : En tension alternative les deux fils nont pas de polarit, parce qualternativement, les lectrons vont dans un sens puis dans le sens oppos. En alimentant une ampoule avec une tension alternative de 12 volts, fournie par un alternateur ou un transformateur (voir figure 20), ce nest plus un fil ngatif et un fil positif que nous aurons mais alternativement lun ou lautre car la polarit changera conti- nuellement. Cela revient dire que, successivement (alternativement) cir- culera dans chaque fil une tension n- gative qui deviendra positive pour re- devenir ngative, puis nouveau positive, etc. Donc, les lectrons cir- culeront tantt dans un sens, tantt dans le sens oppos. Linversion de polarit sur les deux fils nintervient pas brusquement cest--dire quil ny a pas une inversion soudaine de polarit de 12 volts positifs 12 volts ngatifs ou vice-versa mais de faon progressive. Cela signifie que la valeur dune tension alternative commence une valeur de 0 volt pour augmenter pro- gressivement 1, 2, 3, etc. volts positifs jusqu atteindre son maximum positif de 12 volts, puis elle commence redescendre 11, 10, 9, etc. volts positifs jusqu revenir la valeur ini- tiale de 0 volt. A ce point, sa polarit sinverse et, toujours de faon progressive, augmente 1, 2, 3, etc. volts ngatifs jusqu atteindre son maximum ngatif de 12 volts, puis elle commence redescendre 11, 10, 9, etc. volts ngatifs, jusqu retourner la valeur de dpart de 0 volt (voir figure 26). Ce cycle du positif au ngatif se rp- te linfini. Une fois de plus, nous allons vous expliquer la diffrence qui existe entre une tension continue et une tension alternative , avec un exemple hydraulique et pour ce faire, nous utiliserons nos rcipients, lun plein deau (ple ngatif) et lautre plein dair (ple positif). Pour simuler la tension continue on relie les deux rcipients comme sur la figure 21. Leau scoulera vers le rcipient vide, et lorsquelle aura atteint le mme niveau dans les deux rcipients, le d- placement de leau cessera. De la mme faon, dans une pile ou dans un accumulateur, les lectrons ngatifs en excs afflueront toujours vers le ple positif, et lorsque sera atteint un parfait quilibre entre les charges positives et les charges n- gatives, ce flux cessera. Une fois que cet quilibre est atteint, il ny a plus de dplacement dlectrons, la pile ne russissant plus fournir de courant lectrique. Elle est alors considre comme dcharge. Quand une pile est dcharge on la jet- te (pas nimporte o mais dans les r- cipients prvus cet effet !), la diffrence dun accumulateur qui, lorsquil est dcharg, peut tre recharg en tant reli un gnrateur de tension 8. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau10 1 seconde 0 VOLT ALTERNANCE POSITIVE ALTERNANCE NEGATIVE MAX VOLT MAX VOLT CC = AC = tension continue tension alternative Fig. 25 : Quand le rcipient de gauche est plein, il se lve pour inverser le flux. Fig. 21 : En tension continue leau scoule vers le rcipient plein dair jusqu ce que sopre un parfait quilibre entre les deux lments. Fig. 22 : En tension alternative leau scoule vers le rcipient vide. Fig. 23 : Quand celui-ci sest rempli, il devient de polarit oppose, cest--dire ngative. Fig. 24 : A ce point, le rcipient plein se lve et leau scoule en sens inverse. TABLEAU 2 CONVERSION HERTZ hertz hertz kilohertz kilohertz mgahertz kilohertz mgahertz mgahertz gigahertz gigahertz x x x x x : : : : : 1 000 1 000 000 1 000 1 000 000 1 000 1 000 1 000 1 000 000 1 000 1 000 000 = kilohertz = mgahertz = mgahertz = gigahertz = gigahertz = hertz = kilohertz = hertz = mgahertz = kilohertz Hz = hertz kHz = kilohertz MHz = mgahertz GHz = gigahertz Les mesures de frquence les plus utilises dans le domaine de l'lectronique sont : Dans le tableau 2 nous reportons les facteurs de division et de multiplication pour convertir une frquence en ses multiples et sous-multiples : Fig. 26 : On appelle frquence le nombre des sinusodes qui se rptent en 1 seconde . La frquence se mesure en Hertz. Fig. 25 : Quand le rcipient de gauche est plein, il se lve pour inverser le flux. externe, qui se chargera de crer nouveau le dsquilibre initial entre lectrons et protons. Pour simuler la tension alternative, on utilise toujours les deux rcipients, que lon place, cette fois, sur un plan en bascule (voir figure 22). Une main invisible placera celui plein deau (polarit ngative) en position surleve par rapport lautre qui est vide (polarit positive). Tout dabord, leau scoulera vers le rcipient vide et lorsque le flux cessera, on aura le rcipient de gauche vide (polarit positive), et celui de droite plein deau (polarit ngative). A ce point, la main invisible soulvera le rcipient de droite en faisant couler leau dans le sens inverse jusqu remplir le rcipient de gauche, et une fois quil se sera rempli, cette mme main le soulvera encore pour inverser nouveau le flux de leau (voir figure 25). De cette faon, leau scoulera dans le tube reliant les deux rcipients, dabord dans un sens, puis dans le sens oppos. LA FREQUENCE unit de mesure le HERTZ Dans la figure 26 nous montrons le graphique dune priode de la tension alternative qui, comme vous pouvez le voir, reprsente une sinusode compose dune alternance positive et dune alternance ngative. On appelle frquence, le nombre des sinusodes qui se rptent en lespace dune seconde. On lexprime avec le symbole Hz, qui signifie Hertz. Si vous observez ltiquette qui figure sur le compteur de votre habitation, vous y trouverez lindication 50 Hz. Ce nombre sert indiquer que la tension que nous utilisons pour allumer nos lampes change de polarit 50 fois en 1 seconde. 9. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau11 Fig. 30 : A laide dun instrument de mesure appel oscilloscope, il est possible de visualiser sur lcran, le nombre de sinusodes prsentes en 1 seconde. 1 seconde 4 Hz Fig. 27 : Pour une frquence de 4 Hz, la tension change de polarit 4 fois par seconde. 1 seconde 10 Hz Fig. 28 : Pour une frquence de 10 Hz, la tension change de polarit 10 fois par seconde. 1 seconde 50 Hz Fig. 29 : Pour une frquence de 50 Hz, la tension change de polarit 50 fois par seconde. TABLEAU 3 CONVERSION AMPERES ampre ampre milliampre milliampre milliampre microampre microampre : : x : x x x 1 000 1 000 000 1 000 1 000 1 000 000 1 000 1 000 000 = milliampre = microampre = ampre = microampre = nanoampre = milliampre = ampre A mA A = ampre = milliampre = microampre 60 80 40 20 0 mA 100 3 4 5 2 1 0 AMPERES Les mesures de courant les plus utilises dans le domaine de l'lectronique sont : Dans le tableau 3 nous reportons les facteurs de division et de multiplication pour convertir un courant en ses multiples et sous-multiples : Fig. 31 : Un tuyau troit permettra peu deau de scouler du ple ngatif vers le ple positif. Fig. 32 : Un gros tuyau permettra beaucoup deau de scouler du ple ngatif vers le ple positif. Une variation de 50 fois en 1 seconde est tellement rapide que notre il ne russira jamais remarquer la valeur croissante ou dcroissante des alternances. En mesurant cette tension avec un voltmtre, laiguille ne dviera jamais dun minimum un maximum, car les va- riations sont trop rapides par rapport linertie de laiguille. Seul un oscilloscope nous permet de visualiser sur son cran cette forme donde (voir figure 30). Le courant ne dpend en aucune faon de la valeur de la tension. On peut donc prlever 1 ampre aussi bien dune pile de 1,5 volt que dune pile de 9 volts, dune batterie de voiture de 12 volts ou encore de la tension secteur de 220 volts. Pour mieux comprendre la diffrence existant entre volt et ampre, nous utiliserons nouveau leau. Si nous relions le rservoir ngatif et le rservoir positif avec un tube de petit diamtre (voir figure 31), le flux deau scoulera lentement, et puisquil est possible de comparer ce flux un nombre dlectrons en transit, on peut donc affirmer que quand il passe peu deau dans le tube, dans le circuit lectrique scoulent peu dampres. Si nous relions les deux rservoirs avec un tube de diamtre plus important (voir figure 32), le flux deau augmen- tera, cest--dire que dans le circuit scouleront plus dlectrons et donc plus dampres. Comme le volt, lampre a ses sous- multiples, appels : - milliampre - microampre - nanoampre LA PUISSANCE unit de mesure le WATT En connaissant la valeur de la tension de nimporte quel gnrateur tel une pile, une batterie, un transformateur ou une ligne lectrique et la valeur du courant que nous prlevons pour alimenter une lampe, une radio, un rfrigrateur, un fer souder etc., nous pouvons connatre la valeur de la puissance absorbe, exprime en watts. LE COURANT unit de mesure lAMPERE On appelle le mouvement des lectrons de llectrode ngative vers llectrode positive, le courant. Il se mesure en ampres. A titre dinformation il plaira aux plus curieux de savoir qu1 ampre correspond : 6 250 000 000 000 000 000 lectrons! qui se dplacent du ple n- gatif vers le ple positif en lespace d1 seconde. 10. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau12 30 40 50 20 10 0 VOLTS Fig. 33 : Linstrument appel voltmtre sapplique toujours entre les ples positif et ngatif, pour mesurer le dsquilibre dlectrons qui existe entre les deux ples. Voir les exemples des rcipients pleins deau dans les figures 15 et 16. 3 4 5 2 1 0 AMPERES Fig. 34 : Linstrument appel ampremtre sapplique toujours en srie sur un fil, pour mesurer le passage dlectrons. Les ampres ne sont pas influencs par la tension, donc 1 ampre peut scouler sous des tensions de 4,5 - 9 - 24 - 220 volts. 0,5 A 12 V 3 4 5 2 1 0 AMPERES 30 40 50 20 10 0 VOLTS Fig. 35 : Une ampoule alimente par une tension de 12 volts, absorbe un courant de 0,5 ampre et dbite une puissance lumineuse de 6 watts. Pour calculer la puissance, il suffit de multiplier les volts par les ampres : 12 volts x 0,5 ampre = 6 watts TABLEAU 4 CONVERSION WATT watt watt milliwatt milliwatt microwatt watt 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 000 x : x : x : = kilowatt = milliwatt = watt = microwatt = milliwatt = microwatt W = watt mW = milliwatt W = microwatt watts = V x A ampres = W : V volts = W : A Les mesures de puissance les plus utilises dans le domaine de l'lectronique sont : Dans le tableau 4 nous reportons les facteurs de division et de multiplication pour convertir une puissance en ses multiples et sous-multiples : La formule permettant dobtenir les watts est trs simple : watt = volt x ampre Une lampe de 12 volts - 0,5 ampre absorbe donc une puissance de : 12 x 0,5 = 6 watts En connaissant les watts et les ampres, nous pouvons connatre la valeur de la tension dalimentation, en utilisant la formule contraire, cest-- dire : volt = watt : ampre Si nous avons une lampe de 6 watts qui absorbe 0,5 ampre, sa tension dalimentation sera de : 6 : 0,5 = 12 volts En connaissant les watts et les volts, nous pouvons connatre les ampres absorbs en utilisant la formule suivante : ampre = watt : volt Une lampe dune puissance de 6 watts devant tre alimente avec une tension de 12 volts, absorbera un courant de : 6 : 12 = 0,5 ampre A prsent que vous savez que le watt indique la puissance, vous compren- drez quun fer souder de 60 watts d- bite en chaleur une puissance plus importante quun fer souder de 40 watts. De la mme manire, pour deux ampoules, lune de 50 watts et lautre de 100 watts, la seconde consommera une puissance double de celle consom- me par la premire mais mettra galement le double de lumire! Le multiple des watts est appel : - kilowatt et ses sous-multiples : - milliwatt - microwatt Les gnrateurs de tension Les gnrateurs de tension les plus communs sont les piles que nous pouvons trouver dans le commerce, sous diverses formes et dimensions (voir figure 37). Chaque pile peut fournir, selon son modle, une tension de 1,5 - 4,5 - 9 volts. Il existe des gnrateurs de tension rechargeables, dont, par exemple, les accumulateurs au nickel/cadmium (Ni/Cd) qui fournissent une tension de 11. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau13 10 watts 50 watts 100 watts Fig. 36 : On peut comparer la puissance un marteau . Un petit marteau a une puissance moindre quun marteau de dimensions plus importantes. Cest la raison pour laquelle une lampe de 10 watts diffuse moins de lumire quune lampe de 100 watts, et quun moteur lectrique de 1000 watts distribue plus de puissance quun moteur de 500 watts. Plus le nombre de watts de la lampe, du moteur ou du circuit que nous alimentons est important, plus sont nombreux les ampres absorbs par la source. Fig. 37 : Dans le commerce, on peut trouver des piles de tensions et de dimensions diverses. La capacit dune pile est exprime en ampre/heure. Une pile de 3 Ah se dcharge en une heure si lon prlve 3 ampres, en deux heures si lon prlve 1,5 ampre et en 30 heures si lon prlve 0,1 ampre. 1,2 volt ou encore, des accumulateurs au plomb (vulgairement appels batteries ), normalement installs sur tous les vhicules et qui, gnralement, fournissent une tension de 12,6 volts. Il existe aussi des gnrateurs pouvant transformer la lumire en une tension, et qui sont pour cette raison appels cellules solaires (voir figure 17). Certains gnrateurs fonctionnent avec le mouvement. Par exemple la dynamo, installe sur toutes les bicyclettes (voir figure 18) ou les alternateurs, installs sur les vhicules, pour recharger la batterie. Rappel : les dynamos installes sur les bicyclettes gnrent une tension alternative. Dans chaque appartement, on retrouve les prises lectriques desquelles on peut prlever une tension alternative de 220 volts. Le gnrateur de tension appel transformateur est utilis en lectronique pour abaisser la tension alternative 220 volts du secteur des tensions infrieures, par exemple 9 - 12 - 20 - 30 volts. Ces mmes transformateurs peuvent galement tres construits pour lever une tension, par exemple 110 220 volts. 1er exercice Le premier exercice que nous vous proposons, vous permettra de constater ce qui arrive si lon relie en srie ou en parallle deux sources dalimentation. Procurez-vous deux piles carres de 4,5 volts, une ampoule de 6 volts mu- nie de sa douille et un morceau de fil de cuivre isol plastique pour installa- tions lectriques. En reliant les deux extrmits de lampoule une seule pile (voir figure 39), vous verrez sallumer lampoule. Si vous prenez les deux piles et que vous reliez entre eux les deux ples positifs et les deux ples ngatifs, en branchant lampoule, vous la verrez cette fois encore sallumer, avec la mme intensit que prcdemment. Cette liaison, appele parallle (voir figure 39), na pas modifi la valeur de la tension, qui reste toujours de 4,5 volts, mais seulement la puissance dis- ponible. En pratique nous avons doubl lauto- nomie de la pile, cest--dire que si une seule pile pouvait tenir allume lampoule pendant 10 heures, en reliant deux piles en parallle, nous russi- rions la garder allume pendant 20 heures. Maintenant, reliez le positif dune pile au ngatif de la seconde (voir figure 40), puis reliez une ampoule aux deux extrmits des piles et vous no- terez une augmentation de la luminosit. Ce branchement, appel srie, a doubl la valeur de la tension qui est monte de : 4,5 volts 4,5 + 4,5 = 9 volts. Si par erreur, vous reliez le ngatif dune pile avec le ngatif de la seconde pile et sur les deux extrmits positives (voir figure 40 droite) vous reliez lampoule, celle-ci restera teinte parce que les lectrons de mme polarit se repoussent. Le mme phnomne se produit si on branche le positif dune pile au positif dune deuxime pile. Important Nous pouvons relier en parallle galement deux - trois - quatre piles, condition quelles dbitent la mme tension et donc, relier en parallle deux ou plusieurs piles de 4,5 volts ou encore deux ou plusieurs piles qui dbitent 9 volts. Par contre, nous ne pouvons pas relier en parallle une pile de 12. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau14 VOLTS 13,5 4,5 V 9 V 30 40 50 20 10 0 VOLTS Fig. 41 : En reliant en srie une pile de 4,5 volts avec une pile de 9 volts, nous obtiendrons une tension totale de 13,5 volts. Pour effectuer un branchement en srie, nous devons relier le positif dune pile au ngatif de lautre. Fig. 38 : En 1801, le physicien Alessandro Volta prsenta Paris, en prsence de Napolon Bonaparte, sa pile lectrique. 4,5 V 4,5 V. 4,5 V Fig. 39 : En reliant une pile une ampoule, celle-ci sallume. En reliant en parallle deux piles, nous modifions seulement la capacit de la source, donc la luminosit de lampoule ne varie pas. En reliant en srie (voir figure 40 gauche) deux piles, la luminosit double, car nous augmentons le dsquilibre des lectrons. 4,5 V 4,5 V 4,5 V 4,5 V Fig. 40 : Pour relier en srie deux piles, nous devrons relier le ple ngatif de lune au ple positif de lautre. Si nous relions les piles, comme sur le dessin de droite, nous nobtiendrons aucune tension. 4,5 V 1,5 V 9 V VOLTS 15,0VOLTS 30 40 50 20 10 0 Fig. 42 : En reliant en srie trois piles, une de 4,5 volts, une de 9 volts et une de 1,5 volt, nous obtiendrons une tension de 15 volts. Si les trois piles ont des capacits diffrentes, la plus faible dentre elles spuise avant les autres. 4,5 volts une de 9 volts car la pile qui dbite la tension la plus importante se dchargera dans la pile qui d- bite la tension la moins importante. Les piles de diffrentes tensions peuvent, par contre, tre relies en srie. Par exemple, si nous relions en srie une pile de 4,5 volts une pile de 9 volts (voir figure 41), nous obtiendrons une tension totale de : 4,5 + 9 = 13,5 volts Si on relie en srie trois piles, une de 4,5 volts, une de 9 volts et une de 1,5 volt (voir figure 42), on obtiendra une tension totale de : 4,5 + 9 + 1,5 = 15 volts Dans une liaison en srie, on devra toutefois choisir des piles qui ont une mme capacit. Par exemple, si la pile de 4,5 volts a une autonomie de 10 heures, celle de 9 volts une autonomie de 3 heures et celle de 1,5 volt une autonomie de 40 heures, en les reliant en srie elles cesseront de nous fournir de la tension aprs seulement 3 heures, cest--dire quand la pile de 9 volts, qui a la plus faible capacit, se sera compltement dcharge. N 13. NOTES 14. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau16 Petite prcision qui a son importance ! Voici les formules que lon retrouve dans tous les textes dlectronique : ohm () = kilohm (k) : 1 000 kilohm (k) = ohm () x 1 000 ohm () = mgohm (M) : 1 000 000 mgohms (M) = ohm () x 1 000 000 Nombreux sont ceux qui commettent des erreurs parce quils ne tien- nent pas compte du fait quun kilohm est mille fois plus grand quun ohm, et quun ohm est mille fois plus petit quun kilohm. Donc, si lon veut convertir des ohms en kilohms, il faut conserver lesprit quil faut diviser et non pas multiplier les ohms par 1 000. Par exemple, pour convertir 150 ohms en kilohms nous devons tout simplement faire : 150 () : 1 000 = 0,15 k. Tandis que pour convertir 0,15 kilohm en ohms nous devons tout simplement faire : 0,15 (k) x 1 000 = 150 . Dans le tableau 5 apparat ce que certains pourraient considrer comme linverse de ce qui vient dtre dit mais cest bien exact car si on multiplie 1 par 1 000 on obtient bien 1 k ! Ce qui vient dtre nonc vaut galement pour tous les tableaux qui figurent dans la 1re leon. LA RESISTANCE unit de mesure lOHM Tous les matriaux ne sont pas bons conducteurs dlectricit. Ceux qui contiennent beaucoup dlectrons libres, comme par exemple lor, largent, le cuivre, laluminium, le fer, ltain, sont dexcellents conducteurs dlectricit. Les matriaux qui contiennent trs peu dlectrons libres, comme par exemple la cramique, le verre, le bois, les matires plastiques, le lige, ne rus- sissent en aucune manire faire scouler les lectrons et cest pour cela quils sont appels isolants. Il existe des matriaux intermdiaires qui ne sont ni conducteurs, ni isolants, comme par exemple le nickel-chrome, le constantan ou le graphite. Tous les matriaux qui offrent une rsistance au passage des lectrons, sont utiliss en lectronique pour construire rsistances, potentiomtres et trimmers, cest--dire des composants qui ralentissent le flux des lectrons. Lunit de mesure de la rsistance lectrique est lohm. Son symbole est la lettre grecque omga (), Un ohm correspond la rsistance que rencontrent les lectrons en passant travers une colonne de mercure haute de 1 063 millimtres (1 mtre et 63 millimtres), dun poids de 14,4521 grammes et une temprature de 0 degr. Outre sa valeur ohmique, la rsistance a un autre paramtre trs important : la puissance maximale en watts quelle est capable de dissiper sans tre dtruite. Cest pourquoi vous trouverez dans le commerce des rsistances de petite taille composes de poudre de graphite dune puissance de 1/8 de watt ou de LEON N2 ApprApprendrendree lllectrlectroniqueonique en paren partant de ztant de zrroo Fig. 43 : Les rsistances de 1/8, 1/4, 1/2 et 1 watt utilises en lectronique ont la forme de petits cylindres quips de deux pattes fines. La valeur ohmique de ces rsistances sobtient par la lecture des quatre anneaux de couleur marqus sur leurs corps (voir figure 46). Les rsistances de 3, 5, 7, 10 et 15 watts ont un corps rectangulaire en cramique sur lequel sont directement inscrites leur valeur ohmique et leur puissance en watts. 15. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau17 AUCUNE RSISTANCE RSISTANCE MINIMALE RSISTANCE MAXIMALE Fig. 44 : On peut comparer une rsistance un tranglement plac en srie dans un conducteur afin de rduire le flux rgulier des lectrons. Une rsistance avec une valeur ohmique faible (tranglement moyen), rduira beaucoup moins le flux des lectrons quune rsistance ayant une valeur ohmique leve (tranglement plus important). 1 1 x 10 0 x 1 2 2 x 100 3 3 x 1 000 4 4 x 10 000 5 5 x 100 000 6 6 x 1 000 000 7 7 8 8 OR : 10 9 9 10 % 5 % OR ARGENTNOIR MARRON ROUGE ORANGE JAUNE VERT BLEU VIOLET GRIS BLANC 1er CHIFFRE 2e CHIFFRE TOLRANCE MULTIPLICATEUR 1er CHIFFRE 2e CHIFFRE TOLRANCEMULTIPLIC. = = = = Fig.45 : Les 4 anneaux de couleur qui apparaissent sur le corps dune rsistance servent donneur sa valeur ohmique. Dans le tableau 6 nous reportons les valeurs standards. 1/4 de watt, dautres - de dimensions lgrement plus importantes - de 1/2 watt et dautres encore, beaucoup plus grandes, de 1 ou 2 watts (voir figure 43). Pour obtenir des rsistances capables de dissiper des puissances de lordre de 3, 5, 10, 20, 30 watts, on utilise du fil de nickel-chrome (voir figure 47). A quoi servent les rsistances ? Une rsistance place en srie dans un circuit provoque toujours une chute de tension car elle freine le passage des lectrons. Si on relie en srie un conducteur capable de laisser passer un nombre important dlectrons et un composant capable de freiner leur passage, il est vident que leur flux sera ralenti. Pour mieux nous expliquer, nous pouvons comparer la rsistance ltran- glement dun tuyau dune installation hydraulique (voir figure 44). Si le tuyau ne prsente aucun tranglement, leau scoule lintrieur sans rencontrer de rsistance. Si on le resserre lgrement, ltran- glement provoquera une baisse de la pression de leau, et si on le resserre encore plus, leau rencontrera alors une forte rsistance sopposant son passage. En lectronique, les rsistances sont utilises pour rduire la pression , cest--dire la tension en volts. Quand un courant lectrique rencontre une rsistance qui empche les lectrons de scouler librement, ceux-ci surchauffent. Beaucoup de dispositifs lectriques se servent de cette surchauffe pour produire de la chaleur. Par exemple, dans le fer souder se trouve une rsistance en nickel-chrome qui, en chauffant, transmet la panne une temprature suffisante pour quelle 1 kilohm = 1 000 ohms 1 mgohm = 1 000 000 ohms 10 000 ohms = 10 kilohms 10 000 ohms = 0,01 mgohm= ohm k = kilohm M = mgohm SYMBOLE GRAPHIQUE TABLEAU 5 CONVERSION OHM 1 500 ohms correspondent : 1 500 : 1 000 = 1,5 kilohm (k) 0,56 mgohm correspondent : 0,56 x 1 000 000 = 560 000 ohms () soit 560 k EXEMPLE ohm ohm kilohm kilohm mgohm mgohm x 1 000 kilohm (k) x 1 000 000 mgohm (M) : 1 000 ohm () x 1 000 mgohm (M) : 1 000 kilohm (k) : 1 000 000 ohm () Les mesures les plus utilises dans le domaine de l'lectronique sont : 16. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau18 3me bande - Les zros ajouter au nombre dtermin avec les deux premires couleurs. Si on trouve un marron, on doit ajouter un zro, si on trouve un rouge on doit ajouter deux zros, si on trouve un orange on doit ajouter trois zros, si on trouve un jaune on doit ajouter quatre zros, si on trouve un vert on doit ajouter cinq zros, si on trouve un bleu on doit ajouter six zros. Si la troisime bande est de couleur or, nous devons diviser par 10 le nombre obtenu avec les deux premires bandes. Si la troisime bande est de couleur argent, nous devons diviser par 100 le nombre obtenu avec les deux premires bandes. 4me bande - Cette dernire bande indique la tolrance de la rsistance, cest--dire de combien peut varier en plus ou en moins le nombre (valeur ohmique) que nous avons obtenu avec les trois premires bandes. Si la quatrime bande est de couleur or, la rsistance a une tolrance de 5 %. Si la quatrime bande est de couleur argent, la rsistance a une tolrance de 10 %. Si, par exemple, avec le code des couleurs nous avons obtenu une valeur de 2 200 ohms et que la quatrime bande est de couleur or, la rsistance naura jamais une valeur infrieure 2 090 ohms ni suprieure 2 310 ohms, en effet : (2 200 : 100) x 5 = 110 2 200 - 110 = 2 090 2 200 + 110 = 2 310 Si la quatrime bande est de couleur argent, la rsistance naura jamais une valeur infrieure 1 980 ohms ni suprieure 2 420 ohms, en effet : (2 200 : 100) x 10 = 220 2 200 - 220 = 1 980 2 200 + 220 = 2 420 Dans le tableau 8 nous reportons les valeurs numriques qui nous servent pour obtenir la valeur ohmique dune rsistance en fonction des couleurs sur son corps avec les quatre bandes. Comme vous pouvez le remarquer, vous ne trouverez jamais une troisime fasse fondre ltain utilis pour les sou- dures. Dans les fers repasser aussi se trouve une rsistance calcule de faon ce que la plaque atteigne une temprature suffisante pour repasser nos vtements sans les brler (si le ther- mostat est bien rgl!). Dans les ampoules se trouve une rsistance de tungstne capable datteindre des tempratures leves sans fondre. Les lectrons en la surchauffant la ren- dent incandescente au point de lui faire mettre de la lumire. Valeurs standards des rsistances Dans le commerce vous ne trouvez pas facilement nimporte quelle valeur ohmique, mais seulement les valeurs standards reportes dans le tableau 6 ci-dessous. Ces valeurs standards sont galement appeles progres- sion E12 . qui correspond au nombre 5, puis mmoriser que, en descendant vers le nombre 0, le jaune correspond au 4, lorange correspond au 3, etc. : vert = 5 jaune = 4 orange = 3 rouge = 2 marron = 1 noir = 0 tandis quen montant vers le 9, le bleu correspond au 6, le violet correspond au 7, etc. : bleu = 6 violet = 7 gris = 8 blanc = 9 Les trois premires bandes sur chaque rsistance (voir figure 45), nous per- mettent dobtenir un nombre de plusieurs chiffres qui nous indique la valeur relle en ohm. Code des couleurs Quand vous achterez vos premires rsistances, vous dcouvrirez que leur valeur ohmique nest pas marque sur leur corps avec des chiffres, mais avec quatre bandes de couleurs. Au dpart, cela nest pas sans causer quelques difficults au dbutant, car, ne sachant pas encore dchiffrer ces couleurs, il ne peut connatre la valeur ohmique de la rsistance dont il dispose. Chaque couleur apparais- sant sur le corps dune rsistance correspond un nombre prcis comme vous pouvez le voir sur la figure 45 et dans le tableau 7. Pour se souvenir de las- sociation couleur-nombre, on peut prendre comme couleur de dpart le vert, 1re bande - Premier chiffre du nombre. Si cette bande est de couleur rouge, le premier chiffre est un 2, si cette bande est de couleur bleue, ce chiffre est un 6, etc. 2me bande - Deuxime chiffre du nombre. Si cette bande est de couleur rouge, le second chiffre est nouveau un 2, si elle est violette, cest un 7, etc. 1 10 100 1 k 10 k 100 k 1 M 1,2 12 120 1,2 k 12 k 120 k 1,2 M 1,5 15 150 1,5 k 15 k 150 k 1,5 M 1,8 18 180 1,8 k 18 k 180 k 1,8 M 2,2 22 220 2,2 k 22 k 220 k 2,2 M 3,3 33 330 3,3 k 33 k 330 k 3,3 M 3,9 39 390 3,9 k 39 k 390 k 3,9 M 4,7 47 470 4,7 k 47 k 470 k 4,7 M 5,6 56 560 5,6 k 56 k 560 k 5,6 M 6,8 68 680 6,8 k 68 k 680 k 6,8 M 8,2 82 820 8,2 k 82 k 820 k 8,2 M Tableau 6 Couleurs 1re 2me 3me 4me noir = 0 = = marron 1 1 0 = rouge 2 2 00 = orange 3 3 000 = jaune 4 4 0 000 = vert 5 5 00 000 = bleu 6 6 000 000 = violet 7 7 = = gris 8 8 = = blanc 9 9 = = or = = divise par 10 tolr. 5 % argent = = divise par 100 tolr. 10 % Tableau 8 17. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau19 1,0 10 1,2 12 1,5 15 1,8 18 2,2 22 2,7 27 3,3 33 3,9 39 4,7 47 5,6 56 6,8 68 8,2 82 100 1 k 10 k 100 k 1 M 120 1,2 k 12 k 120 k 1,2 M 150 1,5 k 15 k 150 k 1,5 M 180 1,8 k 18 k 180 k 1,8 M 220 2,2 k 22 k 220 k 2,2 M 270 2,7 k 27 k 270 k 2,7 M 330 3,3 k 33 k 330 k 3,3 M 390 3,9 k 39 k 390 k 3,9 M 470 4,7 k 47 k 470 k 4,7 M 560 5,6 k 56 k 560 k 5,6 M 680 6,8 k 68 k 680 k 6,8 M 8,2 M820 8,2 k 82 k 820 k Tableau 7 LES COULEURS QUE VOUS TROUVEREZ SUR LES RSISTANCES Fig. 46 : Dans ce tableau nous reportons les 4 couleurs prsentes sur les rsistances. Si la 3me bande est de couleur or , la valeur des deux premiers chiffres doit tre divise par 10. 18. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau20 bande de couleur violette, grise ou blanche. Si la troisime bande apparat de couleur noire, souvenez-vous que cela ne signifie rien. Par exemple, une rsistance de 56 ohms a sur son corps, ces couleurs : vert (5) - bleu (6) - noir (=). Comment lire le code des couleurs Un autre problme que rencontrent les dbutants, cest de comprendre de quel ct du corps on doit commencer lire la valeur de la rsistance, cest--dire par quelle couleur commencer. En considrant que la quatrime bande est toujours de couleur or ou argent (voir tableau 8), la couleur par laquelle commencer sera toujours celle du ct oppos. Supposons cependant que sur une rsistance cette quatrime bande se soit efface ou que lon confonde le rouge et lorange ou bien le vert et le bleu. Dans ces cas-l, vous devez toujours vous souvenir que le nombre que vous obtiendrez doit correspondre lune des valeurs standards reportes dans le tableau 6. Petit test F = 1 - 0 - le troisime chiffre est une bande or qui divise par 10, la rsistance sera de 10 : 10 = 1 avec une tolrance de 5 %. G = 4 - 7 - 0 000 soit 470 000 ou 470 k, tolrance 10 %. Rsistance en fil La valeur des rsistances en fil, qui ont toujours de basses valeurs ohmiques, est imprime sur leur corps avec des chiffres (voir figure 47). Donc, si sur le corps apparat 0,12 ou 1,2 ou bien 10 , il sagit de la valeur ohmique exacte de la rsistance. Considrez toutefois que si devant le nombre se trouve la lettre R, celle-ci doit tre remplace par zro (0), tandis que si le R est plac entre deux nombres, il doit tre remplac par une virgule (,). Si sur le corps apparat R01 ou R12 ou R1 ou encore R10, vous devez remplacer le R avec le chiffre 0, cest pourquoi la valeur de ces rsistances est de 0,01 , 0,12 , et 0,10 . Note : 0,1 = 0,10 . Si au contraire la lettre R est place entre deux nombres, par exemple 1R2 ou 4R7 ou bien 2R5, vous devez la remplacer par une virgule (,). Par consquent la valeur de ces rsistances est de 1,2 , 4,7 , et 2,5 . Rsistances en srie ou parallle En reliant deux rsistances en srie, la valeur ohmique de R1 sadditionne la valeur de R2. Par exemple, si R1 a une valeur de 1 200 et R2 de 1 500 , nous obtiendrons une rsistance quivalente Re de la valeur suivante : Re = R1 + R2 1 200 + 1 500 = 2 700 ou 2,7 k En reliant deux rsistances en parallle, la valeur ohmique totale sera infrieure la valeur ohmique de la rsistance la plus petite. Donc si R1 est de 1 200 et R2 de 1 500 , nous obtiendrons une valeur infrieure 1 200 . La formule, pour connatre la valeur de la rsistance quivalente Re que lon obtient en reliant en parallle deux rsistances, est la suivante : Re = (R1 x R2) : (R1 + R2) Dans notre cas nous aurons une rsistance de : (1 200 x 1 500) : (1 200 + 1 500) = 666,66 Pour comprendre la diffrence entre un branchement en srie et un branchement en parallle, regardez les exemples des figures 48 et 49. Entranez-vous lire la valeur ohmique de ces rsistances, puis comparez vos rponses avec celles qui suivent. Solution A = 2 - 2 - 000 soit 22 000 ou 22 k, tolrance 5 %. B = une rsistance ne peut jamais avoir la 1re bande de couleur argent, vous devrez donc la retourner pour connatre sa valeur : 4 - 7 - 00 soit 4 700 ou 4,7 k, tolrance 10 %. C = 1 - 0 - troisime bande noir donc rien soit 10 , tolrance 5 %. D = 8 - 2 - 0 soit 820 tolrance 10 %. E = 3 - 3 - 00 000 soit 3 300 000 ou 3,3 M, tolrance 5 %. A= rouge rouge orange or B= argent rouge violet jaune C= marron noir noir or D= gris rouge marron argent E= orange orange vert or F= marron noir or or G= jaune violet jaune argent RSISTANCES en SRIE ohm = R1 + R2 R1 R2 RSISTANCES en PARALLLE R1 R2 ohm = R1 x R2 R1 + R2 5W 10 J 5W 1,2 J 3W R01 3W 4R7 Fig. 47 : Sur les rsistances de puissance, vous devez faire trs attention la lettre R. Si elle se trouve devant un nombre, par exemple R1, vous lirez 0,1 , si elle est entre deux nombres, par exemple 1R2, vous devrez lire 1,2 . 19. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau21 Fig. 48 : On peut comparer deux rsistances relies en srie deux robinets placs lun aprs lautre. Dans ces conditions, le flux de leau est dtermin par le robinet le plus ferm donc qui prsente la plus forte rsistance leau. Fig. 49 : On peut comparer deux rsistances relies en parallle deux robinets placs comme sur le dessin. Dans ces conditions, le flux de leau dun robinet sadditionne celui de lautre. Trimmers Quand dans un circuit lectronique on a besoin dune rsistance capable de fournir de faon graduelle une valeur ohmique variant de 0 ohm une valeur maximum donne, on doit utiliser un composant appel trimmer ou rsistance ajustable. Ce composant est reprsent dans les schmas lectriques avec le mme symbole quune rsistance, auquel on ajoute une flche centrale, appele curseur (voir figure 50). Quand vous voyez ce symbole, sachez que la valeur ohmique de la rsistance peut varier dun minimum un maximum en tournant simplement son curseur dune extrmit lautre. Un trimmer de 1 000 ohms peut tre rgl de faon obtenir une valeur de 0,5, 1, 2, 3, 10 ou de 240,3 , 536,8 , 910,5 , 999,9 , jusqu arriver un maximum de 1 000 . Avec un trimmer de 47 k, nous pour- rons obtenir nimporte quelle valeur ohmique comprise entre 0 et 47 k. Les trimmers, gnralement fabriqus au Japon, Tawan, en Core ou Hong Kong, portent un code trs simple : le dernier chiffre du sigle est remplac par un nombre qui indique combien de zros il faut ajouter aux deux premiers chiffres. 1 ajouter 0 2 ajouter 00 3 ajouter 000 4 ajouter 0000 5 ajouter 00000 Donc, si sur le corps du trimmer il est crit 151 la valeur ohmique exacte est de 150 . Sil est crit 152, aprs le nombre 15, on doit ajouter deux zros, ainsi la valeur ohmique exacte est de 1 500 ou 1,5 k. Sil est crit 223, aprs le nombre 22, on doit ajouter trois zros, ainsi la valeur ohmique exacte est de 22 000 ou 22 k. Fig. 50 : Le symbole graphique utilis dans les schmas lectriques pour reprsenter nimporte quel trimmer ou potentiomtre est identique celui dune quelconque rsistance avec, en plus, une flche . SYMBOLE GRAPHIQUE CURSEUR 100 10 101 100 220 220 472 4,7 k 103 10 k 473 47 k 224 220 k Fig. 51 : Sur presque tous les trimmers, la valeur ohmique est indique par 3 chiffres. Les deux premiers sont significatifs, tandis que le troisime indique combien de zro il faut ajouter aux deux premiers. Si 100 est inscrit sur le corps, la valeur du trimmer est de 10 . Sil est marqu 101, la valeur du trimmer est de 100 , sil est marqu 472, la valeur est 4,7 k. Fig. 52 : On peut trouver des trimmers de formes et de dimensions diffrentes, avec des sorties disposes de faon pouvoir les monter sur un circuit imprim la verticale ou lhorizontale. 20. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau22 Potentiomtres Les potentiomtres ont la mme fonction que les trimmers. Ils ne se diffrencient de ceux-ci que par leur curseur reli un axe sur lequel il est possible de fixer un bouton (voir figure 53). Dans toutes les radios, les amplifica- teurs ou les enregistreurs sont prsents des potentiomtres pour rgler le volume du son, ainsi que les tons hauts et les tons bas. Les potentiomtres, rotatifs ou glissire (voir figure 54), peuvent tre linaires ou logarithmiques. Les potentiomtres linaires prsentent la caractristique de voir leur rsistance ohmique varier de faon linaire, tandis que les potentiomtres on trouvera dun ct 9 k et de lautre 1 k (voir figure 57). Si on tourne le potentiomtre de 3/4 de tour, sa valeur ohmique sera alors de 3,5 k dun ct, et de 6,5 k de lautre (voir figure 58). Les potentiomtres logarithmiques sont utiliss pour le contrle du volume, de faon pouvoir augmenter lintensit du son de manire logarithmique. En effet, notre oreille ne peroit un dou- blement du volume sonore que si on quadruple la puissance du son. logarithmiques varieront de faon non linaire. Si on tourne le bouton dun potentiomtre linaire de 10 k dun demi-tour et que lon mesure la valeur ohmique entre la broche centrale et chacune des broches droite et gauche, on dcou- vrira que les valeurs mesures sont exactement la moiti de la valeur totale, cest--dire 5 k (voir figure 56). Si on fait de mme avec un potentiomtre logarithmique de mme valeur, SIMPLE DOUBLE Fig. 53 : Comme vous le voyez sur le dessin, les potentiomtres peuvent tre simples ou doubles. Fig.54 : Sur cette photo vous pouvez voir les diffrentes formes de potentiomtres glissire et rotatifs. Les potentiomtres peuvent tre de type linaire ou logarithmique . POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM LINAIRE Fig. 55 : En tournant mi-course laxe dun potentiomtre linaire , la rsistance ohmique entre la sortie centrale et les deux sorties des extrmits, est exactement la moiti de la valeur totale. Donc, pour un potentiomtre de 10 k on mesurera entre la sortie centrale et chaque extrmit 5 000 . POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM LINAIRE Fig. 56 : Si on tourne laxe dun potentiomtre linaire de 10 k de trois-quarts de tour, entre la sortie centrale et celle de droite, on relvera une valeur de 7 500 et entre la sortie centrale et celle de gauche, une valeur de 2 500 . 21. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau23 Fig. 59 : Les photorsistances peuvent avoir un corps de forme rectangulaire ou circulaire. Photorsistances Les photorsistances sont des composants photosensibles dont la valeur ohmique varie en fonction de lintensit de lumire quils reoivent. Une photorsistance mesure dans lobscurit a une valeur denviron 1 mgohm. Si elle reoit un peu de lumire sa valeur descendra immdia- tement aux environs de 400 k. Si lintensit de la lumire augmente, sa valeur descendra vers les 80 k. Si elle reoit une lumire forte, sa rsistance descendra jusqu quelques dizaines dohms (voir figure 60). Les photorsistances sont utilises pour la ralisation dautomatismes capables de fonctionner en prsence dune source lumineuse. Prenons lexemple de nombreux ascen- seurs. Dans un des montants de porte POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM LOGARITHMIQUE Fig. 57 : En tournant mi-course laxe dun potentiomtre logarithmique , la rsistance ohmique entre la sortie centrale et les deux extrmits NEST PAS exactement la moiti. On relvera donc 9 000 dun ct et 1 000 de lautre. POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM Fig. 60 : Si on mesure la rsistance dune photorsistance place dans lobscurit, on relvera une valeur denviron 1 M. Si son corps reoit un peu de lumire, sa rsistance descendra aux environs de 80 k et si elle reoit encore plus de lumire, sa rsistance descendra en dessous de 100 . POWER ONOFF POWER LOHI OHM 1000200 20 2 200m 750 200 20 2 200m 200 2m 20m 200m 10A 2 2 200m20m 10A 2m200 200 Hi 2K 20K 200K 2M 20M V V A A 10 A V - A - COM LOGARITHMIQUE Fig. 58 : Si on tourne laxe dun potentiomtre logarithmique de 10 k de trois-quarts de tour, on relvera entre la sortie centrale et celle de gauche une valeur de 3 500 et entre la sortie centrale et celle de droite, une valeur de 6 500 . 22. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau24 se trouve une photorsistance et, dans le montant oppos, dans le mme axe, une ampoule est positionne de faon illuminer la partie sensible de cette photorsistance. Lorsquun usager monte dans lascenseur, son corps interrompt le faisceau de lumire qui frappe la photorsistance interdisant ainsi le fonctionnement de la commande de fer- meture de la porte. Sans connatre le principe que nous venons de dcrire, vous avez certainement dj mis la main sur cette photorsistance afin de maintenir la porte de lascenseur ouverte pour attendre un retardataire! De mme, pour allumer les ampoules dun lampadaire quand la nuit tombe, on utilise une photorsistance relie un circuit commandant un relais. Note : Nessayez pas de relier directement en srie une photorsistance et une ampoule en esprant quelle sallumera en clairant la photorsistance avec une forte lumire. La photorsistance nest pas capable de supporter le courant ncessaire alimenter le filament de lampoule et le rsultat sera dsastreux! Dans les prochaines leons nous vous apprendrons raliser un circuit capable dallumer une ampoule au changement dintensit lumineuse sans risque de transformer lensemble en chaleur et en lumire! 2me exercice Mme si les exercices que nous vous proposerons au cours de nos leons peuvent vous sembler lmentaires, ils vous seront trs utiles car ils vous aideront mmoriser des concepts thoriques habituellement difficiles retenir. Avec cet exercice vous pouvez voir comment il est possible de rduire le flux des lectrons laide dune rsistance, et par consquent, comment rduire la valeur dune tension. Dans un magasin vendant du matriel lectrique ou plus simplement dans votre grande surface habituelle, ache- tez une pile de 4,5 volts et une ampoule de mme voltage ou bien alors, une de ces ampoules de 6 volts utilises dans les feux des bicyclettes. Commencez par relier directement lampoule aux bornes de la pile et observez la lumire quelle met. Maintenant, si vous reliez une seule rsistance de 10 1 watt en srie avec lampoule (voir figure 61), vous pouvez tout de suite constater comment sa luminosit se rduit. En effet, cette rsistance, en freinant le flux des lectrons, a rduit la valeur de la tension qui alimente lampoule. Si vous reliez en parallle sur la premire rsistance une seconde rsistance de 10 1 watt (voir figure 62), la luminosit augmente car vous avez doubl le flux des lectrons. En effet, deux rsistances de 10 ohms relies en parallle donnent une valeur totale de : R totale = (R1 x R2) : (R1 + R2) (10 x 10) : (10 + 10) = 5 Si vous reliez ces deux rsistances en srie (voir figure 63), vous obtiendrez une luminosit moindre par rapport la situation prcdente, parce que vous avez doubl la valeur ohmique de la rsistance en rduisant ainsi le flux des lectrons. En effet, deux rsistances de 10 relies en srie, donnent une valeur totale de : R totale = R1 + R2 10 + 10 = 20 En doublant la valeur ohmique, vous avez rduit de moiti le flux des lectrons et donc rduit la tension aux extrmits de lampoule. Symboles graphiques Dans les pages qui suivent, vous trouverez la majeure partie des symboles graphiques utiliss dans les schmas lectriques, quelques carts prs. Les abrviations ne sont donnes qu titre indicatif et peuvent varier dun schma ou dun constructeur lautre. N 4,5 V Fig. 61 : Relions dabord une ampoule directement aux sorties dune pile. Puis relions, en srie avec lampoule, une rsistance de 10 1 watt. Nous verrons diminuer la luminosit car la rsistance rduit le flux des lectrons. 4,5 V Fig. 62 : Si nous relions en parallle deux rsistances de 10 , nous verrons augmenter la luminosit de lampoule parce que nous aurons doubl le flux des lectrons par rapport lexprience prcdente. 4,5 V Fig. 63 : Si nous relions en srie deux rsistances de 10 ohms, nous observerons une diminution importante de la luminosit de lampoule car nous aurons rduit de moiti le flux des lectrons par rapport la premire exprience. 23. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau25 SYMBOLE ABR. DESCRIPTION COMMENT ILS SE PRSENTENT R R ou P TRIMMER ou RSISTANCE AJUSTABLE P ou POT. POTENTIOMTRE PR PHOTORSISTANCE C CONDENSATEUR CRAMIQUE ou POLYESTER CV CONDENSATEUR VARIABLE C CONDENSATEUR CHIMIQUE D DIODE SILICIUM DZ DIODE ZENER V DIODE VARICAP LED DIODE LED PD PHOTODIODE T TRANSISTOR NPN T ou FET RSISTANCE RSISTANCE 24. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau26 TH TR ou TRIAC TRIAC DISP. AFFICHEUR F FUSIBLE S INTERRUPTEUR S INVERSEUR BP BOUTON POUSSOIR S INTERRUPTEUR DOUBLE S INVERSEUR DOUBLE S COMMUTATEUR ROTATIF PONT PONT DE DIODES T ou TR TRANSFORMATEUR THYRISTOR SYMBOLE ABR. DESCRIPTION COMMENT ILS SE PRSENTENT 25. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau27 SYMBOLE ABR. DESCRIPTION COMMENT ILS SE PRSENTENT RL RL RELAIS 2 CIRCUITS L BOBINE ou SELF CH ou CHOC SELF DE CHOC MF ou TR MOYENNE FRQUENCE QZ ou XTAL QUARTZ F ou FC FILTRE CRAMIQUE BAT. BATTERIE ou PILE L ou LI LAMPE ou AMPOULE INCANDESCENCE L ou N AMPOULE NON MIC. MICROPHONE BZ BUZZER EC. CASQUE ou COUTEUR HP HAUT-PARLEUR RELAIS 1 CIRCUIT 26. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau28 Les condensateurs ont une valeur qui est exprime en picofarad, nanofarad et microfarad. Cette valeur est souvent indique sur le corps du condensateur dune faon difficile dchiffrer. Pour vous faciliter la lecture, vous trouverez, dans cette troisime leon, deux tableaux trs utiles qui donnent la correspondance entre les mar- quages des condensateurs et leur correspondance en valeur exacte. Pour convertir une valeur de condensateur entre les diffrents sous- multiples on utilise les formules suivantes : picofarad = nanofarad : 1 000 nanofarad = picofarad x 1 000 picofarad = microfarad : 1 000 000 microfarad = picofarad x 1 000 000 Pour viter toute sorte de confusion, nous avons complt cette table avec le tableau 9. En faisant rfrence aux exemples reports sur ce tableau, vous remarquerez que pour convertir 0,47 nanofarad en picofarad, il suffit de multiplier par 1 000, on obtient ainsi : 0,47 x 1 000 = 470 picofarads. Par consquent, 470 picofarads seront gaux : 470 : 1 000 = 0,47 nanofarad. LE CONDENSATEUR unit de mesure le FARAD En fait, si lunit de mesure dun condensateur est bien le farad, cette unit est trop grande et lon utilise prin- cipalement les sous-multiples pico, nano et microfarad. Physiquement, un condensateur se compose de deux lamelles mtalliques spares par un lment isolant en papier, plastique, mica, cramique, oxyde de tantale ou, tout simplement, de lair. Si nous relions un condensateur aux broches dune pile fournissant une tension continue, les lectrons ngatifs se dplacent rapidement vers la lamelle A pour essayer de rejoindre le ple positif. Mais, comme vous pouvez limagi- ner, ils ny parviendront pas car les deux lamelles sont isoles (voir figure 64). En dconnectant le condensateur de la pile, les deux lamelles resteront charges, cest--dire que les lectrons (ngatifs) resteront sur la lamelle A tant que le circuit restera ouvert. Si nous relions un condensateur un gnrateur de tension alternative, nous obtenons un flux normal dlectrons, qui se dplacent dune lamelle vers LEON N3 ApprApprendrendree lllectrlectroniqueonique en paren partant de ztant de zrroo lautre comme si llment isolant nexistait pas. En pratique, le flux dlectrons ne scoule pas comme dans un conducteur normal, mais il trouve une rsistance proportionnelle la capacit du condensateur et la frquence de la tension alternative fournie par le gnrateur. Plus la capacit du condensateur et la frquence de la tension sont importantes, plus le nombre dlectrons qui passe dune lamelle vers lautre est important. En regardant les figures 65, 66 et 67, vous pouvez mieux comprendre comment la tension alternative peut se transmettre dune lamelle lautre. A B PILE Figure 64 : En appliquant une tension continue aux bornes dun condensateur, les lectrons ngatifs se dplacent vers la lamelle A mais ils ne pourront pas rejoindre la lamelle B car elle est isole. A B AC Figure 65 : En appliquant une tension alternative aux bornes dun condensateur, les lectrons ngatifs saccumulent sur la lamelle A mais ils ne pourront pas rejoindre la lamelle B. 27. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau29 En supposant quau dpart le cble connect la lamelle A ait une polarit ngative, les lectrons se dplaceront vers cette lamelle sans pouvoir fran- chir lisolant (voir figure 65). Puisque la tension alternative voit sa polarit sinverser sur le mme cble, au rythme de sa frquence, lalter- nance suivante, celui-ci aura une polarit positive et les lectrons de la lamelle A repartiront dans la direction oppose. En mme temps, sur lautre cble, reli la lamelle B, la tension passera la polarit ngative et, pour la mme raison, les lectrons se diri- geront vers la lamelle B mais, cette fois, le flux dlectron parviendra scouler (voir figure 66). Au nouveau changement de polarit, le flux dlectrons se dplacera dans la direction oppose, etc. (voir figure 67). Code des condensateurs La capacit dun condensateur est indique sur son corps avec un sigle qui nest pas toujours facile interprter. Chaque fabricant utilisant une mthode diffrente pour indiquer les valeurs de ses condensateurs, nous avons essay dans les tableaux 11 et 12 de vous donner les correspondances. En recherchant dans ces tableaux le sigle inscrit sur votre condensateur, vous pourrez connatre rapidement sa valeur, exprime en picofarad. Code amricain Les valeurs de capacit comprises entre 1 pF et 8,2 pF sont indiques sur le corps du condensateur avec un point (.) remplaant la virgule (,). Il suffit de remplacer le point (.) par une virgule (,). Par exemple, 1.2 sera lu 1,2 picofarad. 470 picofarads correspondent : 470 : 1 000 = 0,47 nanofarads 0,1 microfarads correspondent : 0,1 x 1 000 000 = 100 000 picofarads EXEMPLE TABLEAU 9 CONVERSION Capacits = picofarad nF = nanofarad F = microfarad pF SYMBOLE GRAPHIQUE nanofarad nanofarad microfarad microfarad picofarad picofarad 1 000 1 000 1 000 1 000 000 1 000 1 000 000 : x x x : : microfarad picofarad nanofarad picofarad nanofarad microfarad Note : Pour diffrentes raisons, la lettre grecque est quelquefois remplace par la lettre m ou la lettre u . Lorsque dans un schma ou dans une liste de composants vous trouverez le sigle mF ou uF, vous pourrez traduire par microfarad (F). Lunit de mesure de la capacit des condensateurs est le farad mais, tant donn quil nexiste pas de condensateur ayant une telle capacit, seuls ses sous-multiples sont utiliss. A B AC Figure 66 : Quand la tension alternative inverse sa polarit, les lectrons de la lamelle A se dplacent dans la direction oppose tandis que la lamelle B sera charge dlectrons ngatifs. A B AC Figure 67 : Quand la tension alternative inversera nouveau sa polarit, les lectrons de la lamelle B partiront dans la direction oppose tandis que la lamelle A sera nouveau charge dlectrons ngatifs. Figure 68 : Bien que les formes des condensateurs polyesters puissent tre trs varies, la pellicule isolante place entre leurs lamelles est toujours compose dune matire en plastique. Figure 69 : Les condensateurs cramiques possdent une pellicule isolante en cramique. 28. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau30 nanofarad. Par exemple, les valeurs 10n, 56n ou 100n doivent tre lues 10, 56 et 100 nanofarad, soit 10 000, 15000 et 100000 picofarads. Pour les valeurs de capacit comprises entre 1000 et 8200 pF, les fabricants allemands prfrent utiliser lunit de mesure microfarad en positionnant la lettre u ou la lettre m devant le chiffre : u0012, u01, u1 ou u82 doivent tre lus 0,0012, 0,01, 0,1 et 0,82 microfarad. Code asiatique Les valeurs de capacit comprises entre 1 pF et 82 pF sont indiques sans le sigle pF . Dans celles comprises entre 100 pF et 820 pF, le dernier 0 (zro) est remplac par le nombre 1 pour indiquer quil faut insrer un 0 aprs les deux premiers chiffres. Dans les valeurs de 1 000 pF 8200pF, les deux derniers 0 sont remplacs par le nombre 2 . Dans les capacits de 10 000 pF 82 000 pF, les trois derniers 0 sont remplacs par le nombre 3 . Dans les capacits de 100 000 pF 820000 pF, les quatre derniers 0 sont remplacs par le nombre 4 . Par exemple, les valeurs 101, 152, 123, et 104, doivent tre lues respective- ment 100 pF, 1 500 pF, 12 000 pF et 100000 pF. Les valeurs comprises entre 10 pF et 820 pF, sont indiques sans le sigle pF . Celles comprises entre 1 000 pF et 820000 pF sont exprimes en microfarad, grce lutilisation dun point (.) la place du 0, lorsquil sagit dune valeur infrieure 1. Par exemple, sil est inscrit .0012, .01 ou .82 sur le corps du condensateur, vous devez lire 0,0012 microfarad, 0,01 microfarad ou 0,82 microfarad. Code europen Les valeurs de capacit comprises entre 1 pF et 8,2 pF sont indiques sur le corps du condensateur avec un p remplaant la virgule. Par exemple, 1p0, 1p5 et 2p7 doivent tre lus 1,0, 1,5 et 2,7 picofarads. Les valeurs comprises entre 10 pF et 82 pF sont indiques sans le sigle pF . Les capacits comprises entre 100 pF et 820 pF sont exprimes en nanofarad et indiques avec la lettre n . Par exemple, si les valeurs n15, n22 ou n56 apparaissent sur le corps du condensateur, vous devez lire 0,15, 0,22 ou 0,56 nanofarad. Dans les valeurs de capacit comprises entre 1 000 pF et 8200, la virgule est remplace par la lettre n , qui suit le nombre. Par exemple, 1n, 1n2, 3n3 ou 6n8 doivent tre lus 1,0, 1,2, 3,3 et 6,8 nanofarads et seront quivalents 1000, 1200, 3 300 et 6800 picofarads. Enfin, dans les valeurs de capacit comprises entre 10000 pF et 820000 pF, la lettre n positionne aprs le chiffre indique que lunit de mesure est le Tableau 10 : Valeurs standards des condensateurs. 1,0 pF 10 pF 100 pF 1 nF 10 nF 100 nF 1 F 1,2 pF 12 pF 120 pF 1,2 nF 12 nF 120 nF 1,2 F 1,5 pF 15 pF 150 pF 1,5 nF 15 nF 150 nF 1,5 F 1,8 pF 18 pF 180 pF 1,8 nF 18 nF 180 nF 1,8 F 2,2 pF 22 pF 220 pF 2,2 nF 22 nF 220 nF 2,2 F 2,7 pF 27 pF 270 pF 2,7 nF 27 nF 270 nF 2,7 F 3,3 pF 33 pF 330 pF 3,3 nF 33 nF 330 nF 3,3 F 3,9 pF 39 pF 390 pF 3,9 nF 39 nF 390 nF 3,9 F 4,7 pF 47 pF 470 pF 4,7 nF 47 nF 470 nF 4,7 F 5,6 pF 56 pF 560 pF 5,6 nF 56 nF 560 nF 5,6 F 6,8 pF 68 pF 680 pF 6,8 nF 68 nF 680 nF 6,8 F 8,2 pF 82 pF 820 pF 8,2 nF 82 nF 820 nF 8,2 F 1n2 K 400 1n2 K 600 Figure 70 : Le sigle 1n2 indique que ces deux condensateurs ont une capacit de 1200 pF (voir figure 84). La lettre K indique une tolrance de 10 % tandis que les nombres 400 et 600 indiquent les tensions maximales de travail en volt. A B Figure 72 : Lpaisseur de la pellicule isolante, place entre les deux lamelles A et B, dtermine la tension maximale de travail. Plus le nombre de lamelles prsentes dans le condensateur est grand, plus la capacit est importante. 104 M 250104 M 100 Figure 71 : Le nombre 104 indique que ces condensateurs ont une capacit de 100 000 pF (voir figure 84). La lettre M indique une tolrance de 20 % tandis que les nombres 100 et 250 indiquent les tensions maximales de travail. Figure 73 : Vue interne de deux condensateurs polyesters. 29. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau31 Note importante Les lettres M K J peuvent apparatre sur le corps du condensateur, suivies dun chiffre. Par exemple : 104 M 100 104 K 100 Ces lettres nexpriment pas lunit de mesure mais elles sont utilises pour indiquer la tolrance. M = tolrance infrieure 20 % K = tolrance infrieure 10 % J = tolrance infrieure 5 % Le nombre qui suit ces lettres, indique la valeur de la tension maximale appli- cable aux bornes du condensateur. Le nombre 100 indiquera donc que la tension continue maximale qui pourra tre applique au condensateur sera gale 100 volts. Condensateurs ajustables Lorsque dans un circuit lectronique il est prvu de faire varier la valeur dun condensateur, on doit utiliser un condensateur ajustable (voir figure 74). La reprsentation graphique de ce composant est identique celle dun condensateur fixe sur laquelle a t ajoute une flche centrale (voir figure 74). Dans certains schmas, la pointe de la flche est remplace par un point, la pointe de flche tant rserve, dans ce cas, la dsignation dun condensateur variable. La flche indique que la capacit peut varier en tournant son axe dune extrmit lautre. Par exemple, un condensateur ajustable de 100 picofarads peut tre rgl de faon obtenir une valeur comprise entre 3 et 100 picofarads. Les condensateurs ajustables peuvent avoir une capacit maximale de 200 picofarads mais, dans la plupart des cas, cette valeur est trs basse et ne dpasse que rarement les 10, 20, 30, 50 ou 80 picofarads. Condensateurs variables Pour obtenir une capacit plus importante, il faut augmenter la taille des lames du condensateur. Dans la figure 75, vous pouvez voir un ancien modle de condensateur variable dont les dimensions taient trs importantes. Aujourdhui, ces condensateurs variables ne sont plus gure utiliss que dans des applications o les courants sont trs importants comme en amplification haute frquence lampes. Dans les applications o les courants sont faibles, ils sont remplacs par des diodes varicap (diodes capacit variable), de dimensions microsco- piques. Condensateurs lectrolytiques Dans la plupart des circuits lectroniques, outre les condensateurs non polariss, vous trouverez galement des condensateurs lectrolytiques polariss, reprable leur symbole + (voir figure 78). Les condensateurs lectrolytiques se diffrencient des autres condensateurs par la matire isolante qui les compose et par la capacit maximale quil est possible dobtenir. Dans les condensateurs polyesters, les lamelles sont spares par de petites pellicules isolantes en plastique et leur valeur ne dpasse jamais 2 microfarads. Dans les condensateurs lectrolytiques, on utilise de petites pellicules isolantes poreuses imbibes dun Figure 76 : Plusieurs condensateurs lectrolytiques utiliss en lectronique. Figure 74 : Symbole graphique dun condensateur ajustable. La flche centrale indique que la capacit est variable. Figure 75 : Un condensateur variable. Figure 77 : Dans un condensateur lectrolytique, il y a toujours une sortie positive et une sortie ngative. Le ngatif est normalement indiqu sur le corps du condensateur, tandis que le positif se distingue par une patte plus longue (voir figure 78). 30. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau32 liquide lectrolytique. On obtient de cette faon des valeurs de capacit trs leves (10, 33, 100, 470, 2200, 4 700, 10 000 microfarads), tout en gardant de petites dimensions. Le seul inconvnient des condensateurs lectrolytiques est quils sont polariss. Cest pour cette raison que leurs sorties sont marques par les signes + et - , tout comme les piles. Lors du montage de ces condensateurs sur un circuit lectrique, vous devez veiller bien respecter leur polarit. Si vous inversez le sens de montage, le condensateur risque dtre endommag et, si la tension est trs leve, il peut mme exploser. La tension de travail est indique en clair sur tous les condensateurs lectrolytiques. Il ne faut jamais dpasser cette valeur car les lectrons pourraient perforer la pellicule isolante place entre les lamelles et comme nous venons de le dire, endommager le condensateur ou provoquer son explo- sion. On trouve dans le commerce des condensateurs ayant des tensions de travail de 10, 16, 20, 25, 35, 63, 100, 250, 400 volts. Un condensateur de 100 volts peut tre utilis dans tous les circuits aliments par une tension ne dpassant pas 100volts. Condensateur en srie ou en parallle En reliant deux condensateurs en srie (voir figure 79), la valeur de la capacit globale sera infrieure celle du condensateur ayant la capacit la plus faible. Par exemple, si C1 a une valeur de 8 200 picofarads et C2 une valeur de 5 600 picofarads, la capacit globale quon obtiendra en reliant en srie ces deux condensateurs sera infrieure 5600 picofarads. Pour connatre la valeur exacte, utilisez la formule suivante : Picofarad = (C1 x C2) : (C1 + C2) Dans notre cas, la capacit globale sera gale : (8200 x 5 600) : (8 200 + 5600) = 3327 pF En reliant les deux mmes condensateurs en parallle, la capacit globale sera gale : Picofarad = C1 + C2 Cest--dire : 8200 + 5600 = 13 800 pF Pour relier en srie deux condensateurs lectrolytiques, il faut relier le ngatif du premier au positif du second (voir figure 80). Cet assemblage quivaudra laugmentation de la distance entre les pellicules isolantes : la capacit du condensateur se rduit, tandis que la tension de travail augmente. Si on relie en srie deux condensateurs de 47 microfarads ayant une tension de travail de 100 volts, on obtiendra une capacit globale de 23,5 microfarads et une tension de travail de 200volts. Si lon relie en parallle deux condensateurs lectrolytiques, la sortie positive du premier doit tre relie la sortie positive du second. De mme pour leurs sorties ngatives (voir figure 82). Cet assemblage quivaudra laugmentation de la distance entre les lamelles, sans que la distance entre les pellicules isolantes naugmente. La capacit globale du condensateur augmente, tandis que la tension de travail reste inchange. Figure 78 : Symbole graphique dun condensateur lectrolytique. La lamelle positive est celle de couleur blanche. C1 C2 Figure 79 : En reliant en srie deux condensateurs, la capacit globale sera infrieure celle du condensateur ayant la capacit la plus petite. C1 C2 Figure 81 : En reliant en parallle deux condensateurs polyesters ou cramiques, on obtient une capacit globale gale la somme des deux capacits de C1 et C2. C2 C1 Figure 82 : Pour relier en parallle deux condensateurs lectrolytiques, il faut que les ples positifs et les ples ngatifs soient relis entre eux. La capacit globale sera gale la somme de C1 et C2. C1 C2 Figure 80 : Pour relier en srie deux condensateurs lectrolytiques, la sortie ngative du premier doit tre relie la sortie positive de lautre. CONDENSATEURS en SERIE C1 C2 CX = C1 x C2 C1 + C2 CONDENSATEURS en PARALLLE CX = C1 + C2 C1 C2 31. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau33 100 pF 101 n10 120 pF 121 n12 150 pF 151 n15 180 pF 181 n18 220 pF 221 n22 270 pF 271 n27 330 pF 331 n33 390 pF 391 n39 470 pF 471 n47 560 pF 561 n56 680 pF 681 n68 820 pF 821 n82 1 pF 1 1p0 1,2 pF 1.2 1p2 1,5 pF 1.5 1p5 1,8 pF 1.8 1p8 2,2 pF 2.2 2p2 2,7 pF 2.7 2p7 3,3 pF 3.3 3p3 3,9 pF 3.9 3p9 4,7 pF 4.7 4p7 5,6 pF 5.6 5p6 6,8 pF 6.8 6p8 8,2 pF 8.2 8p2 10 pF 10 12 pF 12 15 pF 15 18 pF 18 22 pF 22 27 pF 27 33 pF 33 39 pF 39 47 pF 47 56 pF 56 68 pF 68 82 pF 82 TABLEAU 11 condensateurs CRAMIQUES Si on relie en parallle deux condensateurs de 47 microfarads ayant une tension de travail de 100 volts, on obtiendra une capacit globale de 94 microfarads et une tension de travail de 100 volts. Tolrances, rsistances et capacit Tous les composants lectroniques sont fabriqus avec une tolrance. Les rsistances au carbone peuvent avoir des tolrances allant jusqu 5 ou 10 %. Les condensateurs polyesters et cramiques peuvent atteindre des valeurs de tolrance entre 10 % et 20 %. Les condensateurs lectrolytiques, jus- quau 40 % ou 50 %. Ces tolrances ne compromettent pas le fonctionnement dun appareil car, pendant la phase dtude du projet, on prvoit toujours une oscillation des valeurs entre 10 % et 20 %. Lorsque vous mesurerez une rsistance dont la valeur ohmique dclare par le fabricant est de 10 000 ohms, elle pourra, pour une tolrance de 10 %, avoir une valeur situe entre 9 000 ohms et 11000 ohms. Le phnomne est le mme pour les condensateurs : une capacit dclare de 15000 picofarads, pourra avoir une valeur relle situe entre un minimum de 13 500 picofarads et un maximum de 16500 picofarads (voir figures 85, 86 et 87). 15 000 ohms 14 250 ohms 15 750 ohms Figure 85 : Chaque composant a une tolrance. Ne soyez donc pas tonns si une rsistance de 15 000 ohms a une valeur relle comprise entre 14250 ohms et 15750 ohms. 13 500 picofarads 16 500 picofarads 15 000 pF Figure 86 : Un condensateur de 15000 picofarads ayant une tolrance de 10 % peut, en pratique, prsenter une valeur comprise entre 13500 picofarads et 16500 picofarads. 29 microfarads 65 microfarads 47 F Figure 87 : Les condensateurs lectrolytiques ont des tolrances comprises entre 40 et 50 %. Cest pourquoi, une capacit de 47 F peut avoir une valeur relle comprise entre 29 F et 65 F. Figure 83 : Les capacits indiques sur les corps des condensateurs cramiques peuvent tre exprimes en picofarad ou en nanofarad . Pour faciliter la comprhension, nous avons donn les correspondances en picofarad uniquement. 32. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau34 1 000 pF 102 1n 001 1 200 pF 122 1n2 0012 1 500 pF 152 1n5 0015 1 800 pF 182 1n8 0018 2 200 pF 222 2n2 0022 2 700 pF 272 2n7 0027 3 300 pF 332 3n3 0033 3 900 pF 392 3n9 0039 4 700 pF 472 4n7 0047 5 600 pF 562 5n6 0056 6 800 pF 682 6n8 0068 8 200 pF 822 8n2 0082 10 000 pF 103 10n 01 12 000 pF 123 12n 012 15 000 pF 153 15n 015 18 000 pF 183 18n 018 22 000 pF 223 22n 022 27 000 pF 273 27n 027 33 000 pF 333 33n 033 39 000 pF 393 39n 039 47 000 pF 473 47n 047 56 000 pF 563 56n 056 68 000 pF 683 68n 068 82 000 pF 823 82n 082 100 000 pF 104 100n 1 120 000 pF 124 120n 12 150 000 pF 154 150n 15 180 000 pF 184 180n 18 220 000 pF 224 220n 22 270 000 pF 274 270n 27 330 000 pF 334 330n 33 390 000 pF 394 390n 39 470 000 pF 474 470n 47 560 000 pF 564 560n 56 680 000 pF 684 680n 68 820 000 pF 824 820n 82 TABLEAU 12 condensateurs POLYESTERS Figure 84 : Sur le corps des condensateurs polyesters, les capacits peuvent tre exprimes en picofarad , nanofarad ou microfarad . Pour faciliter la comprhension, nous avons donn les correspondances en picofarad uniquement. Les lettres M K J, qui suivent la valeur de la capacit, indiquent la tolrance : M = 20 %, K = 10 %, J = 5 %. LES DIODES Les diodes au silicium Le symbole graphique des diodes au silicium est illustr sur la figure 88. Les diodes se prsentent comme de petits cylindres en plastique ou en verre, et ont deux sorties appeles cathode et anode. La bague, gnralement noire ou blanche, prsente sur une des extrmits de leur corps, indique la position de la cathode. Une diode devient conductrice lorsque le ple positif dune tension continue est raccord son anode (voir figure 91). Elle ne conduit pas si le ple positif est reli sa cathode (voir figure 92). A K A K Figure 88 : Dans les schmas lectriques, la diode est reprsente par le symbole de gauche. La bague colore sur le corps de la diode indique la cathode. 33. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau35 Les diodes sont utilises en lectronique pour redresser une tension alternative, cest--dire pour prlever de celle-ci les demi-alternances positives ou ngatives seulement. Si on applique une tension alternative sur lanode dune diode, on retrouvera sur sa cathode les demi-alternances positives seulement (voir figure 89). A linverse, si la mme tension est applique sur la cathode de la diode, on ne retrouvera que des demi-alternances ngatives sur son anode (voir figure 90). Il existe des diodes capables de redresser des tensions de 50 volts, avec un courant de 0,1 ampre maximum, et dautres, capables de redresser des tensions de 400 ou 1 000 volts, avec des courants suprieurs 10 ampres. Encore une fois, les sigles indiqus sur les corps de ces composants varient en fonction du fabriquant (ex. BAY73, 1N4148, 1N4004, 1N4007, etc.). Il nexiste pas de rgle, comme pour les rsistances ou les condensateurs, don- nant la valeur dune diode en fonction de son marquage. Pour connatre les caractristiques tech- niques dune diode, il est ncessaire de disposer de sa fiche technique ou dun lexique des caractristiques. 3me exercice Grce cette exprience, vous pourrez vrifier que la tension traverse la diode au silicium dans une seule direction. Avant toute chose, procurez-vous une pile de 4,5 volts, une ampoule de 4,5V au moins et une diode au silicium capable de supporter un courant de 1 ampre. Ensuite, connectez la diode comme indiqu sur la figure 91. En reliant le ple positif de la pile lanode de la diode, lampoule sallume car la tension positive traversera la diode. Si on retourne la diode, lampoule ne sallume pas car la tension positive ne la traverse plus (figure 92). Pour avoir confirmation du phnomne, effectuez le montage de la figure 93 en respectant le sens des diodes et les polarits de la pile. Vous verrez alors lampoule A sallumer tandis que lampoule B restera teinte. Pour que cette dernire sallume, il faudra inverser les polarits de la pile. Lampoule A steindra alors. Lintensit lumineuse des ampoules restera infrieure celle quon obtien- drait avec un branchement direct. Ceci est d la chute de tension dans la diode qui est denviron 0,7 volt. A K A K Figure 89 : Si on applique une tension alternative sur lanode dune diode, on ne retrouvera que les demi-ondes positives sur sa cathode (K). AK AK Figure 90 : Si on applique une tension alternative sur la cathode dune diode, on ne retrouvera que les demi-ondes ngatives sur lanode (A). K A AK 4,5 V Figure 91 : En reliant en srie une diode une ampoule, celle-ci ne sallumera que si la cathode est relie au ple positif de la pile (voir figure 90). 4,5 V A K A K Figure 92 : Si lon essaie de relier lanode de la diode sur le ple ngatif de la pile, lampoule restera teinte (voir figure 89). 4,5 V A K K A A B Figure 93 : Relions deux diodes, diriges dans des sens opposs, dun ct au ple positif dune pile et de lautre ct deux ampoules A et B. Selon la disposition illustre dans le schma seule lampoule A sallume. Si on inverse les polarits de la pile, seule lampoule B sallume. 34. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau36 Pour cette raison, la tension aux bornes de lampoule est de : 4,5 0,7 = 3,8 volts Si lon relie deux diodes en srie, on obtiendra une intensit lumineuse encore plus faible, car la chute de tension double : 4,5 (0,7 + 0,7) = 3,1 volts Les diodes LED Les diodes LED sont reprsentes sur les schmas lectriques avec le symbole indiqu sur la figure 94. Elles peuvent tre compares des ampoules miniatures, quipes de deux sorties dont lune est la cathode et lautre lanode. Les diodes LED peuvent dif- fuser une lumire rouge, jaune ou verte et elles ont un corps de forme ronde, carre ou rectangulaire. Ces diodes sallument seulement lorsque lanode est relie au ple positif et la cathode (gnralement indique avec la lettre K) au ple ngatif de lalimentation. On distingue lanode de la cathode grce sa lon- gueur suprieure de la patte anode (voir figure 94). Important : une diode LED ne doit jamais tre relie directement la source dalimentation car elle serait dtruite en quelques secondes. Pour commander lal- lumage dune diode LED sans len- dommager, il faut la relier en srie avec une rsistance capable de rduire le courant une valeur comprise entre 0,015 et 0,017 ampre, soit entre 15 et 17 mil- liampres. Pour calculer la valeur de cette rsistance, utilisez la formule suivante : Ohm - est la valeur de la rsistance Vcc - est la valeur de tension de lalimentation 1,5 - est la chute de tension lintrieur de la diode LED 0,016 - est le courant moyen exprim en ampre Si vous alimentez la diode avec une pile de 4,5 volts, vous devrez la relier en srie avec une rsistance de : (4,5 1,5) : 0,016 = 187,5 ohms Cette valeur de rsistance ne se trou- vant pas dans le commerce, vous devez utiliser une valeur standard de 180 ohms. Si vous alimentez la diode avec une pile de 9 volts, vous devez la relier en srie avec une rsistance de : (9 1,5) : 0,016 = 468,75 ohms La valeur standard la plus proche est de 470 ohms. 4me exercice Grce cette exprience, vous pourrez vrifier que la diode LED ne sallume que lorsque son anode est relie au ple positif de lalimentation. Avant toute chose, procurez-vous une pile de 4,5 volts, une diode LED et trois rsistances, une de 180 ohms (qui reprsente la valeur exacte), une de 150 ohms (valeur infrieure) et la dernire de 270 ohms (valeur plus leve). A K A K ohm = (Vcc - 1,5) : 0,016 Figure 94 : Sur ce tableau nous avons reprsent le symbole graphique utilis dans les schmas lectriques pour indiquer la prsence dune diode LED. La sortie la plus longue est lanode tandis que lautre est la cathode. 35. LE COURS ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours dElectronique Premier niveau37 Soudez la rsistance de 180 ohms sur la sortie ngative de la pile et sur la cathode de la diode LED. Si lanode est relie au ple positif, la diode LED sallume (voir figure 97). Si vous inversez la polarit de lalimentation, cest--dire si vous retour- nez la pile en dirigeant le ple ngatif vers lanode, la diode LED reste teinte (voir figure 98). Si vous substituez la rsistance de 150 ohms celle de 180 ohms, la diode LED aura une luminosit plus importante car cette rsistance laisse passer plus de courant (voir figure 99). Inversement, si vous remplacez la rsistance de 150 ohms par celle de 270 ohms, la diode LED verra sa luminosit diminuer car la rsistance laisse passer moins de courant (voir figure 100). Si vous alimentez la diode LED avec une pile de 9 volts, vous devez utiliser une rsistance de 470 ohms (voir figure 101). Le mme phnomne que ci-dessus peut tre observ en aug- mentant la rsistance 680 oh

niveau 1 leçons 01 à 28

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