l Electronique de Zero

7/31/2019 l Electronique de Zero

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L'lectronique de zroPar Basil1402 ,

olyteet uknow

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Licence Creative Commons BY-NC-SA 2.0Dernire mise jour le 15/12/2011
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Sommaire

1Sommaire ...........................................................................................................................................1Lire aussi ............................................................................................................................................3L'lectronique de zro ........................................................................................................................

3Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires ............................................................................. 4Prsentation et mise en garde ..........................................................................................................................................4Prsentation ................................................................................................................................................................................................................4Pourquoi choisir d'apprendre l'lectronique ? .............................................................................................................................................................6Risques de l'lectricit sur le corps humain ................................................................................................................................................................6Les effets du courant lectrique sur le corps humain ..................................................................................................................................................8Comment s'en protger ? ............................................................................................................................................................................................8Responsabilit : qui ? ..................................................................................................................................................................................................9L'lectricit .........................................................................................................................................................................

10Analogie ....................................................................................................................................................................................................................10La source d'nergie ...................................................................................................................................................................................................10Le gnrateur ............................................................................................................................................................................................................11Le rcepteur ..............................................................................................................................................................................................................11L'essentiel ..................................................................................................................................................................................................................12Le courant .................................................................................................................................................................................................................12Les charges lectriques ............................................................................................................................................................................................

14La notion de conductibilit .........................................................................................................................................................................................14Sens du courant ........................................................................................................................................................................................................16Intensit du courant ...................................................................................................................................................................................................18Notions avances : l'intensit, a se calcule ! ...........................................................................................................................................................19La tension ..................................................................................................................................................................................................................21La masse : une rfrence .........................................................................................................................................................................................21Notion de rfrentiel ..................................................................................................................................................................................................21La masse ...................................................................................................................................................................................................................22La puissance .............................................................................................................................................................................................................22Effet joule ..................................................................................................................................................................................................................23Puissance ..................................................................................................................................................................................................................25Application .......................................................................................................................................................................25Lecture et criture d'un schma ................................................................................................................................................................................25Un peu de vocabulaire ..............................................................................................................................................................................................26Courant et tension .....................................................................................................................................................................................................26Branchement en srie et en parallle .......................................................................................................................................................................

28Les gnrateurs ........................................................................................................................................................................................................ 29Gnrateurs continus ................................................................................................................................................................................................30Gnrateurs non continu ...........................................................................................................................................................................................31Gnrateurs priodiques ...........................................................................................................................................................................................32Les formes connues de signaux ...............................................................................................................................................................................34Les rcepteurs ...........................................................................................................................................................................................................34Les rcepteurs passifs ..............................................................................................................................................................................................35Les rcepteurs actifs .................................................................................................................................................................................................36Lois fondamentales .........................................................................................................................................................36Introduction ................................................................................................................................................................................................................37La loi d'Ohm ..............................................................................................................................................................................................................37La loi des mailles .......................................................................................................................................................................................................39La loi des nuds .......................................................................................................................................................................................................39Gnralits et nonc de la loi ..................................................................................................................................................................................39Application un circuit lectrique : ............................................................................................................................................................................41Exercice d'application ................................................................................................................................................................................................

43Partie 2 : [Thorie] Les composants fondamentaux passifs de l'lectronique ................................... 44Les composants lectroniques ........................................................................................................................................44 Que vont-ils bien pouvoir nous raconter ? ..........................................................................................................................................................44Quelques dfinitions ..................................................................................................................................................................................................45Et a ressemble quoi, concrtement ? ...................................................................................................................................................................49C'est fini ? ..................................................................................................................................................................................................................49Actifs ou passifs ? .....................................................................................................................................................................................................49Les composants passifs ............................................................................................................................................................................................50Des composants actifs ..............................................................................................................................................................................................50Les composants passifs fondamentaux ....................................................................................................................................................................51Introduction aux rgimes ...........................................................................................................................................................................................51La notion de rgime ..................................................................................................................................................................................................52Les diffrents rgimes ...............................................................................................................................................................................................52Notre rgime de travail ..............................................................................................................................................................................................54Le spectre d'un signal ...............................................................................................................................................................................................56Les proprits du signal sinusodal ...........................................................................................................................................................................

58Rsistance et rsistor ......................................................................................................................................................58Dbutons simplement... ............................................................................................................................................................................................58La rsistance .............................................................................................................................................................................................................60Le rsistor ..................................................................................................................................................................................................................62La pratique ................................................................................................................................................................................................................62Utiliser un rsistor .....................................................................................................................................................................................................64Exercices ...................................................................................................................................................................................................................

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66Les associations ........................................................................................................................................................................................................66Montage srie ............................................................................................................................................................................................................67Montage en drivation ...............................................................................................................................................................................................69Pont diviseur de tension ............................................................................................................................................................................................72Les rsistors variables ..............................................................................................................................................................................................72Le potentiomtre .......................................................................................................................................................................................................79Les autres rsistors variables ...................................................................................................................................................................................80Code couleur .............................................................................................................................................................................................................85Le condensateur en rgime continu ................................................................................................................................

85Introduction et principes ............................................................................................................................................................................................ 86Commenons par les principes .................................................................................................................................................................................86Charge d'un condensateur ........................................................................................................................................................................................88Dcharge d'un condensateur ....................................................................................................................................................................................88Capacit d'un condensateur ......................................................................................................................................................................................89Notion de temps ........................................................................................................................................................................................................89Charge et dcharge d'un condensateur travers un rsistor ...................................................................................................................................93Calcul de la charge accumule .................................................................................................................................................................................94Les associations ........................................................................................................................................................................................................94Association parallle .................................................................................................................................................................................................95Association srie .......................................................................................................................................................................................................96Exercice .....................................................................................................................................................................................................................97Technologies .............................................................................................................................................................................................................97Plus de proprits ! ...................................................................................................................................................................................................99Les condensateurs non polariss .............................................................................................................................................................................

100Condensateurs lectrolytes chimiques (polariss). ..............................................................................................................................................102Les condensateurs variables ..................................................................................................................................................................................

103Partie 3 : [Thorie] Les composants base de semi-conducteur ...................................................103La diode .........................................................................................................................................................................103La diode : une jonction ............................................................................................................................................................................................103Avant de commencer ..............................................................................................................................................................................................104Symbole ..................................................................................................................................................................................................................104Brochage .................................................................................................................................................................................................................104Rgime continu .......................................................................................................................................................................................................104Utilisation .................................................................................................................................................................................................................106Caractristiques ......................................................................................................................................................................................................108Rgime variable ......................................................................................................................................................................................................108Suppression d'alternance ........................................................................................................................................................................................111La diode Zener .........................................................................................................................................................................................................112Fonctionnement .......................................................................................................................................................................................................114quivalence .............................................................................................................................................................................................................115Diversit des diodes ................................................................................................................................................................................................115Cas d'utilisation de la diode .....................................................................................................................................................................................116Autres diodes ...........................................................................................................................................................................................................

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L'lectronique de zro

Par olyte et uknow et Basil1402

Mise jour : 18/09/2011Difficult : Intermdiaire Intermdiaire Dure d'tude : 2 mois

1 493 visites depuis 7 jours, class 4/18

Si vous tes ici, c'est que vous devez trs probablement avoir envie d'apprendre connatre le monde de l'lectronique : quelssont les principes de bas e, connatre les composants et pouvoir les utiliser pour faire des schmas, faire ses propres montages,en faire votre mtier, etc. ou bien complter des connaissances dj acquises.

Sachez toutefois que le domaine de l'lectronique est tellement vaste que nous ne pouvons pas vous prsenter toutes lesfacettes de cette science. Nous allons cependant vous expliquer l'ess entiel afin que vous puiss iez 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 neremplace pas les cours traits par les enseignants en milieu scolaire, mais peut les complter.

Nous ne ferons aucun moment de l'lectronique programme dans ce tutoriel. Si cela vous intress e vraiment, vouspouvez aller lire cet autre tutorielqui dbute.

Avis donc tous les amateurs, les hobbyistes , les profess ionnels et les tudiants : vous venez de dnicher la perle rare !

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Partie 1 : [Thorie] Bases et notions lmentaires

Il est, avant toutes choses, primordial de commencer par apprendre les bases de l'lectricit et ne pas s e lancer, tte baisse, l'ass aut des compos ants 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 ains i que les risques encourus. Pour cela, nous allons commencer par faire une rapideexplication de ce qu'est l'lectronique et de ses domaines de prdilection. Nous poursuivrons par une explication non exhaustivedes phnomnes phys iques qui constituent l'lectronique. Enfin, ce n'est qu' ce moment-l que nous pourrons nous diriger versune partie plus intressante : l'apprentissage du fonctionnement et de l'utilisation des compos ants lectroniques de base.

PrsentationPendant ces deux derniers s icles, aprs de nombreuses dcouvertes scientifiques sur l'lectricit et sur son application,l'lectronique es t apparue. Bien des composants ont t invents au tout dbut, mais leur application avait une tendue limitenotamment caus e de la place qu'ils occupaient et de l'impossibilit d'tre exploits et fabriqus en grande quantit. Plus lesannes avanaient, plus l'lectronique s e 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 matrielmilitaire, mais aussi la communication par radio. Aujourd'hui, elle vient s'imposer dans nos foyers en amliorant notre confortquotidien. La phys ique, la mdecine et l'lectronique elle-mme s ont favorises par les applications possibles de l'lectroniquegrce au matriel de plus en plus sophistiqu et performant. Son s eul but es t donc d'amliorer le confort et de permettre larecherche 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 s tructures qui traitent des signaux lectriques , le but tant de transmettre oude recevoir des donnes ou de l'nergie afin de crer des systmes plus ou moins complexes et autonomes. Ces systmesutilisent des sources d'nergie pour pouvoir fonctionner. En gnral, il est question d'association de s ous -sys tmes pour encrer de gros qui prsentent la caractrist ique 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 puiss ance. Nous parleronsuniquement de l'lectronique qui utilise des signaux car l'lectronique de puissance se rvle plus dangereus e manipuler (maisfera l'objet d'un cours part entire).

tendue de l'lectronique

Cela peut paratre vident pour certains, mais moins pour d'autres :l'lectronique est prsente partout dans notre quotidien, que ce soitdans les pays riches et dvelopps o elle amliore le confort et larecherche ou dans les pays pauvres qui recyclent les objetslectroniques 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 ence moment mme, en lisant ce cours : lesmartphone ou l'ordinateur.Tous deux fonctionnent avec de l'lectronique. Un exemple plusanodin : la montre que vous portez au bras fonctionne grce uncircuit lectronique.

Pourquoi choisir d'apprendre


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l'lectronique ?

Voil une question assez vaste tout de mme ! Pourquoi diable se lancer dans l'apprentissage de l'lectronique ?

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'lectronique

Je n'aurais certainement pas cr ce tutoriel s'il n'y avait pas eu d'avenir certain pour l'lectronique. Pour vous donner quelquesexemples 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 phys ique et des recherches scientifiques grce sesinnovations technologiques telles que le microscope lectronique et effet tunnel, les acclrateurs de particules, l'ordinateur etla plus importante (surtout l'une des premires) : la calculatrice ! Toutes ces avances ont permis des volutions incroyablesdans 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 filmAvatarde James Cameron (en matire detechnologie). Les tlphones portables s eront flexibles et transparents, ainsi que les crans. Tout sera miniaturis tel point quel'espionnage sera devenu banal dans la vie de tous les jours car rendu extrmement facile.

Plus intress ant maintenant : les jeux vido ! Ce ne seront plus les mmes qu'actuellement, ils imiteront la ralit avec

perfection ; s i bien que l'on risquera de se croire vivant dans un monde virtuel ! Mais pour en arriver l, il faut des personnescomptentes en informatique, certes, mais surtout en lectronique pour concevoir le cocon qui plongera le joueur dans lemonde 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 utilitpour leurs propres besoins ou ceux des autres. En outre, ces deux poss ibilits se recoupent puisqu'elles ont un objectif encommun : 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 pourentrer dans une s ection lectronique de l'enseignement ou bien de vous permettre de crer des montages s imples. Parmi eux :sirne, clignotant lumineux, dtecteur d'inondation, alimentation, amplificateur audio

Mtiers de l'lectronique

Je ne vais pas vous faire une fiche dtaille de chaque mtier que compte l'lectronique dans ses effectifs, cela serait bien troplong et fastidieux, mais je vais vous montrer les dbouchs pos sibles avec un bon niveau en lectronique et aussi la place qu'il y

a dans ce domaine.

Premirement, s i l'on veut trouver un bon emploi dans une entreprise qui tourne sans difficult, il faut malheureusement faire destudes et passer des diplmes qui sont reconnus nationalement et/ou internationalement. Pour plus de renseignements sur cesformations pr-bac ou pos t-bac, il suffit de rechercher sur Internet en allant par exemple sur le s ite de l'Onisep.

Voici une liste non exhaus tive des mtiers que l'on peut trouver dans le domaine de l'lectronique (liste que j'ai honteusementpompe 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 ;


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http://www.siteduzero.com/http://www.onisep.fr/Decouvrir-les-metiers/Des-secteurs-professionnels-a-explorer/Electronique


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architecte systme matriel.

Le dveloppement :

ingnieur tudes et dveloppement en lectronique analogique ;ingnieur tudes et dveloppement en logiciels de simulation ;ingnieur tudes en mcanique et thermique (dans le domaine spatial) ;

ingnieur tudes et dveloppement en optique ;ingnieur tudes et dveloppement en logiciels.

La production, les tests et l'intgration :

technicien mthodes ;responsable indus trialisation ;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 indus triel ;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 es tdangereux. 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 manipulel'lectricit, certaines rgles s'ajoutent !Il y a certains points dangereux qu'il ne faut abs olument pas ngliger sous peine de commettre des erreurs irrversibles dans lescas 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 s i l'on ne prte pas attentionaux moyens qui permettent d'viter tout risque !

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

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

Les effets du courant lectrique sur le corps humain

Le corps humain se comporte comme une rsistance dont la valeur est variable selon les individus, plus ou moins rsistants, eten fonction de leur peau : si cette dernire est s che, la rsistance sera leve, si au contraire elle est humide, la rsistance sera


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faible. Partant de ce principe, la norme NF C 15-100 permet d'tablir des courbes de s curit :

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 p ices d'une habitation).

titre informatif, ce tableau vous permettra d'apprhender les niveaux de risque du courant sur le corps humain :

Effets Courant continu Courant alternatif

Lgre sensation de picotement 0,6 - 1,0 mA 0,3 - 0,4 mA

Sensation vidente 3,5 - 5,2 mA 0,7 - 1,1 mA

Douleurs, mais contrle musculaire conserv 41 - 62 mA 6 - 9 mA

Douleurs et incapacit de lcher le mtal 51 - 76 mA 10 - 16 mA


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Difficults respiratoires (paralysie de la cage thoracique) 60 - 90 mA 15 - 23 mA

Fibrillations cardiaques (dans les 3 secondes) 500 mA 65 - 100 mA

En lectronique, on utilisera uniquement l'lectricit dans le domaine de la trs basse tension (abrge TBT). C'est le domaine ola tens ion minimale est de 0 volt et la tension maximale est de 24 volts .

A priori , la tens ion ne pos era 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 travail

Il 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 scurit

Utilisez une source de courant indpendante : prfrez une alimentation s tabilise (avec isolation galvanique partransformateur) 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 es t adapte au circuit.loignez tout liquide, animal et jeune enfant. Vous devez tre seul sur votre espace de travail.Travaillez en bonne forme (aucun travail lorsque vous tes fatigu, d istrait 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 s ans danger ! Toutes ces rgles sont importantes et doivent trerespectes, 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 engagelors de vos actions. Dveloppons.

VOUS TES LE SEUL RESPONSABLE DE VOSMANIPULATIONS !

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. Vous devez tre seul sur votre espace de travail ! Si tel n'estpas le cas, vous serez respons able de chaque acte ralis par la personne qui vous entoure (mme si c'est le chat du voisin) etdes dgts qui peuvent en dcouler sur votre projet. Si par chance, aucun incident ne s'est produit quand votre petite sur estvenue vous voir pour regarder de plus prs le travail que vous effectuiez, il se peut que vous soyez perdu aprs cet tedconcentration 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


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nos erreurs et par l mme viter d'autres zros de faire cette erreur. Cependant, il ne tient qu' vous de vrifier, par vosconnaissances, 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 at teint

Ce qu'il faut retenir tout prix !

L'lectronique es t 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 oumajeurs et qu'aucune responsabilit ne pourra tre retenue contre ces derniers !

Vous pouvez lire la suite de ce tutoriel en toute s rnit !


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L'lectricitS'il y a bien quelque chos e 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 ess entielles savoir sur ces grandeurs.

En lectronique, on manipule diverses grandeurs physiques . Une grandeur physique es t un truc (pardonnez la vulgarisation)qui se mesure. On va es sentiellement utiliser trois grandeurs phys iques qui sont : la tension, le courantet lapuissance.

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.

Analogie

L'explication suivante fait appel une analogie. Une analogie est le fait de rapprocher deux phnomnes s emblablesafin 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'unepompe (originalement appele zPompe ) ainsi que d'un rservoirqui contient du carburant. Cet

ensemble se trouve dans le cadre gauche de l'image. Un autre cadre ( droite) contient un moteur(dont le fonctionnement internen'est reprsent que schmatiquement par du feu et des engrenages) et unpot dchappement.

Gardez bien cela en tte, car c'est l-dess us que nous travaillerons .

La source d'nergieNous allons d'abord dterminer d'o viennent les grandeurs physiques avant de voir ce que c'es t exactement. L'analogieprcdente n'tant pas l pour de la figuration, c'est avec elle que nous travaillerons .

Le gnrateur

Un gnrateur est un s ystme qui fournit de l'nergie. Dans notre engin, le gnrateur es t l'ensemble constitu par le carburantet la pompe.

En effet, si l'on regarde le fonctionnement de ce gnrateur, la zPompe va aspirer le carburant contenu dans le rservoir et vale livrer au moteur. Il y a donc gnration d'un mouvement de carburant qui va s e diriger vers le moteur, moteur qui son tour vas'en s ervir pour faire fonctionner l'engin.

En lectricit


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En lectricit, on ne dispose pas de carburant n i de pompe mais desources qui gnrent des grandeurs phys iques, les mmesque 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 rcepteur

Un rcepteur est un s ystme 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 defonctionner.

En lectricit

En lectricit, on dispos e aussi de moteurs mais on les appelle rcepteurs . Ils n'absorbent pas de carburant, mais ils utilisentles grandeurs phys iques 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 es t 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 nces saire au fonctionnement du rcepteur qui absorbe ce


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carburant pour fonctionner.

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

Le courantNotez que je vais vous montrer ce qu'est le courant en utilisant un gnrateur que vous connaiss ez bien : la pile.

Cependant, ce sera le seul chapitre qui utilisera cet lment comme source d 'nergie. Aprs, il sera ques tion d 'utiliserdes 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 carburantvers le moteur. En faisant circuler le carburant travers le tuyau, elle cre ce que l'on appelle un courant (reprsent par la flcheen 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 carburantse 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-cequi va se dplacer ?

Ce sont des charges lectriques.Charges lectriques ? a mrite une petite explication.

Les charges lectriques

Pour 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 certainsphnomnes . Personne n'a jamais observ directement une charge lectrique, mais les scientifiques ont remarqu dessimilitudes de comportement de certaines particules : ils ont donc postu l que ces particules avaient des caractristiques encommun, dont les proprits concidaient avec leurs observations.

En rsum, la charge lectrique es t une grandeur physique qu'onpeut 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 es t

positive (bonhomme avec le +) ;tre infrieur 0 : on dit alors que la charge de l'objet estngative (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 sedplacer. Un objet qui poss de une charge lectrique va agir surtout objet poss dant lui aussi une charge lectrique et va l'attirer ou le repousser. Par exemple, l'lectricit statique est due cescharges lectriques .

La faon dont les charges ragiss ent entre elles est as sez 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.


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Deux charges ngatives vont se repousser.

Une charge pos itive va att irer une charge ngative et inversement.

Les charges nulles ne s ont pas du tout at tires ni repousses . Et inversement, elles n'attirent ni ne repouss ent les autrescharges. En clair, elles ne font rien. On peut donc les laiss er de ct et ne plus s 'en soucier.

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Ainsi, une charge va avoir tendance dvier ou acclrer toute particule qui pass e proximit. La zone dans laquelle une chargelectrique 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 chargeslectriques. On peut maintenant dfinir correctement ce qu'est un courant :

Un courant lectrique est un dplacement ordonn de charges lectriques .


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Vous remarquerez que j'ai utilis le mot ordonn dans ma dfinition du dessus. Cela s ignifie une chose : des charges qui sedplacent n'importe comment ne forment pas un courant. Pour mriter le nom de courant, il faut que toutes les charges sedplacent dans le mme sens et dans la mme direction.

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 'uncourant lectrique.

La notion de conductibilitTous les matriaux ne se comportent pas de la mme faon en prsence d'un courant lectrique. Leur comportement diffre enfonction 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 pass e quand on envoie un courant dans un matriau : est-ce que les charges lectriquesvont 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

Les isolantsConductibilit nulle.

Le courant ne passe pas travers ces matriaux. Citons par exemple le plastique ou le verre.

Les semi-conducteurs

Conductibilit faible, mais variable suivant la situation.

Ils ne se laiss ent pas traverser facilement par un courant, sauf dans certaines s ituations. Lencore, tout dpend de certains paramtres. Par exemple, certains sont compltement isolants, maislaiss ent pas ser le courant quand on les claire ou quand on les chauffe. Citons quelques exemples :le silicium ou le germanium.

Les conducteursmtalliques

Conductibilit forte.

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

Lessupraconducteurs

Conductibilit infinie.

Ils se laissent traverser par un courant sans opposer la moindre rsistance. Un courant qui rentredans le matriau ress ortira sans aucune perte : pas de cration de chaleur. Enfin, ce n'est vrai qu'enthorie : dans la ralit, un supraconducteur possde toujours quelques impurets qui seront lacause de pertes, auss i infimes soient-elles, par effet Joule (chaleur).

Dans les circuits lectroniques, on utilise auss i bien des semi-conducteurs que des conducteurs mtalliques . Sur un montagelectronique, on utilise aus si 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 bassestempratures 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 courant

Tout d'abord, un courant n'apparat pas comme a, il faut fatalement quelque chos e qui va influencer les charges lectriques defaon les dplacer. Ce quelque chos e, 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 agitde la mme faon, mais avec des charges lectriques. Bon, ce n'est pas exactement a, mais si on a le temps, on verra commentfonctionne un gnrateur lectrique (il ne cont ient pas de pompe l'intrieur).


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Dans l'exemple qui va suivre, notre gnrateur s era unepile lectrique qui possde deux bornes : une positive ( + ) et unengative ( - ). Ces bornes s ont un s imple morceau de conducteur sur lequel il y a un lger dsquilibre de charges :

la borne + contient des charges pos itives en excs (en ralit, elle manque de charges ngatives, mais quoi qu'il ensoit, 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'onappelle un court-circuit. Il en rsulte une dcharge u ltra 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 certainementl'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 dplacerdans 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 courant

Afin d'viter toute complication, les scientifiques du monde ent ier se s ont runis il y a longtemps et ont dfini des lois (ou pluttdes conventions) qu'il faut respecter, le but tant d'viter toute confusion ent re scientifiques, amateurs, techniciens etd'imposer un systme bien cadr. Je vais vous donner l'une d'entre elles propos du courant.

Le sens conventionnel du courant es t celui que l'on donne au sens de circulation du courant. C'est--dire que quel que soit sonsens (qu'il parte du ple + de la pile pour aller au ple - , ou inversement), par convention, il ne sera flch et dfini quedans un sens unique. Cette convention impose que le courant en provenance d'un gnrateur (la pile dans notre exemple) sorteobligatoirement 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, orientdu 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 courantdans ce s ens-l :


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Figure 5 : Reprsenta tion d'un Atome et deson champ lectronique

Figure 4 Sens conventionnel du courant lectrique travers un matriau mtallique

Courant dans un mtal

Dans un fil ou dans un cble mtallique, le courantlectrique peut circuler. En effet, le mtal est un ensembled'atomes (particules lmentaires) lis bout bout. Cesatomes sont constitus :

d'un noyau form de particules nommesprotons,charges positivement, et de neutrons de chargenulle ;d'un nuage lectronique compos d'lectrons qui

portent une charge lectrique ngative.

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

Mais dans les mtaux, tous les lectrons ne sont pas auss ifortement 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 att irer par diffrents moyens et de les faire se dplacer de faon ordonnede 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 ets'loignent rarement de quelques milliardimes de mtre de leur noyau. Dans ce mme mtal, le courant se dplace le plussouvent de la borne - , remplie dlectrons , vers la borne + . Mais cela n'est vrai que dans les mtaux.

Intensit du courant

Attention, 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 untemps donn. Pour la zPompe, on parle de son dbit : c'est la quantit de carburant qu'elle va dplacer en une seule seconde pouralimenter le moteur.

Pour un gnrateur lectrique, on a quelque chose d'quivalent. Il va mettre en mouvement un grand nombre de chargeslectriques. Ces charges iront plus ou moins vite, cela dpendra de la vitesse laquelle elles s eront propulses . Suivant le


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nombre de charges mises en mouvement et leur vitesse, on dplacera une plus ou moins grande quantit de charges lectriquesdans 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 .

Unit

Pour 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 inventeurAndr-Marie Ampre . On note cette unit avec la lettre A (en majuscule, toujours !).

Mesure de l'intensit

Bien 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 grandeur

Un ordre de grandeur est une fourchette de valeurs. Il est employ pour communiquer sur des grandeurs allant de l'infinimentpetit l'infiniment grand. Voici un tableau rcapitulatif des ordres de grandeur de l'ampre utiliss en lectronique :

Ordres de grandeur de l'ampre

Nom Symbole Puiss ance de 10 Commentaire

Ampre A Peu utilis

Milliampre mA Trs utilis

Microampre A Souvent utilis

Nanoampre nA Peu utilis

Picoampre pA Rarement utilis

Reprsentation

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

Figure 6 Ampoule relie aux bornes d'une p ile

La flche doit tre oriente sortante la sortie d'un diple et entrante son entre. Elle montre donc le sensconventionnel de circulation du courant, mais pas forcment s on s ens rel !

Conservation de l'lectricit


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Maintenant, il faut savoir une chose importante : il ne peut pas y avoir cration ou disparition de charges lectriques dans uncircuit lectrique. C'est une loi physique t rs importante qui nous le dit et qui est nomme la cons ervation de la chargelectrique . 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 s ortant d 'un gnrateur et parcourant un circuit lectriqueest 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 unefuite ! 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 celaintresse. Vous pouvez donc vous rendre directement la sous-partie La tens ion . Bien videmment, libre vous derevenir 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 !

Voyons comment cela se prsente. Je vais vous expliquer plus prcisment la nature du courant lectrique. Pour cela, nous avonsbesoin de conditions.

Soit un courant constant et une quantit d'lectricit qui parcourt une section d'un fil lectrique. La formule qui su it permet desavoir quelle est la quantit de charges lectriques qui ont circul dans ce conducteur pendant une seconde :

Explications

I : 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 cons titue chaque tre vivant et non-vivant et parlons d 'atomes. Nous l'avonsvu, le noyau est le centre de l'atome, c'est autour de lui que gravitent les lectrons. Ce noyau est compos deprotons qui sontchargs 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 trouvezro (essayez). Nous en dduisons que la charge lectrique d 'un atome est nulle ; on dit qu 'il est lectriquement neutre.

Calcul

Revenons-en la formule

La quantit Q se mesure en coulomb, en hommage Christophe Charles-Augus tin de Coulomb.

Si l'on veut connatre la quantit d'lectrons qui est passe dans une s ection de fil lectrique pendant une s econde, il va falloirmodifier 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 intens it du


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courant gale 1 ampre :

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

Nombre d'lectrons

Nombre d'lectrons

Le rsultat es t impressionnant ! Le nombre d'lectrons qui ont parcouru la section du fil lectrique pendant une seconde, et ceavec une intens it du courant gale 1 ampre, es t de quas iment 6 000 000 000 000 000 000 (soit six milliards de milliardsd'lectrons en UNEseconde) ! Autant dire que a cogite dans un fil lectrique ! Alors, imaginez le nombre que cela reprsenteavec une prise lectrique de 16A !

Relation

Nous avons vu qu'il y avait 1 coulomb dans une section d 'un fil lectrique lorsqu'il y a une intens it de 1 ampre et ce pendantune s econde. 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 pous ser le carburant dans lecircuit pour le faire circuler. Cette pousse s'appelle lapression. 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 t ravers tout le circuit et donc crer uncourant.

Dans un circuit lectrique, c'est semblable. Il y a quelque chose qui va dplacer nos charges dans tout le circuit sans qu'on neleur ait rien demand. Dans un fluide, ce qui met en mouvement le carburant, c'est la pression. Dans un circuit lectrique, c'est latension.

Soyons plus prcis

Dire que la tension dplace nos charges , c'est ass ez vague. Je vais tenter de vous donner une dfinition plus prcise. Il va falloirparler d'nergie. Mais autant vous prvenir tout de suite : l'explication sera un peu longue et ne sera pas forcment intuitive aupremier abord.

Dans notre circuit, les charges pos itives et ngatives s 'attirent et se repoussent en permanence. Ces attractions et rpulsionsvont 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


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bornes + et - du gnrateur). Ce qui fait qu'en un point A du circuit, notre charge Q aura une certaine nergie E (au pointA), note E(A). un autre endroit B, elle aura une nergie E (au point B), note E(B).

La tens ion 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 parla valeur de la charge. Ce qui donne :

Quand une particule se dplace dans un circuit lectrique, cette nergie va varier et se transformer en vitess e (en nergiecintique plus prcisment, mais bon).Suppos ons que E(B) > E(A), cette nergie perdue lors du pass age de B A est trans forme en nergie cintique qui va acclrerla 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 foisarrive l'autre borne, toute son nergie potentielle va se transformer en nergie cintique qui va acclrer notre charge et la fairecirculer dans le circuit. Bien sr, toute cette nergie gagne lors du passage dans le gnrateur sera perdue lors du pass age dans

les diffrents rcepteurs qui consommeront l'nergie gagne par la particule.

Unit

Comme toute grandeur lectrique qui se vaut, elle a sa propre unit de mesure. C'est le volt, en hommage Alessandro Volta.Cette grandeur lectrique es t frquemment note avec les lettres suivantes : V, U, Eou e.

Mesure

On 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 b ien diffrents de lampre sur lequel on manipule de t rs faibles valeurs.

Ordres de grandeur du volt

Nom Symbole Puissance de 10 Commentaire

Volt V Trs utilis

Millivolt mV Trs utilis aussi

Microvolt V Rarement utilis

Nanovolt nV Rception d'un tlphone portable

Notation

Sur le schma, la tension reprsente par la lettre sans indice Uest associe une flche (de tension) dont la pointe se situe en Pet la queue en M. Cela signifie :


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Figure 7 Reprsentation de la tension par une flche

Pratique

Branchons le voltmtre aux bornes du diple (ici de la lampe), avec la borne pos itive du voltmtre au + de la pile et sa bornengative (appele COM) au - . Ce dernier va nous indiquer la tens ion . Cette tens ion est de 10V.

Nous avons donc une tens ion entre le point P du circuit et le point M, qui se note , soit ,

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 tens ion est donc ngative ou pos itive selon notre choix, ceci est d au fait que la mass e est choisie arbitrairement

La masse : une rfrenceOn a donc notre tension qui est une d iffrence entre deux nergies. Jusque-l, pas de problme. Mais cette d iffrence, elle estfaite 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 enpermanence) est de 4810 mtres par rapport au niveau de la mer. Vous vous tes donc rfrenc au niveau de la mer pour lemesurer. Mais du haut de ce sommet, le niveau de la mer est -4810 mtres (on peut galement dire que la mer est 4810 mtressous 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 s i

vous tes au 45me tage d 'un immeuble (j'exagre un peu), eh bien par rapport au rez-de-chauss e, le sommet de votre tte est 136,6 mtres ! (Calcul : 45 tages x 3m + 1m60.) Vous avez donc dlaiss vos pieds qui taient la rfrence pour choisir le rez-de-chausse.

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 s ont des mesures et que l'on procde de la mme manire avec des tensions . On les mesurepar rapport une rfrence qui est, pour un circuit lectronique, la masse !

La masse

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

Reprsentation

La mass e est re rsente dans un circuit ar ce symbole ui eut lgrement diffrer selon les schmas. Elle est toujours ointe


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vers le bas :

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 tens ion entre elle et elle-mme qu'elle n'apas de diffrence de tens ion entre elle et la masse d 'un aut re montage. Par exemple, sur un montage A, la masse unpotentiel 0V. Sur un montage B, -10V est dfini comme tant la masse du circuit. Eh bien entre chacune des masses desmontages A et B, on pourra mesurer une diffrence de tension.

La masse et la terre

Sur les prises de l'installation lectrique de votre maison ou de votre appartement, il y a une fiche (un embout mtallique) quisort. Cette fiche est relie la terre (entendez le sol). Eh bien la terre est une rfrence, mais elle est diffrente de la masse, car cesdeux rfrences ne sont pas communes . Si vous voulez, tant qu'elles ne sont pas relies entre elles, elles seront diffrentes. Maissi par malheur elles venaient se connecter ensemble, il pourrait y avoir de graves cons quences pour vous.

En fait, comme je l'ai dit, le choix de la masse est to talement arbitraire. Elle n'est dfinie que parce qu'on lui a demand d'trecomme 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 tens ion, 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 s ystme, il n'est pas rare que l'nergie se t ransforme et passe d'uneforme une autre.C'est ce qui se pas se dans une p ile : celle-ci cre une tension dans un circuit. Pour cela, elle utilise des ractions chimiques quivont librer un peu d'nergie et l'utiliser pour crer un ds quilibre de charges lectriques afin de charger ses bornes + et -

.

Effet joule

Dans nos circuits lectriques , un phnomne ass ez ennuyeux survient.


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Lorsqu 'un conducteur mtallique ou un semi-conducteur est travers par un courant, il chauffe, et a, c'est invitable. Une partiede l'nergie lectrique transporte par le courant est transforme en chaleur. C'est ce qu'on appelle l'effet joule (encore du nomde 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'lectricitdans la zPompe, l'nergie se transforme et devient une nergique mcanique (rotation de l'axe de sortie) car c'est s a fonction

principale. Une partie de cette nergie mcanique sera transforme en nergie thermique (chaleur) cause des frottements de l'airet des pices mcaniques . Ce phnomne es t 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 grandeurconserve. La cons ervation de l'nergie est une loi fondamentale de la physique, il ne faut en aucun cas la ngliger ! Souvenez-vous-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 s avoir quelles s ont les formes que prend l'nergie dans un s ystme 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 sys tme cre des pertesnergtiques (pour la zPompe, ce s ont les pertes par nergie thermique). Cependant, il n'existe ce jour aucun sys tme quirestitue entirement l'nergie absorbe (en entre) en nergie utile (en sortie). Ou bien si, il en existe, mais il est ncessaired'utiliser des supraconducteurs.

C'est pourquoi lorsque vous avez un sys tme, il y a des pertes (en lectronique, c'est s ouvent cause d 'un chauffement descomposants).

Quelques informations sur les pertes nergtiques

En lectronique, le ralentiss ement des avances technologiques se fait ressentir cause de la puissance qui est dissipe dans un

sys tme (chaleur). Dans un ordinateur, par exemple, le cur qui le fait fonctionner (le processeur) est trs puissant au niveau desperformances de calcul, mais il est aus si trs gourmand en nergie et a besoin d'un bon radiateur avec ventilateur pour lerefroidir, sous peine de le faire griller. C'est pourquoi les performances de ces derniers s tagnent et voluent de moins enmoins. Pour franchir ce palier, d'autres approches technologiques orientent les recherches vers des matriaux qui cons ommentmoins. Ce domaine est celui de la microlectronique et de nombreux emplois sont pourvoir.


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Puissance

La puissance :

c'est la fois l'nergie consomme par un s ystme (en gnral sous forme de chaleur, mais aus si sous forme mcaniqueou lumineuse) ;c'est aussi l'nergie maximale qui peut tre fournie par un s ys tme (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. Vous devez fournir une puissance plus importante chaque fois que vous augmentez le cran desvitesses pour aller plus vite, et ce sans trop vous fatiguer.

En lectronique, la puissance es t 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, lorsquel'on verra des tensions ou des courants qui varient dans le temps.

Unit

La puiss ance se calcule en watts , du nom de James Watt. Elle peut se mesurer grce un wattmtre (surprenant, n'est-ce pas ?)ou peut se calculer avec la formule prcdente.

Un watt est gal un joule (unit de l'nergie) par seconde :

Cette dernire formule n'est pas ess entielle et ce n'est pas grave s i vous l'oubliez.

Ordres de grandeur

Ordres de grandeur du watt

Nom Symbole Puissance de 10 Commentaire

Watt W Trs utilis

Milliwatt mW Trs utilis aussi

Microwatt W Rarement utilis

On a enfin termin ce chapitre ! Si vous ne comprenez pas certains points, n'hsitez pas le relire avant de commencer le chapitresuivant ! Autrement, vous risqueriez d'tre perdu pour la suite.


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http://www.siteduzero.com/http://fr.wikipedia.org/wiki/James_Watt


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ApplicationL'lectronique a recours des schmas lectriques pour pouvoir la comprendre et la concevoir. Il existe des rgles simples qu'ilfaut matriser pour tre compris par tous (toutes langues confondues). Rass urez-vous , je ne vais pas vous faire un coursd'anglais car de toute faon, je ne sais pas aligner trois mots en anglais !

Nous allons voir ensemble, dans ce chapitre, comment lire et crire un schma, ce qui est la base en lectronique. Cela nousprendra pas mal de temps . Pour terminer, nous reviendrons s ur les types de gnrateurs et de rcepteurs qui existent.

Lecture et criture d'un schmaUn peu de vocabulaire

Comme en informatique ou en mathmatiques , l'lectronique possde un vocabulaire qui lui est propre. Voyons un peu celui quiva nous intresser pour nos dbuts .

Les composants d'un circuit sont :

le gnrateur, un d iple qui fournit de l'nergie lectrique dans un circuit ;le rcepteur qui reoit quant lui l'nergie lectrique dans un circuit ;le diple, un lment du circuit qui possde deux bornes . En gnral, les diples s ont des rcepteurs.

Lois s ur les fils et leurs liaisons :

un nud est une connexion qui relie au moins trois fils ;une branche est une portion de circuit (un fil) comprise entre deux nuds conscut ifs ;une maille est un chemin ferm, form d'un ou de plusieurs fils (ou branches ) et de d iples dans un circuit lectrique.

Lois concernant les diples :

deux diples sont en srie lorsqu'ils appartiennent la mme branche ;deux diples sont en drivation (ou en parallle) lorsqu'ils forment une maille.

Pour rsumer, voici un schma que j'ai annot du vocabulaire prsent ci-dessus :

Figure 1 Schma lectrique


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Quelques remarques

Le gnrateur dans un s chma lectrique es t toujours, je dis bien toujours, plac gauche. Ni en haut, ni en bas, ni droite. Eneffet, pour un lectronicien, un s chma lectrique es t comme un livre qui se lit de gauche droite et de haut en bas .

La mass e d'un circuit est toujours place vers le bas. Mme si elle n'est pas en bas du circuit, son s ymbole est toujours (je me

rpte) orient vers le bas (les traits obliques).

Autre dtail : faites attention aux courts-circuits ! Mme si ce n'est pas toujours dangereux ou mortel pour le circuit (dcidment,on ne se quitte plus), cela peut l'endommager ou bien l'empcher de remplir correctement sa fonction. C'est souvent la premiresource de problmes dans un montage qui ne fonctionne pas , d'autant plus que s on dpistage es t difficile (mais pas impos sible).

Courant et tension

Dans tout diple, quel quil soit, du courant va circuler. Le courant va donc entrer par une borne du diple et sortir par l'autre.La borne du d iple par laquelle le courant va entrer est appele l'entre du diple. L'autre borne es t appele la sortie.

Pour viter certains problmes, il faut respecter des conventions qui nous prcisent le sens dans lequel on doit dessiner latens ion et le courant dans un circuit.

Convention gnrateur

Pour un gnrateur, la tens ion et le courant sont dans le mme sens.

Figure 2 Convention gnrateur

C'est une rgle respecter absolument. Cette rgle est purement conventionnelle, on aurait trs bien pu faire l'inverse, mais c'estcette convention qui a t choisie.

Convention rcepteur

Pour un rcepteur, c'est exactement l'inverse : la tens ion et le courant vont dans le sens contraire car le rcepteur reoit ducourant. La tension, quant elle, ne se flche pas dans le sens inverse.

Figure 3 Convention rcepteur

Branchement en srie et en parallle


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videmment, on n'utilise presque jamais de circuits ne comprenant qu'un seul diple et un gnrateur. Il faut souvent placer dansle mme circuit plusieurs rcepteurs, et pour cela, on va devoir relier nos rcepteurs et gnrateur(s) entre eux.

Pour relier deux rcepteurs entre eux, on dispos e de deux moyens :

les relier en s rie ;les relier en parallle (en drivation).

Branchement en srie

Nous en avons vu un exemple tout l'heure. En voici un autre :

Figure 4 Montage avec un gnrateur et deux rsistances en srie

Dans un circuit (ou une partie d'un circuit) o les diples s ont en s rie, il n'existe qu 'un seul parcours pour le courant. Celui-ci estalors gal en tout point du circuit.

Branchement en parallle

Figure 5 Montage avec un gnrateur et deux rsistances en parallle

Plus compliqu cette fois, et pour cause : il y a deux parcours possibles pour le courant. Il ne choisira pas une branche ou uneautre, mais les deux ! Il va en effet se rpartir (pas forcment de manire gale) dans chacune des branches et se recombiner enun seul courant lorsqu'il aura travers ces deux branches. On dit alors qu'il y a trois mailles dans le circuit.

Qu'est-ce qu'une maille ?


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Une maille est une portion de circuit ferm partant d'un point et revenant son point de dpart.

Pour trouver une maille dans un circuit, tentez ceci : prenez un endroit du circuit, n'importe lequel. Si vous suivez les fils ducircuit en traant un chemin et que vous revenez votre point de dpart, alors le trajet que vous avez suivi constitue une maille.

Reprenons le montage prcdent et traons les mailles :

Figure 6 Trois mailles identifies (rouge, bleu et verte)

Les gnrateursVous savez ce qu'est un gnrateur, mais ce que vous ne savez peut-tre pas, c'est qu'il existe deux types de gnrateursdiffrents :

les gnrateurs de tension ;les gnrateurs de courant.

Le gnrateur de tension

On parle auss i de source de tens ion. Son rle est de crer une tens ion ses bornes. C'est cette tens ion qui agira sur les chargesd'un circuit et qui crera un courant dans tout le circuit. En gnral, on reprsente notre source de tens ion comme ceci :

Figure a.1 Symboles schmatiques pour les sources de tension continue

Nanmoins , on peut parfois trouver un autre symbole pour les piles et les accumulateurs.


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Le gnrateur de courant

Comme son nom l'indique, un gnrateur de courant cre un courant. Original, non ? On reprsente notre source de courantcomme ceci :

Figure a.2 Symboles schmatiques pour les sources de courant

Gnrateurs continus

En lectronique, on travaille uniquement avec des tensions et des courants . Et pour commencer sur de bonnes bases , il fautabsolument commencer par parler d'une distinction fondamentale : la diffrence entre continu et alternatif.

Certains gnrateurs peuvent fournir une tension ou un courant variables. C'est--dire que la valeur de la grandeur phys iquefournie n'est pas la mme un temps t=0 et un temps t=1,5s, par exemple. Une pile ne peut fournir qu'une tens ion cons tantetandis que le secteur lectrique fournit une tension variable.

Tension continue

En continu, la tension fournie par le gnrateur garde une valeur constante. Elle ne varie pas au court du temps. C'est le cas leplus s imple.

Figure 7 Tension continue


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En fait, ce type de gnrateur fournit une tension constante et ce quel que s oit le besoin du circuit en courant lectrique. Parexemple, le gnrateur fournit une tension de 10V, eh bien si le montage a besoin de 1mA, le gnrateur fournira du 10V 1mA.Maintenant, si le montage a besoin de 40A, le gnrateur fournira du 10V 40A !

Courant continu

Pareil que pour la tens ion continue, mais l, quelle que soit la tens ion demande, le courant reste identique.

Figure 8 Courant continu

Dans la suite du cours , les schmas auront pour source d'nergie des gnrateurs idaux.

Gnrateurs non continu

Les gnrateurs non continu, nous l'avons vu, sont des gnrateurs qui fournissent une grandeur physique qui a la facult devarier au cours du temps. Il en existe deux types : les gnrateurs variables et les gnrateurs priodiques.

Signal quelconque

Un gnrateur variable fournit un courant et/ou de la tension qui varient au court du temps. On appelle cela des signauxlectriques.

Voici un exemple de signal lectrique dont la forme es t arbitraire :


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Ici, c'est la tens ion qui varie, mais cela au

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