L’Électronique

2eédition

CathleenShamieh

L’ÉlectroniquepourlesNuls(2eédition)

Titredel’éditionoriginale:ElectronicForDummies3eéditionPourlesNulsestunemarquedéposéedeWileyPublishing,Inc.ForDummiesestunemarquedéposéedeWileyPublishing,Inc.

CollectiondirigéeparJean-PierreCanoTraduction:MarcRozenbaumMiseenpage:maged

EditionfrançaisepubliéeenaccordavecWileyPublishing,Inc.©ÉditionsFirst,undépartementd’Édi8,2017ÉditionsFirst,undépartementd’Édi812avenued’Italie75013ParisTél.:0144160900Fax:0144160901E-mail:firstinfo@efirst.comWeb:www.editionsfirst.frISBN:978-2-412-02373-0ISBNnumérique:9782412026441Dépôtlégal:1ertrimestre2017Cetteœuvreestprotégéeparledroitd’auteuretstrictementréservéeàl’usageprivéduclient.Toutereproductionoudiffusionauprofitdetiers,àtitregratuitouonéreux,detout ou partie de cette œuvre est strictement interdite et constitue une contrefaçonprévue par les articles L 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle.L’éditeur se réserve le droit de poursuivre toute atteinte à ses droits de propriétéintellectuelledevantlesjuridictionscivilesoupénales.

CelivrenumériqueaétéconvertiinitialementauformatEPUBparIsakowww.isako.comàpartirdel'éditionpapierdumêmeouvrage.

S

Introduction

eriez-vous curieux de savoir comment est conçu votre smartphone ?Àmoinsquevousvousinterrogiezsur lefonctionnementdevotretabletteélectronique,devotrechaînestéréo,devotreGPSoudevotretéléviseur

à haute définition, bref, de tous ces appareils électroniques qui égayentvotrequotidien?

Ou bien, il vous est peut-être arrivé de vous demander commentfonctionnentlesrésistances,lesdiodes,lestransistors,lescondensateursetautres éléments des circuits électroniques ?N’avez-vous jamais eu envied’assembler vos propres appareils électroniques ? Dans ce cas, vous nepouviezpasmieuxtomber!

L’électronique pour les Nuls est votre ticket d’entrée dans l’universélectrisant de l’électronique moderne. Rempli d’illustrations etd’explications claires, le livre que vous tenez entre vos mains vouspermettra de comprendre, de créer et de réparer vos propres appareilsélectroniques.

ÀproposdecelivreBien trop souvent, l’électronique semble être un domainemystérieux, carc’estunedisciplinequiconsisteàcontrôlerquelquechosed’invisible–lecourant électrique – dont on vous a souvent répété que vous deviezabsolument vous tenir à distance. Il n’en faut pas plus pour effrayer laplupartdesgens.Pourtant,àforcedeprofitertouslesjoursdesprogrèsdel’électronique,vousavezpeut-êtrecommencéàvousdemandercommentilétaitpossibled’obtenir tantderésultats incroyablesavecdesenginsaussipetits.

Ce livre va vous permettre de satisfaire votre curiosité en matièred’électroniquedelamanièrelaplusagréablequisoit.Ilvousexpliquecequ’est exactement l’électronique, il détaille le fonctionnement desprincipauxcomposantsélectroniques(avecdenombreuses illustrations)etvous apporte la connaissance nécessaire pour pouvoir assembler et testerdescircuitsélectroniquesetcréerdesapplicationspratiques.Sicelivren’apas la prétention d’apporter des réponses à toutes vos questions surl’électronique, il vous donne cependant des bases solides à partirdesquellesvouspourrezexplorerplusenprofondeurl’universdescircuits.

Vousaurezsansdouteenviedevousplongerplusprécisémentdans teloutel chapitre, de vous concentrer sur un sujet qui présente pour vous unintérêtparticulier,etpeut-être,deparcourirplusrapidementd’autressujets.Les nombreuses références dont ce livre est truffé vous permettront detrouver les informations avec lesquelles vous pourrez compléter vosconnaissancesouvousrafraîchirlamémoiredanstelouteldomaine.

Lesommaire,audébutdecelivre,esttrèspratiquepourtrouverrapidementcequevouscherchez.Voustrouverezaussileglossaireutile,lorsquevousaurez besoin d’une définition. Enfin, l’éditeur s’est donné la peine deconstituer un index complet à la fin de l’ouvrage, afin que vous puissiezplusfacilementtrouverlespassagesquevousvoulezlireenparticulier.

J’espère qu’après avoir lu ce livre, vous vous rendrez compte quel’électronique n’est pas aussi compliquée que ce que vous pensiez.Monintention est devous transmettre la connaissance et l’assurancedont vousavez besoin pour pouvoir vous lancer tête baissée dans le mondepassionnantdel’électronique.

CelivreetvousEnrédigeantcelivre,jemesuissouciéeduniveaudeconnaissancesetdescentres d’intérêt qui pouvaient être ceux des lecteurs qui, comme vous,cherchentàensavoirdavantagedans ledomainede l’électronique. Jemesuisbaséesurleshypothèsessuivantes:

» Vousneconnaissezpasgrand-chose(voiremême,riendu

tout)àl’électronique.

» Vousn’êtespasnécessairementuncrackenphysiqueet

enmathématiques,maisvousavezaumoinsquelques

notionsd’algèbreacquisesaulycée.

» Vousdésirezmieuxcomprendrecommentfonctionnent

réellementlesrésistances,lescondensateurs,lesdiodes,

lestransistorsetautrescomposantsélectroniques.

» Vousavezlacuriositédevoirparvous-même,grâceàdes

circuitssimplesetfacilesàassembler,quelrôlejoue

chaquecomposant.

» Voustrouvezintéressantdefabriquerdescircuitsqui

produisentunvrairésultatutile,etdecomprendrecequi

sepasse.

» Vousavezunespritpionnier,c’est-à-direlegoûtde

l’expérimentationetladispositionàaccepterdeséchecsde

tempsàautre,etàcherchercommentrésoudreles

problèmesquipeuventseposer–toutenveillantàvotre

sécurité.

Celivrecommenceparletoutdébut.Ilvousexpliquecequ’estlecourantélectrique et pourquoi des circuits sont nécessaires à sa circulation.Voustrouverezensuitedesdescriptions,facilesàcomprendre,dufonctionnement

de chaque composant électronique, avec de nombreuses illustrations àl’appui (photos et graphiques). Parmi les onze premiers chapitres quiconstituent les deux premières parties de ce livre, neuf chapitres vousproposent des miniprojets que vous pourrez réaliser en un quart d’heureenviron.Chacun de ces projets est conçu pour illustrer le fonctionnementd’uncomposantparticulier.

Plusloindanscetouvrage,jevousproposeplusieursprojetsattrayantsquevouspourrezréaliserenmoinsd’uneheure,avecdesexplicationsdétailléessur le fonctionnement des circuits. Ces projets vous permettront de vousrendre compte par vous-même de la manière dont divers composantsfonctionnentensemblepourconcouriràunrésultatremarquable,etsouventutile.

Aucoursdevotrevoyageaupaysdel’électronique,attendez-vousàfaire,detempsentemps,quelqueserreurs.Leserreursnesontpasunproblème,ellesvouspermettrontdemieuxcomprendreleschosesetellesvousferontaimer l’électronique encore davantage. N’oubliez pas que tout progrèssupposequelquesefforts.

IcônesutiliséesdanscelivreCetteicônesignaleuneinformationpouvantvouséviterdeperdredutemps,d’attraperdesmauxde têteoudegaspillervotre argent (ou les trois à lafois !). Si vous faites attention à ces conseils, votre découverte del’électroniquevousserabienplusprofitable.

Une précision, une idée ou un fait qu’il est important de ne pas oublier,quandvousvousaventurezdanslemondefascinantdel’électronique.

Bienqu’ilsoitquestionde techniqued’unboutà l’autredece livre,cetteicône est utile pour attirer votre attention sur une notion technique plusapprofondie,ouplusdifficileàassimiler,maisquin’estpasindispensableàlacompréhensiondecequisuit.Vouspouveztoujourspasseroutresivouslesouhaitez.

Quandonbricoledescircuitsélectroniques,onseretrouvetôtoutarddansdessituationsquinécessitentquel’onprennelesplusgrandesprécautions.Cetteicôneestàprendretrèsausérieux,ellevousrappellelesprécautionsparticulièresquevousdevezprendrepournepasrisquerdevousblesser,d’abîmervosoutils,voscomposantsouvoscircuits–ouvotrelivre.

PourallerplusloinJ’enaiécritbeaucoupplusquecequevoustrouverezdanscelivre.SurfezsurInternetpourtrouvercequisuit:

» Desantisèches

(www.dummies.com/cheatsheet/electronics),dans

lesquellesvoustrouverezdesformulesimportanteset

d’autresinformationsauxquellesvouspourrezvousréférer

rapidementetfacilementquandvoustravaillerezsurun

circuit.

» Desarticlesenlignesurd’autressujets

(www.dummies.com/extras/electronics),pour

découvrirleprincipedusemi-conducteur,pour

comprendrecequ’estunoscilloscopeetcommenton

l’utilise,oupourobtenird’autresinformationsquivous

permettrontdeprogresserdansvosconnaissanceset

votremaîtrisedel’électronique.

» Desmisesàjour

((www.dummies.com/extras/electronics),des

nouveautésoudescorrectionsapportéesàcelivre(c’est

monéditeurquim’ademandédementionnerles

corrections,maiscommejenefiaspsad’erruers,iln’yen

aurapas).

CequevoustrouverezdanscelivreCe livre peut être utilisé de différentes manières. En commençant par ledébut(ceneseraitpasunemauvaiseidée),vousdécouvrirezlesbasesdel’électronique,vousferezconnaissanceaveclescomposantsàraisond’unàlafois,puisvouslesrassemblerezenréalisantdesprojetsdansvotrepetitlaboratoired’électroniquebienéquipé.

Ou bien, si vous avez toujours voulu savoir comment fonctionne untransistor, par exemple, vous pourrez vous attaquer directement auChapitre10.Vousapprendrezàconnaîtrecesintéressantspetitscomposantsàtroispattes,puisvousassemblerezunoudeuxcircuitstransistorisés.Unchapitre est consacré à chaque type de composant : résistance,condensateur, inducteur, diode, transistor et circuit intégré. Ainsi, vouspourrez concentrer votre énergie sur un chapitre en vue de maîtriser lecomposantdevotrechoix.

Ce livre est aussi une référence utile, si vous voulez par exemple vousrafraîchir la mémoire quand vous concevrez vos propres montages, àpropos d’un composant particulier ou d’une règle régissant lefonctionnementdescircuits.

Pourcommencervotrelecturedanslesmeilleuresconditions,voicicequejepeuxvousrecommander:

» Chapitre1:Commencezparlàpouruneintroductionaux

troisconceptsessentielsquesontl’intensité,latensionet

lapuissance.

» Chapitre3:Commencezparcechapitresivousbrûlez

d’impatienceàl’idéed’assemblervotrepremiercircuit,de

mesurerlatensionetl’intensitéàl’aidedevotremultimètre

etdevouslivreràdescalculsdepuissance.

» Chapitre13:Sivoussavezdéjàquel’électroniqueserapourvousunepassionirrésistible,commencezparétudier

lafaçondontvousallezinstallervotrepetitlaboratoire.

Vousconsulterezensuiteleschapitresquiprécèdentpour

comprendrecommentfonctionnenttouscestrucsque

vousvenezdevousprocurer.

Profitezbiendecetteaventuredanslaquellevousallezvouslancer.Foncez,etfaitesdebellesdécouvertes!

ILesbasesdel’électronique

DANSCETTEPARTIE…

Découvrircequirendl’électroniqueaussicaptivante

Seprocurerdescomposantsetdesoutilspourfabriquer

descircuits

Expérimenterlesbranchementsensérieetenparallèle

V

Chapitre1Uneintroductionàl’électronique

DANSCECHAPITRE:

» Cequ’estvraimentlecourantélectrique

» Lepouvoirdesélectrons

» Lesconducteursetlacirculation(desélectrons)

» Fairemonterlatensionpourquelesélectronsfilent

» Effectuerlesbonsbranchementsdansuncircuit

» Contrôlerlecomportementdesélectronsàl’aidedecomposants

» Utiliserl’énergieélectriquepourdiversesapplications

ousavezprobablementune idéedecequ’est l’électronique.Vousavezl’habitude d’utiliser des téléphones mobiles intelligents, des tablettesélectroniques, des baladeurs numériques, des chaînes stéréo, des

ordinateursindividuels,descaméscopes,destéléviseursetautresproduitsdecequel’onappelle«l’électroniquegrandpublic»,maiscenesontpeut-être pour vous que des boîtes magiques avec des boutons, qui vousobéissentaudoigtetàl’œil,maisdontlecontenurestemystérieux.

Voussavezquechacunedecesfaçadesbienlissesetharmonieusescacheunincroyable et savant assemblage de minuscules composants, conçu pourproduire des résultats bien précis. Aujourd’hui, vous avez envie decomprendreunpeucommenttoutcelapeutfonctionner.

Dans ce chapitre, vous allez découvrir que le courant électrique est lerésultatd’unecirculationharmonieusedesélectronsetquelecontrôledececourantestlabasemêmedel’électronique.Vousallezapprendrecequ’estréellement lecourantélectriqueetcequ’ilfautpourquelecourantpasse.Cechapitrevousdonneraaussiunaperçudecequevouspouvezfaireavecl’électronique.

L’électronique,qu’est-cequec’est,exactement?

Quandvousallumezlalumière,chezvous,vousétablissezuneliaisonentreunesourced’énergieélectrique(uneterminaisonduréseaudelacompagnied’électricité qui dessert l’endroit où vous habitez) et l’ampoule d’unelampe.Cetteliaisonsematérialiseparuncheminininterrompu,cequel’onappelle un circuit électrique. En ajoutant à ce circuit un variateurd’intensitéouunprogrammateur,vouspouvezcontrôler le fonctionnementde l’ampoule d’une façon plus intéressante qu’en actionnant simplementl’interrupteurpourl’allumeroupourl’éteindre.

Les systèmes électriques comme ce genre de circuit installé dans votremaison, pour alimenter des lampes par exemple, utilisent un courantélectriquepur,inaltéré.Aveclescircuitsélectroniques,leschosessontunpeu plus compliquées : les circuits électroniques contrôlent le courant,créentoumodifientlesfluctuationsdececourant,enchangentlesensoulerythme de différentes manières pour remplir diverses fonctions. Il peuts’agiraussibienderéduirelaluminositéd’uneampoule(voirFigure1-1),quedefaireclignoterunelampecoloréeausond’unemusiquerythméeoude communiquer avec des satellites, et les autres possibilités sont trèsnombreuses.Ce contrôle est cequi différencie les systèmes électroniquesdessystèmesélectriques.

Lemotélectroniquedésigneàlafoislechampd’étudeconsacréaucontrôlede l’énergie électrique et les systèmes matériels (circuits, composants etinterconnexions)quiassurentcecontrôledel’énergieélectrique.

FIGURE1-1Levariateurd’intensitéincorporéaucircuitcontrôlelefluxdecourantélectriquetraversantl’ampoule.

Pour comprendre cette notion de contrôle du courant électrique, il fautd’abordquevousayezunevisionclairedecequ’estlecourantélectriqueetdelafaçondontilalimentelesampoules,leshaut-parleurs,lesmoteursetautresappareils.

L’ÉLECTRICITÉ,QU’EST-CEQUEC’EST?

Letermeélectricitéestambiguetsonemploiprêteàconfusion,même

chez les scientifiques et les enseignants. De façon générale,

l’électricité est un phénomène d’interaction entre des particules qui

existentdanslanature,etcephénomèneseproduitlorsqu’uncertain

nombredecesparticulesseretrouventenunmêmeendroit.

Au lieu de parler d’électricité, il est préférable d’utiliser une

terminologieplusprécisepourdécriretoutcequiestélectrique:

» Charge électrique : Propriété fondamentale de certaines

particules,indiquantlamanièredontellesinteragissent.Une

chargepeutêtresoitpositive,soitnégative.Desparticulesde

mêmetypeserepoussent,tandisquedesparticulesdetype

opposés’attirent.

» Énergie électrique : Forme d’énergie résultant du

comportement de particules porteuses d’une charge

électrique. C’est ce que vous fournit cette fameuse

compagniequivousenvoierégulièrementunefacture.

» Courant électrique : Flux de particules porteuses d’une

chargeélectrique.Ils’agitsansdoutedecequevousavezle

plus souvent tendance à appeler électricité, et c’est bien ce

dontilestquestiondanscelivre.

Lecourantélectrique,qu’est-cequec’est?

Le courant électrique, souvent appelé familièrement électricité (voirl’encadré « L’électricité, qu’est-ce que c’est ? ») est un flux d’infimesparticulesporteusesd’unechargeélectriqueetappelées lesélectrons. Oùtrouve-t-on ces électrons, et comment se déplacent-ils ? Pour le savoir,intéressons-nousunpeuàlaphysiquedesatomes.

Àladécouvertedel’atomeLes atomes sont les éléments de base constituant toute matière dansl’univers, qu’elle soit naturelle ou fabriquée par l’homme. Ils sont siminuscules qu’il en existe des millions dans un seul grain de poussière.Chaqueatomeestconstituédesparticulessubatomiquessuivantes:

» Lesprotonssontporteursd’unechargeélectriquepositive

etsontsituésaucentredel’atome,c’est-à-direàl’intérieur

desonnoyau.

» Lesneutronsnesontporteursd’aucunecharge

électrique,etilscoexistentaveclesprotonsàl’intérieurdu

noyau.

» Lesélectronssontporteursd’unechargeélectrique

négativeetsontsituésàl’extérieurdunoyau,dansceque

l’onappellelenuaged’électrons.Nevoussouciezpasdela

localisationexactedesélectronsd’unatomeparticulier.

Sachezsimplementquelesélectronstournentàgrande

vitesseautourdunoyau,etquecertainssontplusproches

dunoyauqued’autres.

C’est la combinaison particulière de protons, d’électrons et de neutronsdansl’atomequiendétermineletype,etunesubstanceconstituéed’unseultype d’atome s’appelle un élément (vous vous souvenez peut-être du

tableaupériodiquedeséléments devotrecoursdechimie).LaFigure 1-2 est la représentation simplifiée d’un atome d’hélium, et la Figure 1-3représenteunatomedecuivre.

FIGURE1-2Lenoyaudecetatomed’héliumestconstituéde2protonsetde2

neutrons,et2électronstournentautourdunoyau.

FIGURE1-3Unatomedecuivreestconstituéde29protons,de35neutronsetde29

électrons.

Unehistoired’attractionentrelesprotonsetlesélectronsLachargeélectrique est une propriété de certaines particules comme lesélectrons, les protons et les quarks (oui, c’est bien ça, les quarks).Cettepropriétédécritlafaçondontcesparticulesinteragissent.Ondistinguedeuxtypes de charge électrique, appelés de façon quelque peu arbitraire leschargespositivesetleschargesnégatives(unpeucommelesquatrepointscardinaux sont appelés nord, sud, est, et ouest). De façon générale, desparticulesporteusesdumêmetypedechargeserepoussent,tandisquedesparticules porteuses de charges de type différent s’attirent. Dans chaqueatome,lesprotons,quisontsituésdanslenoyau,attirentlesélectronsquisetrouventàl’extérieurdunoyau.

Vouspouvezobserverunphénomènesimilaired’attractionetde répulsionenutilisantdesaimants.Sivousplacezlepôlenordd’unebarreaimantéeàproximitédupôlesudd’uneautrebarreaimantée,vousconstaterezquelesaimants s’attirent. Au contraire, si vous placez le pôle nord d’une barreaimantée à proximité du pôle nord d’une autre barre aimantée, vousconstaterez que les aimants se repoussent. Cette mini-expérience vousdonneuneidéedecequiseproduitentrelesprotonsetlesélectrons,sansquevousayezbesoinpourceladefractionnerunatome!

Dansdescirconstancesnormales,chaqueatomecomportelemêmenombredeprotons qued’électrons.Ondit que l’atome estélectriquement neutre(remarquez que l’atome d’hélium possède 2 protons et 2 électrons tandisquel’atomedecuivreenpossède29dechaque).Laforced’attractionentreles protons et les électrons agit comme une colle invisible et assure lacohésion des particules atomiques, de la même manière que la force degravitédelaTerremaintientlaLuneàproximité.

Les électrons les plus proches du noyau sont plus fortement attachés àl’atomequeceuxquiensontpluséloignés :certainsatomessaventmieuxqued’autresconserverleursélectronslespluséloignés.Lafaçondontlesatomesretiennentouneretiennentpaslesélectronsserévèleimportantedèsqu’ils’agitd’électricité.

ConducteursetisolantsUnematière dans laquelle les électrons externes sont faiblement attachésaux atomes, comme le cuivre, l’aluminium et les autres métaux, est unconducteurélectrique,ouplussimplementunconducteur.Lecuivreestunbon conducteur car il comporte un électron seul faiblement attaché enpériphériedunuaged’électrons.Lesmatériauxdontlesatomesconserventbienleursélectronssontappelésdesisolants.L’air,leverre,lepapieretleplastiquesontdebonsisolants,demêmequelespolymèresquiressemblentau caoutchouc et qui sont utilisés pour isoler les fils et les câblesélectriques.

Dansunconducteur,lesélectronslespluséloignésdesnoyauxleursontsipeu attachés qu’ils ont tendance à circuler d’un atome à un autre. Cesélectrons « libres » sont comme desmoutons qui paissent sur le versantd’une colline : ils se promènent au hasard, mais ne s’éloignent pasbeaucoupetnepartentpasdansunedirectionparticulière.Cependant,sionles pousse dans une certaine direction, ils s’organisent rapidement et sedéplacentdanslesensdelapoussée.

MobiliserlesélectronspourcréeruncourantLe courant électrique (souvent appelé familièrement électricité) est lemouvement en masse des électrons dans un même sens à travers unconducteursousl’effetd’uneforceextérieure.Cetteforceextérieureestlatension.

Cefluxapparaîtinstantanément,card’uneextrémitéàl’autreduconducteur,toutélectronlibresemetenmouvementdefaçonplusoumoinsimmédiateetpassed’unatomeàunautre.Ainsi,aumêmemoment,chaqueatomeperdunélectronauprofitd’unatomevoisinetgagneunélectronauxdépensd’unautreatomevoisin.Lerésultatdecettecascaded’électronssauteursest lecourantélectrique.

Pensezàunechaînedeseaux:deshommessontalignéscôteàcôte,chacuntenant un seau d’eau. À une extrémité de la chaîne, quelqu’un remplit unseau, tandis que la personne située à l’autre extrémité vide son seau.Ausignal,chacunpassesonseauàsonvoisindegauchepuisreçoitunseaudeson voisin de droite. Chaque seau parcourt donc une distance très courte

(d’unepersonneàuneautre),maistoutsepassecommesiunseaurempliàune extrémité de la chaînepassait enun instant à l’autre extrémité.De lamêmemanière,dansuncourantélectrique,chaqueélectronprend laplacequ’occupait l’électron voisin, et tout se passe comme si les électrons sedéplaçaient instantanément d’une extrémité à l’autre du conducteur (voirFigure1-4).

FIGURE1-4Lefluxdesélectronsdansunconducteurpeutêtrecomparéàunechaîne

deseaux.

La forced’uncourant électriqueestdéterminéepar lenombrede charges(portées habituellement par des électrons) traversant un point fixe en uneseconde, et elle se mesure en ampères (A en abrégé). Un ampèrecorrespond à 6 241 000 000 000 000 000 électrons par seconde (cettequantité peut être exprimée de façon plus concise en utilisant la notationscientifique6,241x1018).Mesurerlecourantélectriqueestunpeucommemesurer un débit d’eau en litres par seconde, par exemple. Le symbole Ireprésente la force du courant électrique (on parlera plus courammentd’intensitéducourant).

Le coulomb est l’unité de mesure de la charge portée par6241000000000000000électrons.Uncoulombestlaquantitédechargecorrespondantàuncourantd’unampèrependantuneseconde.Ilestbiendesavoir ce que sont les coulombs, mais la notion d’ampère est plusimportanteici,car ledéplacementdescharges,c’est-à-direlecourant,estaucœurmêmedel’électronique.

Unréfrigérateurutilisegénéralemententre3et5ampères,etungrille-painàpeuprès9 ampères.Cela fait beaucoupd’électrons à la fois, bienplusqueledéplacementhabitueldesélectronsdansunsystèmeélectronique.Enélectronique, le courant sera donc plus souvent mesuré enmilliampères(mA).

Unmilliampèreestégalàunmillièmed’ampère,soit0,001A(oudanslanotationscientifique,1x10-3A).

DEL’ÉLECTRICITÉ,OÙÇA?

Poursentirunfluxd’électrons, frottezvossemellessuruntapis,par

tempssec,puistouchezunepoignéedeporte.Lepetitchocquevous

allez sentir (et l’étincellequevousallezpeut-êtrevoir) est le résultat

d’unfluxdeparticulesporteusesd’unechargeélectriquequitransitent

entrel’extrémitédevosdoigtsetlapoignéedelaporte.C’estceque

l’onappellel’électricitéstatique.Ils’agitdel’accumulationdeparticules

chargéesqui restent statiques (immobiles) jusqu’à cequ’elles soient

rapprochéesd’unensembledeparticulesdechargeopposée.

La foudre et les éclairs sont un autre exemple d’électricité statique

(mais que vous ne chercherez pas à connaître de trop près). Des

particuleschargéespassentd’unnuageàunautreoud’unnuageau

sol. L’énergie résultant du mouvement de ces particules chargées

provoque l’échauffement rapide de l’air à près de 20 000 oC, ce qui

entraîneune illuminationetuneondede chocaudible.C’est ceque

l’onappellecommunémentletonnerre.

Quand on obtient suffisamment de particules en mouvement et

quandonparvientàexploiterl’énergiequ’elleslibèrentencontrôlant

leur mouvement, on peut utiliser cette énergie pour alimenter une

ampouleélectriqueoud’autresappareils.

Mesurercequ’estlatensionLecourantélectriqueestlefluxd’électronschargésnégativementàtraversunconducteur,lorsqu’unecertaineforceestappliquée.Maisquelleestdonccette force capable d’entraîner cemouvement harmonieux des électrons ?Danscettechaînedesseaux,quiestlechefdechantier?

QuelaforcesoitavectoiTechniquement, la forcequidéplace lesélectrons le longd’unconducteurest la force électromotrice (en abrégé, FEM ou E), mais on parle pluscommunément de tension (notéeU). La tension semesure en volts (V enabrégé). Quand on applique à un conducteur une certaine tension, lesélectronslibresqu’ilcontientsedéplacentdansunmêmesens,commelesmoutonsquelebergerconduitversunenclos(maisbienplusrapidement).

La tensionpeutsecompareràunepression.Demêmeque l’eaucirculeàtravers les tuyaux et les valves sous l’effet de la pression, les électronstraversent les conducteurs sous l’effet de la tension. De même que lapoussée de l’eau est proportionnelle à la pression, la force du courantélectriqueestproportionnelleàlatension.

CequifaitladifférenceUnetensionestsimplementunedifférencedechargeélectriqueentredeuxpoints. Dans une pile, des atomes porteurs d’une charge négative (desatomesavecunexcèsd’électrons) s’accumulent surunedesdeuxplaques(ouélectrodes)enmétal,etdesatomesporteursd’unechargepositive(desatomes avec un défaut d’électrons) s’accumulent sur l’autre électrode enmétal,cequiproduitunetensionentrelesdeuxélectrodes(voirFigure1-5).En joignant les deux électrodes par un chemin conducteur, on permet auxélectrons en excès de voyager d’une électrode à l’autre, et un courantcirculepour tenterdeneutralisercescharges.La forceélectromotricequifaitcirculeruncourantquandlecircuitestfermédécouledeladifférencede charges entre les deux pôles de la pile (pour plus de détails sur lefonctionnementdespiles,lirelasection«Lecourantcontinufourniparunepile»,plusloindanscechapitre).

Àproposdetension,vousentendrezaussiparlerdedifférencedepotentiel,de potentiel de tension ou de chute de tension. Le mot potentiel faitréférenceàlapossibilitéqu’uncourantcirculequandonfermelecircuit,etlesmotschuteetdifférencefontréférenceàladifférencedechargequiestàl’originedelatension.Pourplusdedétails,lireleChapitre3.

Exploiterl’énergieélectrique

Benjamin Franklin aura été l’un des premiers à porter son attention surl’électricitéetàenfairelesujetdesesexpériences.Onluidoituncertainnombredenotionsaujourd’hui

FIGURE1-5Dansunepile,ladifférencedechargeentredeuxélectrodesenmétal

produitunetension.

familières (par exemple, la notion de courant). Contrairement à unecroyance répandue, Franklin ne tenait pas la poignée de son cerf-volantpendantcettefameusetempête,en1752(s’ill’avaittenue,iln’auraitjamaispuconnaîtrelaRévolutionaméricaine).Ilapeut-êtrevraimentréalisécetteexpérience,maissanstenirlui-mêmelecerf-volant.

Benjamin Franklin savait que l’électricité était dangereuse et qu’ellerecelaitungrandpouvoir.Suiteàsestravaux,ons’estdemandés’ilseraitpossiblede trouverdesapplicationspratiquesaupouvoirde l’électricité.Des savants comme Michael Faraday, Thomas Edison et d’autres ontapprofondisestravauxetont trouvédessolutionspourexploiter l’énergieélectriqueetenfairebonusage.

Vousavezhâted’exploiteràvotretourl’énergieélectrique,maisn’oubliezpasqu’ilyaplusdedeuxcentcinquanteans,BenjaminFranklinavaitdéjàcompris que l’électricité naturelle pouvait être dangereuse et que desprécautions étaient nécessaires. Dans certaines circonstances, même unfaible courant peut être dangereux, voiremême fatal. Au Chapitre 13, jevous explique plus en détail les dégâts qu’un courant électrique peutprovoqueret lesprécautionsquevousdevezprendrepourvousadonneràl’électroniquesansrisque.

Dans cette section, nous allons voir comment les électrons transportentl’énergie et comment cette énergie peut servir à faire fonctionner desampoules,desmoteursetautreséquipements.

L’énergieélectrique:toutestdanslemouvementLes électrons transportent de l’énergie d’une extrémité à l’autre duconducteurqu’ilsparcourent.Deschargesdemêmesigneserepoussent,sibien que chaque électron exerce une force répulsive sur l’électron qui leprécède et le pousse. C’est ainsi que l’énergie électrique se propage àtraversleconducteur.

Dèslorsquel’onpeutfairetransiterdel’énergieversundispositifcapablede l’utiliser, comme une ampoule, un moteur ou un haut-parleur, cetteénergieestexploitable.L’énergievéhiculéepar lesélectronsestabsorbéepar ledispositifenquestionet transforméeenuneautre formed’énergie :lumière, chaleur ou énergie mécanique. C’est ainsi que le filament del’ampoulebrille,quelemoteurtourneetquelamembraneduhaut-parleurvibre.

Sachant que vous ne pouvez pas voir les électrons circuler, faisons uneanalogieavecl’eau.Uneseulegoutted’eauquitombenepeutpasêtred’unegrandeutiliténifairedumal,maisunegrandequantitéd’eauquitombed’unseulcoupetquiestrecueilliedansunecanalisationpeutdevenirunesourced’énergie (ellepeut, par exemple, faire tournerunmoulin).Demêmequedesmillionsdegouttesd’eauquisedéplacentenmêmetempsdanslemêmesensconstituentuncourant,desmillionsd’électronsquisedéplacentdanslemêmesensproduisentuncourantélectrique.BenjaminFranklinlui-mêmeavait exprimé cette idée que l’électricité était comparable à un fluide, enraisonducourantetdelapression.

Quelle est donc l’origine de cette énergie ? Au départ, qu’est-ce quiprovoque cemouvement des électrons ? L’origine de l’énergie électriqueestcequel’onappelleunesource,cepeutêtreparexempleunepile (lessources d’énergie électrique sont abordées dans la section « Commentobtenirdel’énergieélectrique«,plusloindanscechapitre).

Letravailparlequellesélectronsdélivrentl’énergieLemot « travail » a une signification particulière en physique, lorsqu’ils’agit de l’énergie fournie par les électrons à une ampoule ou autredispositifélectrique.Le travailest lamesuredel’énergieconsomméeparun appareil pendant un temps donné quand une force (une tension) estappliquéeauxélectronsquiletraversent.L’énergieélectriquedisponibleetletravailutilisable(laluminositédelalampeoulavitessederotationdumoteur,parexemple)sontfonctiondunombred’électronspoussésetdelaforcequilespousse.

La puissance (P en abrégé) est l’énergie totale consommée pendant untemps donné, et elle semesure enwatts (W). La puissance se calcule enmultipliant la force (la tension) par l’intensité du flux d’électrons (oucourant):

puissance=tensionxintensité

soit

P=VxI

Lecalculdelapuissanceestunedeséquationsquevousnedevezvraimentpas négliger, en raison de son importance pour éviter d’occasionner desdommages. Tout élément électronique, ou composant, ne peut supporterqu’unequantitéd’énergielimitée.Sivousfaitespasserunfluxd’électronsexcessif à travers un composant donné, cela entraîne la production d’uneforte chaleur, et le composant risque de griller. La puissance maximaleadmiseparuncomposantestsouventindiquée,cequivouspermetd’éviteruncertainnombrededésagréments.Cepointserarappelédansleschapitresqui suivent, lorsque les composants seront étudiés l’un après l’autre avecdes précisions sur leurs puissances nominales et sur la façon dont ilconvient d’utiliser le calcul de puissance pour protéger tous les élémentsd’uncircuit.

Utiliserdescircuitsdetellesortequelesélectronsarriventàdestination

Lecourantélectriquenesedirigepasn’importeoù(sic’étaitlecas,vousrecevriezdeschocsàtoutmoment).Lesélectronsnecirculentquelelongd’uncheminconducteurfermé,c’est-à-direlelongd’uncircuitélectrique,ouplussimplementd’uncircuit,etencorefaut-ilquecettecirculationsoitengendréeparunepileouautresourced’énergieélectrique.

CommelemontrelaFigure1-6,toutcircuitnécessiteaumoinstroisfacteursessentielspourquelesélectronstransportentl’énergie:

» Unesource:Lasourcefournitlaforcequidéplaceles

électronsàtraverslecircuit.Vousentendrezaussiparlerde

sourceélectrique,degénérateur(detension)oudesource

d’énergie(électrique).

» Unrécepteur:Unrécepteurestunélémentouun

appareilquiabsorbel’énergieélectriquedansuncircuit

(parexemple,uneampouleouunréfrigérateur).C’est,pour

ainsidire,ladestinationdufluxd’énergie.

» Unchemin:Uncheminconducteurestcequipermetaux

électronsdecirculerentrelasourceetlerécepteur.Lesfils

électriquespermettantdecréercecheminsont

communémentfabriquésavecducuivreoud’autres

matériauxconducteurs.

Lecourantélectriquecommenceparuneimpulsionàpartirdelasourceetcircule le long du chemin vers le récepteur, au niveau duquel l’énergieproduit un effet déterminé : par exemple, l’émission de lumière. Lacirculationsepoursuitjusqu’àl’autreextrémitédelasource.

FIGURE1-6Uncircuitsimpleconstituéd’unesourced’énergie,d’unrécepteuretd’un

cheminconducteurducourant.

Leplussouvent,lecircuitcomported’autrescomposantsélectroniquesquiserventàcontrôlerlacirculationducourant.

Si vous créez simplement un chemin conducteur en boucle ferméecomportant une source d’énergiemais ne comportant ni ampoule, ni haut-parleur,nirécepteurexternequelconque,vousobtiendreztoutdemêmeuncircuit à travers lequel le courant circulera. Dans ce cas, le rôle durécepteur sera joué par la résistance du fil électrique et par la résistanceinterne de la pile, si bien que l’énergie électrique sera transformée enénergiethermique,c’est-à-direenchaleur(àproposdesrésistances,lireleChapitre 5). En l’absence d’un récepteur externe absorbant une partie del’énergieélectrique, lachaleurrisquedefairefondre l’isolantquientourelefilconducteuroudeprovoqueruneexplosion,ouencore,delibérerlessubstances chimiques dangereuses contenues dans la pile.AuChapitre 3,vous trouverez davantage d’explications sur ce type de circuit, qu’onappelleuncourt-circuit.

Commentobtenirdel’énergieélectrique?

Si vous recourbez les extrémités d’un fil de cuivre jusqu’à en faire uncercle, pensez-vous que les électrons libres circuleront ? Peut-être

gigoteront-ils un peu, sachant qu’ils ont la bougeotte, mais en l’absenced’uneforcepourlesentraînerdansunsensoudansl’autre,iln’yaurapasdecourant.

Reprenons l’analogie avec le tuyau rempli d’eau : l’eau pourra fluctuer,maisellenecirculerapasd’elle-même.Pourétablirunecirculationd’eaudans le tuyau, il faut de l’énergie, et cette énergie sera produite par unedifférencedepression.

Demanièreanalogue,dansuncircuit,unesourced’électricité (d’énergie)est nécessaire pour déplacer les électrons. Cette source pourra être, parexemple, une pile ou une cellule photovoltaïque. Quant à l’énergieélectrique délivrée par vos prises de courant, elle est produite par votrecompagnied’électricitéetpeutprovenirdedifférentessources.Unesourced’électricité, qu’est-ce que c’est, exactement ? Comment peut-on«fabriquer»del’énergieélectrique?

L’énergie électriquen’est pas créée àpartir de rien (ce serait contraire àune loi physique fondamentale, la loi de conservation de l’énergie, selonlaquelle l’énergie ne peut être ni créée ni détruite). Elle est produite parconversion d’une autre forme d’énergie (mécanique, chimique, thermique,oulumineuseparexemple)enénergieélectrique.Latechniqueutiliséepourproduire l’énergie électrique n’est pas sans importance, sachant que dessourcesdetypedifférentneproduirontpastouteslemêmetypedecourantélectrique.Ilexisteeneffetdeuxtypesdecourant:

» Lecourantcontinu:Ils’agitd’unfluxconstantd’électrons

dansunsensunique,laforceducourantvarianttrèspeu.

Lespilesetlesaccumulateurs(appeléscouramment

batteries)produisentducourantcontinu,etc’estletypede

courantqu’utilisentlaplupartdescircuitsélectroniques.

» Lecourantalternatif:Ils’agitd’unfluxd’électronsdont

lesenss’inversepériodiquement,àunefréquenceélevée.

C’estletypedecourantquevousfournitvotrecompagnie

d’électricité.

Lecourantcontinufourniparune

pileUne pile convertit l’énergie chimique en énergie électrique grâce à unprocessusappeléréactionélectrochimique.Quanddeuxmétauxdifférentsbaignentdansuncertaintypedesubstancechimique,leursatomesréagissentavec lesatomesdecette substancepourproduiredesparticuleschargées,qu’on appelle les ions.Comme lemontre la Figure1-7, les ions négatifss’accumulentsuruneterminaisonmétallique,appeléeborneouélectrode,etlesionspositifss’accumulentautourdel’autreélectrode.Ladifférencedechargeentre lesdeuxélectrodesestcequicréeune tension.Cette tensionestlaforcequipermetdedéplacerlesélectronslelongd’uncircuit.

FIGURE1-7Lecourantcontinuproduitparunepile.

Onpourraitpenserquelesionsporteursdechargesopposéessedéplacentles uns vers les autres à l’intérieur de la pile, sachant que des chargesopposées s’attirent,mais la substancechimiquecontenuedans lapile agitcommeunebarrièrepourempêchercela.

Pourutiliserunepiledansuncircuit,onrelieunebornedurécepteur–parexemple une lampe électrique – à la borne négative de la pile (appeléeanode),etl’autrebornedurécepteuràlabornepositive(appeléecathode).On crée ainsi un chemin par lequel les charges vont circuler. Dans uncircuit, lesélectronssedéplacentde l’anodevers lacathode.Aupassagedes électrons dans le filament de l’ampoule électrique, une partie del’énergie électrique fournie par la pile est convertie en chaleur et enlumière,etcettechaleurfaitbrilleretchaufferlefilament.

Sachant que les électrons ne se déplacent que dans un sens (de la bornenégative à la borne positive, le long du circuit), le courant électriqueproduitparlapileestuncourantcontinu.Unepilecontinuedeproduireducourant jusqu’àceque toute lasubstancechimiquequ’ellecontientaitétéépuiséeparleprocessusélectrochimique.LespilesdeformatAAA,AA,CetDquevousavezsansdoute l’habituded’acheterproduisentune tensiond’environ 1,5 volt. De leur différence de taille dépend la quantité decourant qu’elles peuvent délivrer. Plus une pile est grosse, plus elle peutfournir de courant et plus longtemps elle durera.Un appareil plus gros abesoind’unepileplusgrosse,cequirevientàdirequ’unepileplusgrossedonne davantage de puissance (n’oubliez pas : puissance = tension xcourant).

D’un point de vue technique, une batterie est un groupement d’unités, enl’occurrence, des piles ou des accumulateurs. En branchant en sérieplusieurs piles, comme cela se fait souvent dans les jouets et autresappareils électriques, on crée, d’une certaine manière, une batterie. Unebatterie de voiture est constituée de six accumulateurs délivrant chacunentre 2 et 2,1 volts, reliés ensemble pour produire une tension compriseentre12et12,6volts.

LecourantalternatifproduitparunecentraleélectriqueQuandvousbranchezunelampesuruneprisedecourant,vousvousservezde l’énergie électrique produite par une centrale.Une centrale utilise uneressource naturelle – eau, charbon, fioul, gaz naturel ou uranium – pourproduire de l’énergie électrique, selon un procédé en plusieurs étapes.C’estlaraisonpourlaquellel’énergieélectriqueestconsidéréecommeunesourced’énergiesecondaire :elleprovientde laconversiond’unesourced’énergieprimaire.

Lecourantélectriquegénéréparunecentralefluctueetchangedesensàunrythmerégulierqu’onappellelafréquenceducourantalternatif,mesuréeenhertz(Hz).AuxÉtats-UnisetauCanada,lafréquenceducourantalternatifest de 60 Hz, tandis qu’en Europe, elle est de 50 Hz. L’installationélectriqued’unehabitationdélivreuncourantalternatifpourunetensionde220volts.

Certainsappareils,commelesradiateursélectriques, lessèche-cheveuxetlesrasoirsélectriquesutilisentdirectementlecourantalternatifdusecteur.Sivousvousrendezdansunpaysoùla tensionet lafréquenceducourantalternatifnesontpaslesmêmesquechezvous,vousaurezpeut-êtrebesoind’untransformateuroud’unchangeurdefréquence.

Denombreuxappareilsélectroniques,commeparexemple lesordinateursportables et les tablettes numériques, ne peuvent fonctionner qu’alimentéspar un courant continu. Il est donc nécessaire de convertir le courantalternatif du secteur en courant continu, à l’aide d’un transformateurredresseur ou adaptateur. De la même manière, le chargeur de votretéléphone mobile convertit le courant alternatif en courant continu pouralimenterlabatterierechargeabledel’appareil.

TransformerlalumièreenélectricitéLessourcesd’énergiesolairesontconstituéesdecellulesphotovoltaïques,quiproduisentunetensionélectriquedefaiblevoltagequandellesreçoiventdes rayons lumineux. Ces cellules sont constituées de semi-conducteurs,c’est-à-diredematériauxàmi-cheminentrelesconducteursetlesisolants,entermesdepropensionàrelâcherlesélectrons(lessemi-conducteurssontabordésplusendétailauChapitre9).La tensionproduiteparunecellulephotovoltaïqueestconstante,quellequesoitlaquantitédelumièrequ’ellereçoit. En revanche, l’intensité du courant produit dépendra de laluminosité.

Unecellulephotovoltaïqueestpourvuededeuxbornesentrelesquelleslesélectrons circulent le longd’un circuit.Vous avez sans doute déjà vu despetits panneaux solaires alimentant des horodateurs, par exemple, maispeut-êtrepascesvastespanneauxsolairesquialimententlessatellites.

L’énergie solaire est de plus en plus utilisée pour fournir de l’électricité.Sur Internet, vous trouverez d’abondantes informations sur les panneaux

solaires.Vouspouvezmêmefabriquervosproprespanneauxsolaires.

FIGURE1-8Cettecalculetteestalimentéeenénergieélectriquepardescellules

photovoltaïques.

Dessymbolespourreprésenterlessourcesd’énergieLaFigure1-9montre lessymbolescommunémentutiliséspourreprésenterlesdifférentessourcesd’énergiesurunschémadecircuitélectrique.

Lepremiersymbole (àgauche) représenteunepile.Lesigne+désigne laborne positive (ou cathode), et le signe – désigne la borne négative (ouanode). En général, la tension figure à côté du symbole. Le deuxièmesymbole(aucentre)estceluid’unesourcedecourantalternatif.Ledessin

d’une onde sinusoïdale rappelle que la tension varie à la hausse et à labaisse. Le troisième symbole (à droite) est celui d’une cellulephotovoltaïque. Les deux flèches qui pointent vers le symbole de la pilereprésententl’énergielumineuse.

FIGURE1-9Lessymbolesd’unschémadecircuitélectrique.

C’estfoucequelesélectronssontcapablesdefaire!

Imaginez que l’on applique un courant électrique à une paire de haut-parleurs, sans utiliser quoi que ce soit pour contrôler ou «moduler » cecourant.Qu’allez-vousentendre?Celaneproduiracertainementpasdelamusique ! Au contraire, avec un assemblage d’éléments électroniquesapproprié,ilestpossibledecontrôlerlafaçondontvibreralamembranedechaque haut-parleur, de telle sorte que ce haut-parleur produise des sonsbien particuliers, ceux d’un discours ou d’une certainemusique.Dès quel’onsaitcontrôlerlefluxdesélectrons,ilyauneinfinitédechosesquel’onpeutfaireavecuncourantélectrique.

L’électronique consiste à utiliser des éléments bien particuliers appeléscomposantsélectroniques (tels que résistances, condensateurs, inducteurset transistors)pourcontrôler lecourant(oufluxd’électrons)demanièreàremplirunefonctionspécifique.

Ce qui est bien avec l’électronique, c’est qu’il suffit d’avoir compriscommentfonctionnentcertainstypesdecomposantsetcomments’appliquentquelquesprincipesélémentairespourpouvoircommenceràcomprendreetàassemblerdescircuitsintéressants.

Cettesectionprésentesimplementunéchantillondetoutcequevouspouvezfairegrâceauxcircuitsetaucontrôledufluxdesélectrons.

CréerdebonnesvibrationsLescomposantsélectroniquesdevotrebaladeurMP3commeceuxdevotreautoradio et de votre chaîne hi-fi convertissent l’énergie électrique enénergie sonore. Dans chacun de ces exemples, les haut-parleurs sont desrécepteurs, c’est-à-dire la destination de l’énergie électrique.Le rôle descomposants électroniques du système consiste à donner une « forme »particulière au courant dirigé vers les haut-parleurs, à le «moduler » detelle sorte que les vibrations de la membrane de chaque haut-parleurreproduisentlesonoriginal.

Levoir,c’estlecroireDanslessystèmesdevisualisation,lerôledescomposantsélectroniquesestdecontrôlerlapériodicitéetl’intensitéd’émissionslumineuses.Unsystèmede télécommandecommeceluidevotre téléviseur,parexemple,émetdesrayonsinfrarougesquandvousappuyezsurunbouton.L’appareilcommandéréagit en fonction des caractéristiques particulières du signal lumineuxémis.

Un écran plat à cristaux liquides (LCD) ou à plasma est constitué deplusieurs millions d’éléments minuscules, ou pixels. Chaque pixel est unpoint lumineux rouge,bleuouvertquipeut être alluméouéteint selonunprocessusélectronique.Lescircuitsélectroniquesd’untéléviseurcontrôlentl’allumageprogramméetl’étatdechaquepixel,etc’estcequiconditionnel’imageapparaissantsurl’écran.

CapteretréagirL’électronique peut aussi permettre le déclenchement automatique d’unévénement en réponse à un niveau particulier de lumière, de chaleur, debruit ou de mouvement. Un capteur électronique produit ou modifie uncourant électrique en réponse à un stimulus. Microphones, détecteurs demouvement,sondesdetempératureetcapteursdelumièrepeuventserviràdéclencherlefonctionnementd’autresélémentsquiactiveront,parexemple,unsystèmed’ouverturedeporteouunealarme.

ContrôlerlemouvementUne des applications les plus courantes de l’électronique consiste àcontrôlerlamiseenmarche,l’arrêtetlavitessedesmoteurs.Vouspouvezainsicontrôlerlemouvementd’unehélice,d’unvoletroulantoud’unjouettélécommandé,parexemple.C’est legenred’applicationélectroniquequel’onretrouvedans la robotique,dans lesavions,dans lesenginsspatiaux,danslesascenseurs,etc.

RésoudredesproblèmesPoureffectuerdesopérationsmathématiques, lessavantsde l’Antiquitéseservaient de bouliers. Aujourd’hui, nous utilisons pour cela descalculatricesélectroniquesetdesordinateurs.Surunboulier,lescalculssefaisaientenmanipulantdesboulesquireprésentaientdesnombres.Dansunsystèmeinformatisé,lesnombres,lescaractèresetautresinformationssontreprésentés par de l’énergie électrique stockée selon des séquencesparticulières. Les calculs sont effectués enmanipulant ces séquences parl’intermédiaire des composants électroniques (bien entendu, les électronsqui travaillent pour vous, à l’intérieur des circuits, ne savent pas qu’ilsadditionnentdesnombres!).Lerésultatdecescalculsestmisenmémoireentantquenouvelordonnancementdel’énergieélectrique,pourêtredirigé,notamment, vers des circuits particuliers conçus pour afficher quelquechosesurunécran.

CommuniquersousdifférentesformesLescircuitsélectroniquesdevotretéléphonecellulaireconvertissentlesondevotrevoixensignauxélectriques,comprimentetcodentcessignaux,lesconvertissent en signaux radio et envoient ces signaux radio dansl’atmosphère. Ces signaux sont captés par une tour de communication.D’autres circuits contenus dans votre téléphone détectent les messagesentrants, en provenance de la tour de communication, décodent cesmessages et convertissent les signaux électriques obtenus de manière àreconstituerlesondelavoixdevotrecorrespondant(viaunhaut-parleur),oubienuntexteouuneséquencevidéo(grâceàl’écrandevotretéléphone).

Les systèmes de communication de données utilisent l’électronique pourtransmettre l’information, codée sous forme de signaux électriques, entredeuxouplusieurspointsterminaux.Quandvouseffectuezunachatenligne,vos instructions sont transmises sur Internet sous forme d’impulsionsélectriques, de votre appareil (ordinateur, smartphone ou tablettenumérique) à un système de communication géré par une société. Lesélectrons se chargent de convertir, grâce à des circuits électroniques, vosdésirsdeconsommateurenbonsdecommande,etdepréleverlepaiementsurvotrecompteenbanque.

L

Chapitre2Lespréparatifsenvued’uneexplorationdumondedel’électronique

DANSCECHAPITRE:

» Lesdiversesmanièresdecontrôlerlecourantélectrique

» Lesoutilsetlescomposantsnécessairespourcommenceràassemblerdescircuits

» Lesnotionsdebasepourutiliseruneplaqued’essaissanssoudure

econtrôleducourantélectriquepeutsecompareraucontrôled’unfluxhydraulique.Quellessontlesdifférentesfaçonsdecontrôlerledébitdel’eau?Vouspouvezrestreindrecedébit,lestoppercomplètement,varier

la pression, permettre à l’eau de ne circuler que dans un seul sens, ouretenirl’eau(cetteanalogiepeutêtreutile, toutefoisellen’estpasvalableà 100 % : en effet, l’eau peut circuler même dans un système ouvert,contrairementaucourantélectriquequisupposeunsystèmefermé).

Il existe toute une foule de composants électroniques permettant decontrôler et de réduire l’énergie électrique dans les circuits. Lesrésistances,quirestreignentlefluxd’électrons,fontpartiedesplusconnus,de même que les condensateurs qui stockent l’énergie électrique. Lesinducteursetlestransformateurssontdesdispositifsquistockentl’énergieélectriquedansdeschampsmagnétiques.Lesdiodesserventàautoriserlacirculationducourantdansunseulsens,commelesvalvesdansuncircuithydraulique,etlestransistorssontdescomposantsquipeuventêtreutiliséspourouvriretfermerlescircuitsoupouramplifierlecourant.Lescircuitsintégrés(CI)sonteux-mêmesconstituésd’ungrandnombredecomposantsunitairesetpermettentdecontrôler lecourantdediversesmanières,selon

leurs caractéristiques. D’autres éléments comme les capteurs et lesinterrupteursjouentaussiunrôleimportantdanslescircuits.

Dans lesChapitres 3 à 12, vous découvrirez la façon dont ces différentscomposants électroniques manipulent le courant et fonctionnent ensemblepour produire des résultats utiles. Dans la plupart de ces chapitres, desexpériences simples vous permettent de constater par vous-même le rôleque joue chaque composant. Le Chapitre 17 présente des projets plusélaborés,danslesquelsuncertainnombredecomposantscollaborentenvued’unrésultatutile(ouamusant).Cechapitrevousindiquecedontvousavezbesoinpourcréercescircuitsetcesprojetsexpérimentaux.

SeprocurerlesoutilsnécessairesPourpouvoirréaliserlesexpériencesetlesprojetsprésentésdanscelivre,vous aurezbesoind’unmatériel qui vous coûtera entre 100 et 200 euros.Les outils essentiels sont passés en revue ici, et une liste plus détailléed’outils et de fournitures à l’attention des passionnés est proposée auChapitre13.

Dans la liste suivante, je vous indique des références et des tarifs, maisvous trouverez peut-être des offres plus intéressantes en cherchant surInternet.

» Unmultimètre:Cetinstrumentvouspermetdemesurer

latension,larésistanceetl’intensitéducourant,etilest

essentielpourcomprendrecequisepasse(oucequinese

passepas)danslescircuitsquevousassemblez.Procurez-

vousunappareilcommeceluiquereprésentelaFigure2-1,

ainsiqu’unjeudepointesdetoucheàressort.Le

Chapitre16comportedesinformationsdétaillées

concernantl’utilisationd’unmultimètre.

FIGURE2-1Unmultimètreetdespointesdetouchemontéessurressort.

» Uneplaqued’essaissanssoudure:Uneplaqued’essais

sertàconstruire,étudier,modifier,défaireetreconstruire

descircuits.Jevousrecommandel’acquisitiond’unmodèle

degrandetaille,commelaplaqueElencoà830pointsde

contactquevoustrouverezsurInternetpourunprix

avoisinantles11euros(voirFigure2-2).

FIGURE2-2Cetteplaqued’essaissanssoudurepossède830pointsdecontact.

» Unferàsouder:Leferàsouder(voirFigure2-3)vous

permetdecréerunjointconducteurentredeuxou

plusieurséléments:fils,composantsetplaques.Vousen

aurezbesoinpourrelierdesfilsélectriquesàdes

potentiomètres(ourésistancesvariables).Vouspourrez

opterpourunmodèledebasdegammecommeleWeller

SP-25(à28euroschezConrad),demilieudegamme

commeleWellerWLC-100,oudehautdegammecomme

lastationdesoudageWellerWES51.Ilvousfaudra

égalementdufluxdebrasageàrésine

colophane60/40de0,8ou1,6mmdediamètre,commele

Kester44(à12,28euros+fraisdeportsurEtsy).

FIGURE2-3LastationdesoudageWellerWES51comporteunferàréglagede

températureetunsupport.

» Del’outillageàmain:Ilvousfautauminimumunepince

àlongbecpourtordrelesfilsetunepinceàdénuder(voir

Figure2-4).Lespincessontpratiquesaussipourplacerles

composantssurlaplaqued’essaisetpourlesenretirer.

Comptezaumoins15eurospourchaqueoutil,chezvotre

détaillantousurInternet.

» Unbrassardantistatique:Vousaurezbesoind’un

brassardcommeceluidelaFigure2-5pouréviterqueles

chargessusceptiblesdes’accumulersurvotrecorps

risquentd’endommagerlescircuitsintégrés,sensiblesà

l’électricitéstatique,aucoursdeleurmanipulation.Optez

pourunZitradesS-W-S-1ouéquivalent(environ7euros).

FIGURE2-4Unepinceàdénuderetunepinceàlongbec.

» Unecalculette:Pourchoisircertainscomposantset

pourcomprendrelefonctionnementdescircuits,quelques

calculssontnécessaires.Quevoussoyezmatheuxounon,

ilresteconseilléd’utiliserunemachineàcalculer.

FIGURE2-5Unbrassardantistatiquevouséviterademettrehorsd’étatdescomposantssensibles.

Constituerdesréservesde

fournituresessentiellesDans cette section, je vous propose une liste complète des composantsélectroniques,dessourcesd’énergie,desinterconnexionsetautresélémentsdontvousaurezbesoinpourréaliserlesexpériencesdesChapitres3à11etles projets duChapitre17.Vous pourrez vous procurer la plupart de cesproduits chez divers distributeurs spécialisés. Vous trouverez des offresintéressantessurdiverssitesinternetcommeparexempleAmazoneteBay.Consultezdescataloguesetdescritiquesenligne,etrenseignez-voussurlesfraisdeportetlesdélaisd’expédition.

Sur la liste qui suit, je précise parfois un code de produit et un prix (aumoment d’écrire ces lignes, en 2015), simplement pour vous donner uneidée de ce que vous pouvez rechercher et du budget à envisager. Sachantquelespossibilitéssontgénéralementvariées,n’hésitezpasàfaireletourdesmagasinsoudesoffresenligne.Voicilalistedescomposantsàacheter,représentéspourlaplupartsurlaFigure2-6:

» Despilesetautresaccessoires

• Aumoinsunepilede9voltsjetable(non

rechargeable).

• AuminimumquatrepilesAAjetables.

• Uncompartimentdequatrepiles(AA)avec

connecteur,modèlePartsExpress140-972ou

similaire.

• Unconnecteuràpressionpourpilede9V.Achetez-

endeuxsivotrecompartimentdequatrepilesest

équipédebornespourconnecteurplutôtquedefils.

Modèle090-805ousimilaire.

» Descâbles,unepincecrocodileetdesinterrupteurs

• Dufilmonobrindecalibre22,isolé,d’unelongueur

totalede1,20m(deplusieurscouleursde

préférence,maiscen’estpasindispensable),par

exempleElenco884420(rouge),884440(jaune)

et884410(noir),sousformedebobinede7m.

• Descâblesparpairesaveccosses(optionnel,mais

vivementrecommandé),RadioShack276-173ou

similaire.

FIGURE2-6Unéchantillondecomposantsélectroniquesutilisésdanslesexpériencesetlesprojets

présentésdanscelivre.

• Despincescrocodilesentièrementisolées.Prévoyez

unlotde10,depréférencedansunassortimentde

couleurs.RadioShack270-378(miniclipsde32mm)

ou270-356(clipsde5cm)ousimilaire.

• Auminimumcinqinverseurssimplesàglissière.

Assurez-vousqu’ilssontcompatiblesavecune

plaqued’essais,avecdesbrochesespacées

de2,54mm.Mouser123-09.03201.02,Banana

RoboticsBR010115,ousimilaire.

• Huitminiboutonspoussoirs(normalementouverts),

SparkFunElectronicsCOM-00097,AMICO

a12011500ux0302,ousimilaire.Vouspourrezvous

servirdevostenaillespourredresserlespattes

recourbéesdecesmini-interrupteursafinqu’ils

s’insèrentplusfacilementsurvotreplaqued’essais

sanssoudure.BananaRoboticsvendunlot

de10boutonspoussoirsà2broches(BR010084).

» Desrésistances:Vousaurezbesoind’unassortimentde

résistancesdedifférentesvaleurs.Denombreuxdétaillants

vendentcesrésistancesparlotsde5oude10.Des

résistancesd’unepuissancenominalede¼dewattavec

unetolérancede10à20%conviendront.Vouspouvez

opterpourunemballagegroupépourchaquevaleur,ou

bienpourunassortimentcommeRadioShack271-312qui

comporte500résistancesde¼Wassortiesavecune

tolérancede5%etincluttouteslesvaleursdontlaliste

suit.Voicicesvaleursaveclescodescouleurpermettantde

lesidentifieretpourchacune,laquantitéminimale

nécessaire:

• Unerésistancede330Ω(orange-orange-marron)

• Troisrésistancesde470Ω(jaune-violet-marron)

• Unerésistancede820Ω(gris-rouge-marron)

• Deuxrésistancesde1kΩ(noir-marron-rouge)

• Unerésistancede1,2kΩ(marron-rouge-rouge)

• Deuxrésistancesde1,8kΩ(marron-gris-rouge)

• Deuxrésistancesde2,2kΩ(rouge-rouge-rouge)

• Unerésistancede2,7kΩ(rouge-violet-rouge)

• Unerésistancede3kΩ(orange-noir-rouge)

• Unerésistancede3,9kΩ(orange-blanc-rouge)

• Unerésistancede4,7kΩ(jaune-violet-rouge)

• Quatrerésistancesde10Ω(marron-noir-orange)

• Unerésistancede12kΩ(marron-rouge-orange)

• Unerésistancede15kΩ(marron-vert-orange)

• Unerésistancede22kΩ(rouge-rouge-orange)

• Unerésistancede47kΩ(jaune-violet-orange)

• Unerésistancede100kΩ(marron-noir-jaune)

• Despotentiomètres(ourésistancesvariables)

• Unde10kΩ:PartsExpress023-628ousimilaire

• Unde50kΩ:PartsExpress023-632ousimilaire

• Unde100kΩ:PartsExpress023-634ousimilaire

• Unde1MΩ:PartsExpress023-640ousimilaire

» Descondensateurs:Pourlescondensateursdontlaliste

suit,unetensionnominalede16Vousupérieure

conviendra.Lesprixvarientdemoinsde1euroàplus

de30eurosl’unité,selonladimensionetselonle

fournisseur(c’estmoinschersurInternet).

• Deuxcondensateursdisquesde0,01μF

• Uncondensateurdisquede0,047μF

• Uncondensateurdisquede0,1μF

• Uncondensateurélectrolytiquede4,7μF

• Troiscondensateursélectrolytiquesde10μF

• Uncondensateurélectrolytiquede47μF

• Uncondensateurélectrolytiquede100μF

• Uncondensateurélectrolytiquede220μF

• Uncondensateurélectrolytiquede470μF

» Desdiodes:Lesquantitésminimalessontpréciséesdans

lalistequisuit,maisjevousrecommandedevousen

procurerunpeuplusdechaquetype(ellesnecoûtentpas

cher,etellesgrillentfacilement).

• Dixdiodes1N4148.Cesdiodesnecoûtentque

quelquescentimesl’unitésurInternet,notamment

chezFarnelloùvouspouvezaussibénéficierdetarifs

dégressifsselonlaquantitéchoisie.

• Dixdiodesélectroluminescentes(LED)àlumière

diffuse,detaillequelconque(3ou5mmde

préférence)etdecouleurquelconque.Lemieuxest

des’enprocureraumoinsunerouge,unejauneet

uneverte,pourlecircuitdufeudesignalisationdu

Chapitre17.SurlesiteInternetdeRS(rs-online),

ellescoûtententre0,096et0,388eurol’unitépar

multiplede5.

• HuitLEDultralumineusesde5mm,den’importe

quellecouleur.Sivouscomptezfabriqueretutiliser

réellementlalampeclignotantedevélodu

Chapitre17,choisissezdesdiodesrouges,comme

parexemplelesPartsExpress070-501.

» Destransistors:Achetez-enunoudeuxdeplusquela

quantitéminimalerecommandéepourchaquetype,aucas

oùvousengrilleriezun.

• DeuxtransistorsbipolairesNPNdetype2N3904,ou

2N2222,ouBC548outoutautremodèleàusage

général.

• Un2N3906,2N2907outoutautretransistor

bipolairePNPàusagegénéral.

• Descircuitsintégrés(CI)

• UnboîtierDualInlinePackage(DIP)à14broches

74HC00CMOSquadàdeuxentréesporteNON-ET.

Prenez-endeux,carilspeuventfacilementse

détériorersousl’effetdel’électricitéstatique.Modèle

Jameco906339ousimilaire.

• Deuxminuteries555(DIPàhuitbroches).Jevous

conseilled’enacheteruneoudeuxderechange.

• UnamplificateuraudioLM386(DIPàhuitbroches).

• Uncompteurdécimal4017CMOS.Prévoyezau

moinsunepucederechange,enraisondela

sensibilitédecescomposantsàl’électricitéstatique.

» Divers

• Unhaut-parleurde8Ωetde0,5W.

• Uneouplusieursphotorésistances(peuimportela

valeurenW).

• Unmicrophoneàcondensateur(facultatif).

• Uncrayonenboisouunechevilleenboisdepetit

diamètre.

• Unebarreaimantéerelativementforte,

d’environ5cmdelongueur.

Dernierspréparatifsavantlegranddépart

Unefoisquevousvousêtesprocurétoutesvosfournitures,tousvosoutilsettous vos composants, il vous reste quelques derniers préparatifs àaccompliravantdepouvoircommenceràcréerdescircuits:

» Fixezunepairedecossessurunepilede9volts.Ces

cossessontreliéesàdescâblesquivontvouspermettrede

branchervotrepilesurvotreplaqued’essaissanssoudure.

Lerôledecescâblesestcodépardescouleurs:lerouge

correspondàlabornepositivedelapile,etlenoiràla

bornenégative(voirFigure2-7).

» InsérezlesquatrepilesAAdansleurcompartiment,

enrespectantlespolaritésindiquées.Cecompartiment

estcâblédemanièreàrelierboutàboutlesquatrepileset

àformerainsiunebatteriede4x1,5=6volts.Sivotre

compartimentn’estpasmunidefils,fixezdescossesàses

connecteurs(voirFigure2-7).

FIGURE2-7Préparezvospiles,pouralimenteruneplaqued’essaissanssoudure.

» Branchezdesfilssurlespotentiomètres.Pourchaque

potentiomètre,coupeztroispetiteslongueurs(de5à8cm)

defilmonobrindecalibre22,dénudezlesdeuxextrémités

dechaquefil,etsoudezlesfilsauxbornesdu

potentiomètre(voirlapartiesupérieuredelaFigure2-6).

Pourdesinstructionsdétailléesconcernantlesoudage,voir

leChapitre15.

Utiliseruneplaqued’essaissanssoudure

Cettesectionprésenteunbrefaperçudel’utilisationd’uneplaqued’essaissans soudure. Les plaques d’essais sans soudure sont présentées plus endétailauChapitre15,unchapitrequejevousincitevivementàlireavantdevousplongerdanslesmontagesélectroniques.Eneffet,ilimportequevousconnaissiez les limites de ces supports pratiquespour la constructiondescircuits.

Uneplaqued’essais sans soudure estunegrille enplastique réutilisable,de forme rectangulaire, comportant plusieurs centaines de petits trous deformecarréeappeléspointsdecontactoutrousdecontactquisontautantdepointsdeconnexiondanslesquelsvouspouvezenfichervoscomposants(résistances, condensateurs, diodes, transistors ou circuits intégrés). Cestrous sont reliés entre eux par rangées au moyen de bandes de métal

flexiblesquicourentsouslasurfacedelaplaque.LaFigure2-8montreunepartie d’une plaque de 830 points de contact. Des lignes jaunes ont étéajoutéesafindevouspermettredemieuxvisualiserlesconnexionsentrelespointsdecontact.

Supposons que vous introduisiez une borne d’une résistance dans le troub5 de la plaque d’essais de la Figure2-8. L’extrémité du fil estmise encontact avec le conducteur métallique invisible qui relie entre eux cinqtrous dans la colonne 5, ceux des rangées a à e. En introduisant, parexemple, une borne d’un condensateur dans le trou d5, vous créez uneconnexionentrelarésistanceetlecondensateur,sachantquelestrousb5etd5 sont reliés électriquement.Vouspouvez créer un circuit fonctionnel enenfichant des composants sur la plaque d’essais de manière à créer lesconnexions nécessaires – sans que ces composants soient reliés de façonpermanente–puisenreliantvotreplaqueàunesource(unepilede9voltsparexemple)aumoyendedeuxfilsélectriques.

Une plaque d’essais sans soudure vous permet de tester facilement uncircuiteninsérantdescomposantspuisenlesretirant.Leproblèmeestqu’ilest tout aussi facile de faire des erreurs. Les erreurs les plus courantesconsistent à introduire les deux bornes d’un composant dans des trousappartenantàlamêmerangée(créantainsiuneconnexionindésirable)etàintroduireunebornedansuntroudansunerangéevoisinedecellequel’onvoulaitutiliser(sibienqu’uneconnexiondésiréen’estpasréalisée).

FIGURE2-8Lestrousdecontactd’uneplaqued’essaissanssoudureformentdes

lignesetdescolonnesreliéesélectriquementparpetitsgroupessouslasurface.

L

Chapitre3Fairemarcherdescircuits

DANSCECHAPITRE:

» Réaliserlesbonnesconnexions

» Envisagerpositivementlesensdecirculationducourant

» Fairelalumièresurlefonctionnementd’uncircuit

» Prendrelamesuredelatensionetdel’intensité

» Déterminerlaquantitéd’énergieélectriqueutilisée

e courant électriquene circule pas n’importe oùni n’importe comment(sic’étaitlecas,nousrecevrionsdeschocssansarrêt).Lesélectronsnecirculentquedansuncheminconducteur fermé, ceque l’onappelleun

circuitélectriqueouplussimplementuncircuit.Lefluxdesélectronsdoitêtreprovoquéparunesourced’énergieélectrique,unepileparexemple.

Dans ce chapitre, nous allons étudier la façon dont un courant électriquetraverse un circuit, et comprendre pourquoi le courant conventionnel peutêtre assimilé à un fluxd’électrons inversé.Nous allons aussi explorer enprofondeuruncircuitsimplequevouspourrezfabriquervous-même.Enfin,nousverronscommentmesurerlatensionetl’intensitéetcommentcalculerlaquantitéd’énergiefournieetutiliséedanscecircuit.

Circuitsfermés,circuitsouvertsetcourts-circuits

Pourqu’uncourantélectriquecircule,ilfautuncheminfermé,autrementdituncircuit fermé. Il suffit d’une rupture en un point quelconque du circuitpourqu’ildevienneuncircuitouvertetque lecourantcessedecirculer :

les atomes de métal, dans le fil conducteur, cessent très rapidement devoyager et l’on obtient une configuration électriquement neutre (voirFigure3-1).

FIGURE3-1Uncircuitfermépermetlacirculationd’uncourant,tandisquedansun

circuitouvertlesélectronsnevoyagentpas.

Tout se passe comme lorsqu’un volume d’eau de quelques litres circuledansuntuyauouvert.L’eaunecirculepaslongtemps,seulementletempsdesortir complètement du tuyau. Au contraire, si l’on pompe l’eau dans unsystèmefermé,ellecontinueraàcirculertantquelepompagesepoursuivra.

Les circuits ouverts sont souvent créés à dessein.Un interrupteur simple,par exemple, ouvre et ferme le circuit qui relie une lampe à une sourced’énergieélectrique.Ilestconseillédedébrancherlapileouautresourcelorsque l’on ne se sert plus d’un circuit. Techniquement, c’est ce quis’appelle«créeruncircuitouvert».

Unelampedepocheéteinteestuncircuitouvert.LaFigure3-2représenteune lampe de poche dans laquelle l’interrupteur est commandé par unboutonplatdecouleurnoire,visibleenbasàgauche.L’interrupteuresttoutsimplement constitué de deux morceaux de métal flexibles disposés àproximitél’undel’autre.Quandonpousseleboutoncomplètementversla

FIGURE3-2L’interrupteurétantouvert,l’ampoulen’estpasconnectéeauxpilesetle

circuitestouvert.

droite,l’interrupteurestenpositionouverteetlalampeestéteinte.

Quandleboutonestpousséverslagauche,lesdeuxmorceauxdemétalsetouchent.End’autres termes,onfermel’interrupteur,sibienquelecircuitestfermé,lecourantcirculeetl’ampouleestallumée(voirFigure3-3).

FIGURE3-3L’interrupteurétantfermé,lecheminconducteurestcontinu,sibienque

lesélectronspeuventcirculer.

Ilarrivequ’uncircuitsoitouvertdefaçonfortuite,parcequel’onaoubliéde brancher la source ou parce qu’un fil est coupé quelque part dans lecircuit. Quand vous assemblez un circuit sur une plaque d’essais sanssoudure (voir Chapitres 2 et 15), il peut vous arriver d’introduire parmégarde une borne d’un composant dans lemauvais trou, si bien que cecomposantneserapasbranchéetvousobtiendrezuncircuitouvert.C’estgénéralement sans danger, mais ce peut être la source d’une grandefrustration, lorsque vous ne comprenez pas pourquoi votre circuit nefonctionnepascommevouspensezqu’ildevraitfonctionner.

Les courts-circuits sont un autre sujet.Uncourt-circuit est une connexiondirecte indésirable entre deux points d’un circuit, par exemple entre lesdeuxbornesd’unesourced’énergieélectrique(voirFigure3-4).CommeonleverraauChapitre5, lecourantélectriquesuit lecheminquiprésentelemoins de résistance. Ainsi, dans un court-circuit, le courant traverse laconnexiondirecteplutôtquelescheminsparallèles(toutsepassecommesilecourantvoulaitfairelemoinsd’effortpossible).

FIGURE3-4Dansuncourt-circuit,lecourantnesuitpluslecheminprévu.

Quandoncréeuncourt-circuitentrelesdeuxbornesd’unesourced’énergieélectrique, une grande quantité d’énergie est envoyée d’une borne versl’autre. Faute d’un composant pour limiter l’intensité et absorber cetteénergie électrique dans le circuit, les fils et la source ont vite fait dechauffer. Un court-circuit peut faire fondre l’isolant autour du fil etprovoquer un incendie, une explosion, ou un dégagement de substanceschimiquesdangereusesdanslecasdecertainessourcesd’énergieélectriquecommeunepilerechargeableouunebatteriedevoiture.

Lebonetlemauvaissens:fluxréeldesélectronsetsensconventionnelducourant

Lespremiers chercheursont cruque le courant électrique était un fluxdechargespositives,c’estpourquoi ils l’ontreprésentécommeunfluxd’unebornepositiveversunebornenégative.Cen’estquebienplustardquel’ondevait découvrir les électrons et établir qu’ils sedéplaçaient de la bornenégative vers la borne positive. La convention initiale a cependant étéconservée, si bien qu’on représente le courant électrique à l’aide d’uneflèchedanslesensopposéaufluxréeldesélectrons.

Lecourantconventionnelest lefluxd’unechargepositivedupositifverslenégatif,ensensinversedufluxréeldesélectrons(voirFigure3-5).Danstouslesschémasdecircuitsélectroniques,onrespectecetteconvention.Sivousvoyez surun schémaune flèche représentant le courant, elle indiquedonclesensducourantconventionnel.LesymboleI représente lecourantconventionnel,mesuré en ampères (A),mais sur les schémas des circuitsélectroniquesquevouspourrezconstruire, l’unitédemesureseraplutôt lemilliampère(mA).Unmilliampèreestunmillièmed’unampère.

Dans les circuits fonctionnant en courant alternatif, le courant changeconstammentdesens.Parconséquent,comment représenter lecourantsurun schéma?Dansquel sens faut-ilorienter la flèche?Peu importe,vouspouvezchoisirlesensducourantdelafaçonlaplusarbitraireetenfairelesensde référence. Si l’intensité du courant I est négative, cela signifierasimplementquelecourantconventionnelestdanslesensopposéàceluidelaflèche.

Étuded’uncircuitsimpleLeschémade laFigure3-6 représente un circuit dans lequel une batteriealimenteunediodeélectroluminescente(LED),assezsemblableàcellequevous pouvez trouver dans une minilampe de poche à LED. Ce schémareprésentetouslescomposantsducircuitetlamanièredontilssontreliés(laschématiqueestabordéeplusendétailauChapitre14).

FIGURE3-5Lecourantconventionnel.

FIGURE3-6Lecourantvéhiculel’énergieélectriquedelabatterieàlarésistanceetàlaLED.

La batterie fournit au circuit un courant continu de 6 volts. Le signe +indique la borne positive de la batterie, point de départ du courantconventionnel.

Le signe – indique la borne négative, à laquelle aboutit le courant(conventionnel) à la fin de son parcours. La flèche représente le sens deréférenceducourant.Compte tenudusensde la flèche, lecourantdevraitêtretoujourspositif.

Leslignesquiconstituentlecircuitsurleschémaindiquentlafaçondontlesélémentssont reliésà l’aidede filsouautresconducteurs.Lesdifférentessortes de fils et de conducteurs sont traitées au Chapitre 12. Lesinterrupteursetautrescomposantsessentielsdescircuitssontgénéralementconstitués ou pourvus de fils conducteurs qui assurent la liaison avec lesautreséléments.

Sur ce schéma, le zigzag représente une résistance, dont le rôle est delimiter laquantitédecourant traversant lecircuit,unpeucommeunnœudsuruntuyaud’arrosageréduit ledébitd’eau.Voustrouverezdavantagededétailssur lesrésistancesauChapitre5,maispour l’instant, ilvoussuffitdesavoirqu’unerésistancesemesureenohms(Ω)etquedanscecircuit,larésistancepermetd’éviterquelaLEDgrille.

Unediode est représentée par un triangle auquel on ajoute un segment dedroite centré sur une de ses trois pointes.Les deux flèches indiquent quecette diode émet de la lumière, et qu’il s’agit donc d’une diodeélectroluminescente (ou LED). Les diodes font partie d’une catégorieparticulière de composants, les semi-conducteurs, qui sont présentés auChapitre9.

Assemblercecircuiteteffectuerdesmesuresdestensionsetdel’intensitévouspermettrad’enapprendrebeaucoupsurlefonctionnementdescircuits.Lamesure de la tension et de l’intensité est essentielle pour comprendrecomment l’énergie électrique produite par la source est utilisée dans lecircuit.Alors,commençonssansplustarder!

AssembleruncircuitsimplepouralimenteruneLEDPourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» QuatrepilesAAde1,5V(assurez-vousqu’ellessont

neuves)

» UncompartimentpourquatrepilesAA

» Unconnecteur(attachedepiles)

» Unerésistancede2,2kΩ(identifiéepartroisbandesrougessuiviesd’unebandeorouargent)

» UneLEDrouge(den’importequelletaille)

» Troispincescrocodilesisoléesouuneplaqued’essaissans

soudure

Insérezlespilesdanslecompartimentenrespectantlespolaritésindiquées,etfixezleconnecteur.Lecompartimentestcâblédetellesortequelespilessoientreliéeslesunesauxautresetformentainsiunebatteriedélivrantunetensionde4x1,5=6voltsparl’intermédiairedesfilsduconnecteur.

Avant d’assembler ce circuit, utilisez votre multimètre pour vérifier latension de votre batterie de piles (ou bloc-piles) et la valeur de votrerésistance (surtout si vous avez un doute).À propos de l’utilisation d’unmultimètre,consultezleChapitre16.

Réglez votremultimètre sur la mesure du courant continu, puismettez lasonde noire (négative) dumultimètre en contact avec le fil noir de votresource et la sonde rouge (positive) du multimètre en contact avec le filrouge. L’appareil doit indiquer au moins 6 volts, sachant que des pilesneuves délivrent une tension supérieure à leur tension nominale. S’ilindique une tension nettement inférieure à 6 volts, retirez les piles etvérifiez-lesuneparune.

Pourvérifierlavaleurdelarésistance,réglezlesélecteurdumultimètresurla position ohmmètre (mesure des ohms) et mettez chaque sonde dumultimètre en contact avecune extrémité de la résistance (peu importe lesens).Lavaleurindiquéedoitêtreprochede2,2kΩ(c’est-à-dire2200Ω).

PourcréerlecircuitdelaLED,vouspouvezrelierlescomposantsàl’aidedespincescrocodilesouutiliseruneplaqued’essaissanssoudure.Jevousprésente lesdeuxméthodes.Lorsquejeparledesmesuresdela tensionet

de l’intensité, les illustrationsmontrent uneplaqued’essais.Pour plus dedétailssurlaconstructiondescircuits,voyezleChapitre15.

L’assemblageducircuitàl’aidedepincescrocodilesUtilisezlespincescrocodilescommelemontrelaFigure3-7.L’orientationde la résistance n’a pas d’importance,mais l’orientation de la LED en aune.Laplus longuebornede laLEDdoitêtre reliéeà la résistance,et lapluscourteàlabornenégative(filnoir)dubloc-piles.Dèsqueledernierbranchementestréalisé,laLEDdoits’allumer.

SivousbranchezuneLEDdanslemauvaissens,ellenes’allumerapasetvous risquez de la mettre hors d’état de fonctionner. Vous découvrirezpourquoiauChapitre9.

FIGURE3-7Cecircuitsimpleestréaliséàl’aidedepincescrocodilesquirelientles

composants.

Assemblerlecircuitavecuneplaqued’essaissanssoudureLesFigures3-8et3-9montrentlecircuitconstruitsuruneplaqued’essaissanssoudure.AuxChapitres2et15,ilvousestexpliquéquesuruneplaqued’essaissanssoudure,lestroussontreliésentreeuxpardesconnexions,sibienqu’ilvoussuffitd’insérer lescomposantscommeilconvient.Sur lescôtésgaucheetdroitdelaplaque,touslestrousd’unemêmecolonnesont

reliés.Danschacunedesdeuxpartiescentrales,lescinqtrousd’unerangéesontreliésensemble.

FIGURE3-8Ilestfaciled’assemblercecircuitdeLEDsuruneplaqued’essaissans

soudure.

FIGURE3-9Unefaçonplusclaired’assemblervotrecircuit.Lalignejaunereprésente

lecheminàtraverslequellecourantcirculeentrelesdeuxbornesdubloc-piles.

N’oubliezpasquesil’orientationdelarésistancen’apasd’importance,ilfautveilleràorienterlaLEDdetellesortequesabornelapluscourtesoitreliéeàlabornenégativedelasourcedetension.Sivousraccourcissezlesbornesdescomposantsdemanièreàobteniruncircuitplusvisible,commesurlaFigure3-9,prenezsoindenoterquellebornedelaLEDétaitlapluscourte. Dans ce cas, vous utilisez un petit cavalier pour réaliser lebranchement entre la résistance et laLED (leChapitre9 vous indique unautremoyendedistinguerlesbornesd’uneLED).

PrendrelatensionDans cette section, je vous explique commentmesurer, à l’aide de votremultimètre, la tension aux bornes de la source (le bloc-piles), de larésistanceetdelaLEDdansvotrecircuit(pourplusdedétailsconcernantl’utilisationdumultimètre,voyezleChapitre16).

Ilconvientderemarquerquelespointsdecontactentrelescomposantssontlesmêmes,quelecircuitsoitassemblésuruneplaqued’essaisouàl’aidedepincescrocodiles.Labornerougedumultimètredoitêtreàunetensionplus élevée que la borne noire. Par conséquent, ayez soin d’orienter lessondesensuivantlesindications.Réglezvotremultimètresurlamesureducourantcontinu,etvousvoilàprêtàeffectuervosmesures!

Pour commencer, mesurez la tension fournie au circuit par le bloc-piles.Reliezlabornepositive(rouge)dumultimètreaupointdeconnexionentrela borne positive (fil rouge) du bloc-piles et la résistance, et la bornenégative(noire)dumultimètreaupointdeconnexionentrelabornenégative(fil noir) du bloc-piles et la LED (voir Figure 3-10). Obtenez-vous unemesuredelatensionprochede6V?(silespilessontneuves,ilsepeutquelatensionsoit légèrementsupérieureà6V,etsiellesontdéjàservi, ilsepeutquelatensionsoitinférieureà6V).

FIGURE3-10Mesuredelatensiondélivréeparlebloc-piles.

Ensuite, mesurez la tension aux bornes de la résistance. Reliez la bornepositive(rouge)dumultimètreaupointdeconnexionentrelarésistanceetlabornepositive(fil rouge)dubloc-piles,et labornenégative(noire)du

multimètreà l’autrebornede la résistance(voirFigure3-11).VousdevezlireunetensionprochedecelleaffichéesurlemultimètredelaFigure3-11.

FIGURE3-11Mesuredelatensionauxbornesdelarésistance.

Enfin,mesurezlatensionauxbornesdelaLED.ReliezlabornepositivedumultimètreaupointdeconnexionentrelaLEDetlarésistance,etlabornenégative du multimètre au point de connexion entre la LED et la bornenégativedubloc-piles(voirFigure3-12).Lisez-vousunetensionprochedecelleindiquéesurcettefigure?

FIGURE3-12MesuredelatensionauxbornesdelaLED.

Mamesureindiquequedansmoncircuit,lebloc-pilesdélivreunetensionde 6,4 volts, la tension aux bornes de la résistance est de 4,7 volts et latensionauxbornesdelaLEDestde1,7volt.Silasommedestensionsauxbornesde la résistanceetde laLEDest égale à la tension fourniepar lasource,cen’estnullementunecoïncidence:

4,7V+1,7V=6,4V

Unerelationd’échanges’établitdanscecircuit:latensiondélivréeparlasource fait circuler le courant, et l’énergie fournie par la force quereprésente cette tension est absorbéepar la résistance et laLEDqui sonttraverséesparcecourant.Ilseproduitauniveaudechaquecomposantducircuitunechutedetension.

En écrivant autrement l’équation qui précède, on peutmettre en évidencecettechutedetension:

6,4V–4,7V–1,7V=0

QUELLEESTVOTRETENSION?

Une tensionmentionnée en un point unique du circuit fait toujours

référence à la tension enun autre point du circuit, généralement la

terrederéférence (souventappeléesimplement la terre),unpointdu

circuit considéré (arbitrairement) comme étant à 0 volt. Souvent, le

point de référence utilisé pour mesurer les tensions dans tout le

circuitestlabornenégativedelapile.

Une analogie utile pour comprendre la mesure des tensions est la

mesuredesdistances.Si l’onvousdemandaitàquelledistancevous

voustrouvez,vousrépondriezsansdouteparunequestion:«Àquelle

distanced’où?».Demême,sil’onvousdemandequelleestlatension

aupointducircuitoùlecourantarriveàlaLED,vousserezobligéde

répondre par une question : « Par rapport à quel autre point du

circuit?».Sivousditesquevousvoustrouvezàdixkilomètresdechez

vous, votre point de référence est votre domicile. De même, vous

pourrezaffirmer,parexemple,quelatensionlàoùlecourantarriveà

l’ampouleestde1,7voltparrapportàlabornenégativedelapile.

Quandilseproduitunechutedetensionauxbornesd’unerésistance,d’uneLEDoud’unautrecomposant,latensionestplusélevéeenvaleurabsoluelàoùlecourantentredanslecomposantquelàoùilenressort.Latensionest une mesure relative, sachant qu’elle est la force résultant d’unedifférencedechargeentreunpointetunautre.La tension fournieparunebatterie représente la différence de charge entre la borne positive et labornenégative,etcettedifférencedechargeestcequipermetlacirculationd’uncourantà travers lecircuit.Lecircuitabsorbe l’énergieproduiteparcetteforce.Latensionestdoncparfoisappeléechutedetension,différencedepotentielouencorechutedepotentiel.

FIGURE3-13LatensiondélivréeparlabatteriechuteauxbornesdelarésistanceetdelaLED.

Ici, ilest importantderemarquerqu’àmesurequel’onparcourtuncircuitalimentéencourantcontinuenpartantdelabornenégativedelapilepourterminer à la borne positive, on « gagne » en tension (c’est ce que l’onappelle un accroissement de tension), tandis qu’il y a chute de tensionquand on traverse les composants du circuit. En revenant à la bornenégative,latensionretombeà0volt.

Dans tout circuit (alimenté en courant continuou alternatif), enpartant den’importequelpointetenadditionnantlesaccroissementsetleschutesde

tension, on termine à 0 volt. En d’autres termes, la somme nette desaccroissementsetdeschutesdetensionsuruncircuitestnulle(c’estlaloideKirchhoff).

Cettenotiondechutedetensionaunesignificationréelled’unpointdevuephysique. L’énergie électrique fournie par la source est absorbée par larésistance et par la LED. La source continue à fournir de l’énergieélectrique,etlarésistanceetlaLEDàabsorbercetteénergiejusqu’àcequelespiles soient «mortes», c’est-à-dire jusqu’à ceque toute la substancechimique contenue dans les piles ait été consommée lors des réactionschimiques produisant les charges positives et négatives. En effet, toutel’énergiechimiquedespilesestconvertieenénergieélectrique,etl’énergieélectriqueestabsorbéeparlecircuit.

ICILATERRE

Dans lecontextede l’électronique, il fautsavoirque lemot« terre»

peut faire référence soit à la mise à la terre, soit à la terre de

référence.

Lamiseàlaterre,commesonnoml’indique,estuneconnexiondirecte

aveclesol.Laborneensailliedevotreprisedecourant,dite«prisede

terre », est reliée à la terre. Derrière chaque prise de courant aux

normesactuellescourtuntroisièmefilélectriquedontlegainageest

jauneetvert,etquiestreliéàunpieumétalliquefichédanslesol.La

liaisonà la terreestuneprotectionsupplémentairepour lescircuits

qui consomment un courant important. C’est une façon de se

débarrasser du courant une fois qu’il a servi. C’est le principe du

paratonnerredeBenjaminFranklin:offriràlafoudreuncheminvers

laterre,pouréviterqu’ellen’atteigneunehabitationouunepersonne.

Dans certains cas, un point du circuit est relié à une canalisation

métallique, sachant que celle-ci est en contact avec la terre. En

l’absenced’une telleconnexion,onparlede terre flottante.Un circuit

isolédelaterreestuncircuitquin’estpasreliéàlaterre,cequipeut

êtredangereux.Mieuxvautresteràdistanced’untelcircuittantqu’il

n’estpasreliéàlaterreouàunemasse.

Laterrederéférencen’estpasuneterrephysique,maissimplementun

pointderéférencedansuncircuit,pourlesmesuresdetension.Dans

certainstypesdecircuit,enparticulierlescircuitsdesordinateurs, la

bornenégatived’unesourcedecourantcontinuestappeléeterrede

référence,etlabornepositived’uneautresourcedecourantcontinu

estreliéeaumêmepoint.Ainsi,onditquelecircuitaunealimentation

positive et une alimentation négative. Les deux sources physiques

peuventêtre identiques,maiscesont la façonde lesbrancherdans

uncircuitetlepointchoisicommeréférencede0voltquidéterminent

lesignedelatensionfournie.Toutestrelatif!

Selonuneloifondamentaledelaphysique,l’énergienepeutêtrenicrééenidétruite, mais seulement changer de forme. C’est ce qu’illustre lefonctionnementd’un circuit simpledans lequel une source (unbloc-piles)alimenteuneLED:l’énergiechimiqueestconvertieenénergieélectrique,l’énergieélectriqueesttransforméeenénergiethermiqueetlumineuse,etc.

Mesurerl’intensitéducourantPour mesurer le courant qui parcourt votre circuit, vous devez le fairetraverser votre multimètre. Or, le seul moyen de le faire consiste àinterromprelecircuitentredeuxcomposantsetàinsérerlemultimètrepourrefermerlecircuit,commes’ilenétaitundescomposants.

Réglez le sélecteur du multimètre sur la mesure du courant continu enmilliampères(mA).Ensuite,défaiteslebranchemententrelarésistanceetlaLED(sivousutilisezdespincescrocodiles,retirezsimplementlapincequirelielarésistanceàlaLED,etsivousutilisezuneplaqued’essais,retirezlecavalier).LaLEDdoits’éteindre.

Ensuite,mettez labornepositive (rouge)dumultimètreencontactavec labornede la résistancequiestdéconnectéeet labornenégative (noire)dumultimètreencontactaveclabornedelaLEDquiestdéconnectée,comme

sur laFigure3-14.LaLEDdoits’allumer,sachantque lebranchementdumultimètre assure la fermeture du circuit et que le courant peut donccirculer.Pourmapart,j’aimesuréuneintensitéde2,14mA.

Àprésent,branchezvotremultimètreenunautrepointdeconnexiondanslecircuit(parexemple,entrelabornepositivedelasourceetlarésistance),enn’oubliantpasd’ouvrir lecir-cuitaupointdemesureetdebrancherlemultimètredans lebonsens, c’est-à-dire labornepositiveenunpointdetensionpluspositive(supérieureenvaleurabsolue)quelabornenégative.Vous devriez lire la même intensité qu’auparavant, sachant que dans cecircuitsimple,lecourantnepeutcirculerqueparunseulchemin.

FIGURE3-14Pourmesurerl’intensitéducourant,insérezvotremultimètredansle

cheminparlequellecourantcircule.

CalculerlapuissanceLa quantité d’énergie consommée par un composant électronique estappelée la puissance (P) et elle se mesure en watts (W). L’équationpermettantdecalculerlapuissanceestprésentéeauChapitre1:

P=UxI

oùUreprésentelatension,etIl’intensité.Connaissantlatensionauxbornesd’uncomposantetl’intensitéducourantquiletraverse,vouspouvezutilisercette équation pour calculer la quantité d’énergie consommée par chaquecomposant.

Concernant notre circuit constitué d’une résistance et d’une LED, vousconnaissezleschutesdetension(voirFigure3-13)etl’intensitéducourant

qui traverse le circuit (2,14 mA). Ces informations vous permettent decalculerl’énergiefournieouconsomméeparchaquecomposant.

L’énergieconsomméeparlarésistanceest

4,7Vx2,14mA=10,1mW

oùmWsignifiemilliwatts,unmilliwattétantunmillièmedewatt.

L’énergieconsomméeparlaLEDest

1,7Vx2,14mA=3,6mW

L’énergiefournieparlebloc-pilesest

6,4Vx2,14mA=13,7mW

Il convient de noter que la somme des puissances consommées par larésistance et par la LED (10,1 mW + 3,6 mW) est égale à la puissancedélivrée par la source (13,7 mW). En effet, la source fournit l’énergieélectriquequelarésistanceetlaLEDconsomment(enréalité,larésistancetransformel’énergieélectriqueenénergiethermique,etlaLEDtransformel’énergieélectriqueenénergielumineuse).

Supposons que vous remplaciez le bloc-piles de 6 volts par une pilede9volts.Avecunetensionplusélevée,lecouranttraversantlecircuitseraplus fort et délivrera davantage d’énergie à la résistance et à la LED.Recevantdavantaged’énergieélectriqueàconvertirenénergie lumineuse,la LED brillera davantage (il y a cependant des limites à la tension et àl’intensité qu’une LED peut supporter avant de griller et d’êtredéfinitivementhorsd’étatdefonctionner:voirChapitre9).

CHOISISSEZLESBONNESPUISSANCES

SilesLED,lesampoulesàincandescence,lesrésistancesetlesautres

composants électroniques ont tous une puissance nominale, c’est

pourunebonneraison.Uncomposantquireçoituncouranttropfort

chauffe trop, si bien qu’il brûle ou fond. Dans la conception d’un

circuit,ilestconseillédecalculerlapuissancenécessairepourchaque

composant. Pour déterminer le nombre de watts qu’un composant

doitpouvoirsupporter,sachantquelapuissanceest leproduitdela

tensionetdel’intensitéducourant,envisagezlepirescénario,c’est-à-

dire la combinaisonmaximalede tensionetd’intensitéà laquelle ce

composant pourra être exposé durant le fonctionnement du circuit.

Ensuite, accordez-vous une marge de sécurité : choisissez un

composantdontlapuissancenominaleserasupérieureàlapuissance

maximalequevousaurezainsicalculée.

I

Chapitre4Quandils’agitd’êtrebranché

DANSCECHAPITRE:

» Envoyerducourantpar-cipar-là

» Examinerdesbranchementsensérieetenparallèle

» Contrôlerlesconnexionsgrâceàdesinterrupteurs

» Créeruncontactetfairejaillirlalumière

l vous est sans doute arrivé de vous retrouver coincé dans lesembouteillagesetdechangerdedirectionpouremprunteruncheminmoinsencombré.Voussavezdoncqu’ilexistesouventplusd’uncheminpossible

pouratteindreunedestination.Cependant,cen’estpastoujourslecas,parexemplelorsqu’ils’agitdefranchirleseulpontpermettantdetraverserunfleuve.

Les circuits électroniques, à bien des égards, sont comme les réseauxroutiers : ilssontconstituésdecheminsque lesélectronssuivent, telsdesvéhicules,avecparfoisdesbifurcations,etparfoisl’absencedepossibilitédechangerdevoie.

Cechapitreexploredifférentesmanièresderelierentreeuxlescomposantsélectroniquesetdediriger–etrediriger–lecourantélectrique.Vousallezd’abordétudierlesbranchementsensérieetenparallèle,quisontlesdeuxstructuresdebasedescircuits.Lesbranchementsenparallèlesontàl’imagedeschoixd’itinéraire, tandisquelesbranchementsensériesontàl’imagedelatraverséed’unpont.Vousconstaterezensuitequelesinterrupteurssontà l’imagedesagentsdepolicequirégulent lacirculationenautorisant,eninterdisant et en redirigeant le flux du courant. Enfin, vous allez utilisertoutescesinformationsetconstruireuncircuitquiseraà l’imaged’unfeudesignalisationàtroisétatscontrôlémanuellement.

Branchementsensérieetbranchementsenparallèle

Demêmequevouspouvezconstruiredesstructuresdeformesetdetaillesdiverses avecdesbriquesdeLegoouavecd’autres jeuxde construction,vous pouvez assembler toutes sortes de circuits en reliant entre eux, dedifférentes façons, des composants électroniques. De la manière précisedontvousreliezcescomposantsdépendrontlacirculationducourantet larépartitiondelachutedetensiondansvotrecircuit.

Dans cette section, vous allez étudier deux sortes de branchement. Pourassembler les circuits présentés ici, vous aurez besoin des élémentssuivants:

» QuatrepilesAAde1,5V

» UnsupportdequatrepilesAA

» Unconnecteur(attachedepiles)

» Unerésistancede2,2kΩ(identifiéepartroisbandesrougessuiviesd’unebandeorouargent)

» DeuxLEDrouges(den’importequelletaille)

» Troispincescrocodilesisoléesouuneplaqued’essaissans

soudure

SivousavezdéjàassemblélecircuitdeLEDdebasedécritauChapitre3,vous pourrez lemodifier pour assembler les circuits présentés dans cettesection. Il ne vousmanque qu’une LED rouge supplémentaire et, si vousoptezpourlespincescrocodiles,unepincesupplémentaire.

LesbranchementsensérieDans un circuit en série, les composants sont disposés selon un cheminuniqueentre labornepositiveet labornenégativede lasource d’énergieélectrique. La Figure 4-1 représente un circuit en série constitué d’unerésistanceetdedeuxLED.Lecourant,àpartirde labornepositivede la

source, traverse la résistance, puis LED1, puis LED2, pour revenir à laborne négative de la source. Dans un circuit en série, les chargesélectriques ne peuvent suivre qu’un seul chemin, ce qui signifie que lecouranttraverselescomposantsl’unaprèsl’autre.

FIGURE4-1Dansuncircuitensérie,lecouranttraverselescomposantsl’unaprès

l’autre.

Ilimportedenepasoublierdeuxchosesàproposdescircuitsensérie:

» Chaquecomposantesttraverséparlemêmecourant.

» Latensionfournieparlasourceestdivisée(pas

nécessairementdefaçonégale)entensionsauxbornesde

chaquecomposant.Enadditionnantleschutesdetension

desdifférentscomposants,onobtientlatensiontotale

fournieparlasource.

EnvousaidantdelaFigure4-2, réalisezcebranchementdedeuxLEDensérie. Réglez votre multimètre sur la mesure de la tension en courantcontinu, etmesurez la tension aux bornes du bloc-piles, aux bornes de larésistanceetauxbornesdechacunedesdeuxLED.Pourmapart,j’aiobtenulesvaleurssuivantes:

» Tensionauxbornesdubloc-piles:6,4volts

» Tensionauxbornesdelarésistance:3,0volts

FIGURE4-2DeuxfaçonsderéaliserlebranchementensériededeuxLED.

» TensionauxbornesdeLED1:1,7volt

» TensionauxbornesdeLED2:1,7volt

La somme des chutes de tension aux bornes de la résistance et des LEDdonnelatensiontotalefournieparlebloc-piles:

3,0V+1,7V+1,7V=6,4V

Ensuite, réglez votre multimètre sur la mesure de l’intensité du courantcontinu.Interrompezlecircuitenl’unquelconquedespointsdeconnexion,et insérez lemultimètre en n’oubliant pas que sa borne positive doit êtresoumiseàune tensionplus forteque labornenégative.Pourmapart, j’aiobtenuunevaleurde1,4mA.C’estl’intensitéducouranttraversantchaquecomposantducircuit,sachantqu’iln’existequ’unseulcheminpourlefluxd’électrons.

Le problème des circuits en série, sachant que le courant ne peut suivrequ’un seul chemin, est qu’une défaillance d’un seul composant suffit àouvrir le circuit et à interrompre le courant traversant tous les autrescomposants. Supposons que l’enseigne lumineuse d’un restaurant soitconstituée de deux cents ampoules branchées en série et formantl’expression«L’AUBERGEDUCHEF»:ilsuffiraqu’uneseuleampoulesoitcasséepourquetoutel’enseigneresteéteinte.

Lesbranchementsenparallèle

La solution à ce problème que présentent les circuits branchés en sérieconsisteàbrancherplutôtlescomposantsenparallèle,commel’illustrelaFigure 4-3. Ainsi, même si un ballon vient malencontreusement briserquelquesampoules,leresteseratoujoursilluminé(certes,onlirapeut-être«L’AUBEDUCHE»,maisaucunesolutionn’estparfaite).

FIGURE4-3Lesampoulesélectriquessontsouventmontéesenparallèle,sibienquesi

uneampouleclaque,lesautrescontinuentdeproduiredelalumière.

DansunmontageenparallèlecommeceluidelaFigure4-3,lecourantquicircule à partir de la borne positive de la source se répartit entre lesdifférentes branches du circuit et alimente chaque LED. Le courant quitraverseLED1 ne traverse pasLED2. Si votre enseigne est constituée dedeuxcentsLEDetsiuneLEDclaque,les199autresresterontallumées.

Ilimportedenepasoublierdeuxchosesàproposdescircuitsenparallèle:

» Latensionestlamêmeauxbornesdechaquebranche.

» Lecourantfourniparlasourceestrépartientreles

branchesducircuit.Lecouranttotalestlasommedes

courantstraversantlesdifférentesbranches.

Assemblez votre circuit en vous aidant de la Figure 4-4. Avec votremultimètreréglépourmesurerunetensioncontinue,mesurezlatensionauxbornesdubloc-piles,de la résistance, etdechacunedesdeuxLED.Pourmapart,j’aiobtenulesrésultatssuivants:

» Tensionauxbornesdubloc-piles:6,4volts

» Tensionauxbornesdelarésistance:4,7volts

» TensionauxbornesdeLED1:1,7volt

» TensionauxbornesdeLED2:1,7volt

FIGURE4-4Deuxmanièresd’assemblerlecircuitdesdeuxLEDbranchéesenparallèle.

À présent, prenez votre multimètre et mesurez l’intensité du courant quiparcourtchacundestroiscomposantsducircuit,commesuit,enn’oubliantpasquel’appareildoitêtreréglésurDC(courantcontinu):

» Intensitéauxbornesdelarésistance(I):Ouvrezle

circuitentrelarésistanceetlesdeuxLED,etrefermezle

circuitàl’aidedumultimètrecommelemontrelaFigure4-

5.Sachantquevousbranchezlemultimètreensérieavecla

résistance,vousmesurezl’intensitéIducourant

parcourantlarésistance(voirFigure4-3).

FIGURE4-5Mesuredel’intensitéducouranttraversantlarésistance.

» IntensitéauxbornesdeLED1(I1):Retirezlemultimètre

etrebranchezlarésistancesurlesLED,puisdébranchezla

bornepositivedeLED1delarésistance.Insérezle

multimètredanslecircuit,commesurlaphotodegauche

delaFigure4-6.Sachantquelemultimètreestbranchéen

sérieavecLED1,vousmesurezl’intensitéI1ducourantqui

parcourtLED1(voirFigure4-3).

» IntensitéauxbornesdeLED2(I2):Retirezlemultimètre

etrebranchezLED1,puisdébranchezlabornepositivede

LED2delarésistance.Insérezlemultimètredanslecircuit,

commesurlaphotodedroitedelaFigure4-6(ànoterque

j’airetirélecavalierorangepourdébrancherLED2dela

résistance,puisj’aiinsérémonmultimètredanscette

ouvertureducircuit).Vousmesurezainsil’intensitéI2du

courantquiparcourtLED2(voirFigure4-3).

FIGURE4-6Mesuredel’intensitéducouranttraversantLED1(àgauche)etLED2(à

droite).

J’aiobtenulesrésultatssuivants:

» Intensitéauxbornesdelarésistance,I:2,2mA

» IntensitéauxbornesdeLED1,I1:1,1mA

» IntensitéauxbornesdeLED2,I2:1,1mA

En additionnant les deux intensités I1 et I2, on trouve un total égal àl’intensitéducouranttraversantlarésistance,quin’estautrequelecourantd’alimentationprovenantdubloc-piles:

1,1mA+1,1mA=2,2mA

Il convient de remarquer que le courant d’alimentation du circuit enparallèle,de2,2mA,estplusfortquelecourantd’alimentationducircuitensérie,quiétaitde1,4mA,mêmesilesdeuxcircuitssontconstituésdesmêmes composants. Le branchement des composants en parallèle tiredavantagedecourantdelasourcequeleurbranchementensérie.

Sivotre circuit est alimentéparunepileouunebatterie, il fautquevoussachiezpendantcombiende tempsexactementcelle-cipourraalimenter lecircuit.Commel’expliqueleChapitre12,chaquepileporteuneindicationenampères-heures.Unepiled’unampère-heure,parexemple, fourniraducourant à un circuit pendant une heure si ce circuit tire un courant d’unampère(dumoinsenthéorie,cardanslapratique,mêmelesnouvellespiles

nedélivrentpas toujoursprécisémentcequiest indiqué).Parconséquent,pouralimenteruncircuit,vousdeveztenircompteàlafoisducourantquedemandececircuitetdutempspendantlequelvousvoulezl’alimenter.

Allumeretéteindre,fairemarcheretarrêter

La commutation est de loin la plus importante fonction en électronique.Prenons l’exempledevotre téléviseur :vous l’allumezet l’éteignez,voussélectionnezunesourcedesignalparmiplusieursentrées(lecteurdeDVD,boîtier de connexionou console de jeu) et vous changez de chaîne.Votreécrandetélévisionestconstituédeplusieursmillionsdeminusculespixels(ouélémentsd’image),chaquepixelétantunelumièrerouge,bleueouvertequi est soit allumée, soit éteinte. Toutes ces commandes et ces fonctionsd’un téléviseurmettenten jeudescommutations. Ilpeuts’agirsimplementd’un basculementmarche/arrêt, comme il peut s’agir de ce qu’ilme plaîtd’appeler une commutation à choix multiples, consistant à diriger un ouplusieurs signaux d’entrée vers l’écran. De même, le fonctionnement devotresmartphone,devotreordinateuretmême,devotrefouràmicro-ondes,est basé sur des commutations (par exemple, bouton appuyé ou non,transmissiondusonounon).

Lacommutation,qu’est-cequec’estexactement?

Lacommutationconsisteàétablirouàcouperuneouplusieursconnexionsélectriques, de manière à interrompre le courant ou à le rediriger d’unchemin vers un autre. La commutation est assurée par des composantsappelés(maisoui)descommutateurs.Quanduncommutateurestenpositionouverte,laconnexionestcoupéeetlecircuitestouvert.Aucuncourantnecircule. Quand le commutateur est en position fermée, la connexion estétablieetlecourantcircule.

Dans les systèmes électroniques actuels, de minuscules transistors semi-conducteurs (voir Chapitre 10) sont la plupart du temps au cœur dessystèmes de commutation. Le fonctionnement d’un transistor est un peucompliqué, mais l’idée essentielle est qu’un faible courant électrique estutilisépourcontrôlerl’actiondecommutationd’untransistor,etcetteactiondecommutationcontrôlelacirculationd’uncourantbienplusimportant.

En dehors des commutateurs à transistor, toutes sortes de commutateursmécaniques et électriques peuvent être utilisés dans des projets

électroniques.Cescommutateurssontclassésparcatégoriesselonlafaçondont ils sont contrôlés, selon le type et le nombre de connexions qu’ilscontrôlent,etselonlatensionetl’intensitéqu’ilspeuventsupporter.

Commanderl’actiond’uncommutateurLa désignation du type de commutateur indique la manière dont il estcommandé.LaFigure4-7présentequelquesexemples:

» L’interrupteuràglissièreéquipedenombreuxmodèles

delampesdepocheetdelampestorches.Onfaitglisserle

boutondansunsenspourallumer,etdansl’autresens

pouréteindre.

» L’interrupteuràbasculeestactionnéparunpetitlevier,

dontlesdeuxpositionssontparfoismarquées«on»et

«off»(c’est-à-dire«marche»et«arrêt»).

FIGURE4-7Dehautenbas:deuxinterrupteursàbascule,uninterrupteuràbasculeàlevieràplatetuninterrupteuràlamesouple.

» L’interrupteuràbasculeàlevieràplatestunevariante

duprécédent,lelevierétanticiunboutonplat.

» L’interrupteuràlamesouplefermetemporairementle

circuitlorsqu’ilestmaintenuenfoncé.Lesboutonsde

sonnette,àlaportedesmaisons,sontsouventdecetype.

Avec la touche ou le bouton poussoir, chaque poussée change l’état del’interrupteur.Ilenexisteplusieurstypes:

» Leboutonon/off,surlequelchaquepressioninversela

positiondel’interrupteur.

» Leboutonnormalementouvert,quinefermelecircuit

quependantquevouslemaintenezenfoncé.Onparle

aussid’interrupteuraveccontactàfermeture.

» Leboutonnormalementfermédontl’effetestinverse.

Onparleaussid’interrupteuraveccontactàouverture.

» Lerelaisestuninterrupteurcommandéélectriquement.

Quandunecertainetensionluiestappliquée,unélectro-

aimantdéplaceuncontacteur(appeléarmature)en

positionfermé.Onparleparfoisdefermeretd’ouvrirles

contactsd’unebobinederelais.

PouravoirdebonscontactsOn peut aussi distinguer les commutateurs en fonction du nombre decontactsoudelafaçondontcescontactssontassurés.

Un commutateur peut comporter un ou deux voire plusieurs pôles oucontacteurs d’entrée : un interrupteur unipolaire comporte un seulcontacteurd’entrée,tandisqu’uninterrupteurbipolaireencomportedeux.

Uncommutateurpeutaussicomporteruneouplusieurssortiesoudirections.Un commutateur à une direction permet d’établir ou de couper le contact

entrel’entréeetlasortie.Uncommutateuràdeuxdirectionsvouspermetd’agir sur la connexion entre une entrée et chacune des deux sortiespossiblescorrespondantes.

Si tout cela ne vous semble pas limpide, examinez les symboles de laFigure4-8etlesdescriptionsdestypescourantsdecommutateurs:

FIGURE4-8Symbolesutilisésdanslesschémasdecircuitspourl’interrupteursimple

(SPST),l’inverseursimple(SPDT),l’interrupteurDPSTetledoubleinverseur(DPDT).

» L’interrupteursimple(SPST)comporteunseulcontact

d’entréeetunseulcontactdesortie(SPSTsignifiesingle-

polesingle-throw).Onpeutuniquementchoisirdeux

positions,«on»et«off»(alluméetéteint,oumarcheet

arrêt).

» L’inverseursimple(SPDT)comporteunseulcontact

d’entréeetdeuxcontactsdesortie.Ilesttoujoursen

positionfermé,soitsurundesdeuxcontactsdesortie,soit

surl’autre.Ilsertàfermertantôtuncircuit,tantôtunautre

(parexemple,pourallumerunelumièreverteafinde

signalerauxvisiteursqu’ilspeuvententrerouunelumière

rougeafindeleursignalerqu’ilsdoiventattendreà

l’extérieur).

» L’interrupteurDPSTcomportedeuxcontactsd’entréeet

deuxcontactsdesortieetsonactionestéquivalenteàcelle

dedeuxinterrupteurssimplesquifonctionneraientde

façonsynchronisée.Enposition«off»,lesdeux

commutationssontouvertesetiln’yaaucuneconnexion.

Enposition«on»,lesdeuxcommutationssontferméeset

ilyaconnexionentrechaqueentréeetlasortiequilui

correspond.

» Ledoubleinverseur(DPDT)comportedeuxcontacts

d’entréeetquatrecontactsdesortieetagitcommedeux

inverseurssimplesquifonctionneraientdefaçon

synchronisée.Dansuneposition,chacunedesdeux

entréesestconnectéeàunesortie,etdansl’autreposition,

chaqueentréeestconnectéeàuneautresortie.Certains

interrupteursDPDTcomportentunetroisièmepositionqui

coupetouslescontacts.Ledoubleinverseurpeutservirà

inverserlesensderotationd’unmoteur,selonquel’on

établitunetensionpositiveounégative,etlorsquela

troisièmepositionexiste,ellepermetd’arrêterlemoteur.

La section suivante, intitulée « Créer un circuit combiné », vous montrecommentutiliseruninterrupteursimple.

CréeruncircuitcombinéLeplussouvent,uncircuitcomprendàlafoisdescomposantsbranchésensérieetdescomposantsbranchésenparallèle.Toutdépenddecequevousvoulezobtenir.

ObservezlecircuitcombinédelaFigure4-9.Remarquezlestroisbranchesparallèles, comportant chacuneuncommutateurbranchéen série avecunerésistanceetuneLED.Lescommutateurssontreprésentésparlessymbolesàlapartiesupérieuredechaquebranche.

Quand un seul des trois interrupteurs est fermé, comme sur la Figure 4-10(etsurleschémadelaFigure4-9), toutlecourantfourniparlasourcecirculeàtraversuneseuleLED,quiestallumée,tandisquelesdeuxautresLEDsontéteintes.

FIGURE4-9Enouvrantetenfermantlesinterrupteursdececircuitcombiné,onpeut

dirigerlecourantd’alimentationversdifférentschemins.

FIGURE4-10Quandonfermeseulementl’interrupteurleplusàdroite,seulelaLED

verteestalimentée.

Quand les trois interrupteurs sont fermés, lecourantdélivrépar la sourcetraverselarésistanceetserépartitsurlestroisbranches,sibienquechaqueLEDesttraverséeparuncourant.Quandlestroisinterrupteurssontouverts,iln’yaplusdechemincomplet,sibienqueplusaucuncourantnecircule,commel’indiquelaFigure4-11.

FIGURE4-11Quandlestroisinterrupteurssontouverts,aucuneLEDn’estalimentée(à

gauche).Quandlestroisinterrupteurssontfermés,lestroisLEDsontalimentéeset

s’allument(àdroite).

Encommandant l’ouverture et la fermeturedes interrupteurs,vouspouvezallumer l’une ou l’autre des LED. Vous pouvez imaginer un circuitsemblable à celui-ci pour contrôler le fonctionnement d’un feu designalisationàtroisétats(avecdesélémentssupplémentairespourcontrôlerlaprogrammationdansletempsdel’ouvertureetdelafermeturedechaquecommutateur).

Pour analyser un circuit combiné, on applique les règles relatives à latension et à l’intensité phase par phase. Des règles s’appliquent auxbranchementsensérie,etd’autresrègless’appliquentauxbranchementsenparallèle. À ce stade, vous ne disposez pas encore d’informationssuffisantes pour pouvoir calculer l’intensité et la tension partout dans lescircuitsdeLEDprésentésici.Ilvousmanqueencorelaconnaissancedelaloid’Ohm,expliquéeauChapitre6,etdelafaçondontlatensionchuteauniveaudesdiodes,unsujet traitéauChapitre9.Quandvous aurez acquisces connaissances, vous serez vraiment enmesure d’analyser les circuitssimples.

PourassemblerlecircuitàtroisLEDdécritdanscettesection,ilvousfaut:

» QuatrepilesAAde1,5V

» UncompartimentpourquatrepilesAA

» Unconnecteur

» Troisrésistancesde470Ω(bandesjaune-violet-marron

suiviesd’unebandeorouargent)

» TroisLED(den’importequelletailleetden’importequelle

couleur;pourmapart,j’enaiutiliséunerouge,unejaune

etuneverte)

» Troisinverseurssimples(SPDT)conçuspourune

utilisationsuruneplaqued’essaissanssoudure

» Uneplaqued’essaissanssoudureetdescâblesparpaires

aveccossesassorties

Chaque inverseur SPDT estmuni de trois bornes pour les branchements,maispourlecircuitdestroisLEDnousn’auronsbesoind’utiliserquedeuxbornes (voir Figure 4-12). Le bouton curseur, selon sa position, met encontact l’une ou l’autre des bornes situées aux extrémités avec la bornesituéeaucentre.

La borne centrale se trouve mise en contact avec celle des deux autresbornessurlaquelleleboutoncurseurestpositionné.Quandonmetleboutondans l’autre position, la borne centrale est mise en contact avec l’autreborne.Ainsi,onouvreuncircuittoutenfermantl’autre,etinversement.

FIGURE4-12Uninverseursimplepeutêtreutilisécommeinterrupteurmarche/arrêt

ennereliantquedeuxdesestroisbornesaucircuit.

DansnotrecircuitàtroisLED,ilfautquelecommutateurfonctionnecommeun interrupteur marche/arrêt. Vous allez donc relier au circuit la borne

centraleetuneautreborne.Latroisièmeborneserainséréedansuntroudelaplaqued’essais,maiselleneserareliéeàaucunélémentducircuit(voirFigure 4-13). Ainsi, quand le bouton curseur est positionné sur la borneinutilisée,nousavonsuninterrupteurenpositionarrêt,etquandilestdansl’autreposition,nousavonsuninterrupteurenpositionmarche.

L’interrupteurmarche/arrêtleplussimpleestlecommutateuràdeuxbornesdetypeSPST,quiassuretoutsimplementlaliaisonoulacoupureentresesdeuxbornesselonlapositionduboutoncurseur.Cependant,ilestdifficilede trouverun interrupteursimpledont lesbornessoientconçuespourêtreinséréessuruneplaqued’essaissanssoudure.

MettreenmarcheVous pouvez créer un circuit simple pour assurer la connexion et ladéconnexionentrevotrebloc-pilesetvoscircuitsassembléssuruneplaqued’essaissansêtreobligéderetirerlebloc-pilesdelaplaque.

FIGURE4-13Uninverseursimpleutilisécommeinterrupteurmarche/arrêt.

Sur la Figure 4-14, la borne positive de la source est reliée à la bornesupérieured’uninverseursimple.Labornecentraledel’inverseurestreliéeà lacolonne laplusàgauchede laplaqued’essais,quiestaussiappelée

rail d’alimentation. En actionnant le curseur de l’inverseur, on crée unecoupure,ouaucontraireuneconnexionentrelabornepositivedelasourceetleraild’alimentationpositive.Danslamesureoùvousutilisezlesrailsd’alimentation pour alimenter vos circuits assemblés sur une plaqued’essais,votrecommutateurfonctionnecommeuninterrupteurmarche/arrêt.

FIGURE4-14Uninterrupteurassurelaconnexionetladéconnexionentreunesource(bloc-piles)etlesrailsd’alimentationd’uneplaqued’essaissanssoudure.

Enajoutantunerésistancede470ΩetuneLEDentrelabornecentraledel’interrupteur et le rail d’alimentation négative, on obtient un indicateurlumineuxdel’étatmarche/arrêt(voirFigure4-15).Quandl’interrupteurestenposition arrêt, la sourcen’est pas reliée à laLEDet celle-ci est doncéteinte.Quandl’interrupteurestenpositionmarche,lasourceestreliéeàlaLEDetcelle-ciestallumée.

FIGURE4-15UneLEDverteindiquesilaplaqued’essaisestalimentéeounon.

Il convient de noter que même sans résistance et sans LED, l’inverseurfonctionne comme un interrupteur marche/arrêt pour l’alimentation de laplaqued’essais.Cependant,ilestbond’avoirunindicateurvisible,commesurlaFigure4-16.

Àquoiressembleuncircuit?

Les circuits électroniques n’ont généralement pas l’aspect net etgéométriqueauquelvouspourriezvousattendre.Engénéral,laformed’uncircuitn’apasd’importance.Cequicomptepourqu’ilfonctionnebien–etc’estcedontvousdevezvoussoucierquandvousenassemblezun–estlafaçon dont les composants sont branchés, car les connexions entre cescomposantsconstituentlecheminparcouruparlecourantdanslecircuit.

Laformed’uncircuitauneimportancedanslecasdescircuitsvéhiculantdes signaux à haute fréquence, notamment les circuits à radiofréquences(RF)etlescircuitsàhyperfréquences.Ilconvientdeconcevoiravecsoinleschéma des circuits, c’est-à-dire la disposition des composants, afin deréduirelebruitetlesautressignauxdetensionalternativeindésirables.Parailleurs, lorsque des condensateurs de dérivation (voir Chapitre 7) sontsitués à proximité d’autres composants, cela peut souvent affecter lefonctionnementducircuit.

FIGURE4-16LaLEDvertedanslapartiesupérieuredroitedel’imagesignalequ’une

tensionestappliquéeauxrailsd’alimentationetquelecircuitdestroisLEDconsomme

del’énergieélectrique.

LaFigure4-17montreuncircuitdevariateurdesannéesquatre-vingt.Cedispositifélectroniquesimplepermetdecontrôler,grâceàunnombreréduitde composants, le courant alimentant une applique lumineuse dans mamaison.Cependant,lessystèmesélectroniquessontgénéralementbienpluscompliqués : ils relient entre eux un grand nombre de composants sousformed’unouplusieurscircuitsayantunefinalitécommune.

La Figure 4-18 représente le circuit du disque dur d’un ordinateur. Cecircuitcomportelesélémentssuivants, tousfixéssurunesurfacespéciale,plusprécisémentunecartedecircuitimprimé:

FIGURE4-17Unvariateurd’intensitéestuncircuitélectroniquesimple,constituéd’un

petitnombredecomposants.

FIGURE4-18L’électroniquedudisquedurd’unordinateur.

» Ungrandnombredecomposantsdiscrets(résistances,

condensateurs,etc.).

» Unassortimentdecircuitsintégrés(sortesdemille-pattes

électroniques).

» Desconnecteurs(servantàrelierlecircuitélectroniquedu

disqueduraurestedelamachine).

Lescircuitsintégrés(CI),étudiésauChapitre11,nesont riendeplusquedesgroupementsdeminusculescircuitsquiconcourentensembleàassurerunefonctionsicommunémentnécessaire,qu’ilestrentabledelesproduireenmassesousformedepetitsboîtiersdeprotectionmunisdebroches (lesnombreuses«pattes»)permettantaucourantd’accéderauxcircuitsqu’ilsrenferment.

Quandvousaurezfaitconnaissanceaveclesdifférentstypesdecomposantspermettantdecontrôlerlacirculationducourantdanslescircuitsetquandvous saurez appliquer les lois relatives à la tension et à l’intensité, vouspourrez commencer à concevoir et à réaliser des circuits électroniquesutiles.

IIContrôlerlecourantgrâceàdiverscomposants

DANSCETTEPARTIE…

Limiterlecourantgrâceauxrésistances

Stockerl’énergieélectriquedansdescondensateurset

desinducteurs

Laisserlecourantcirculerdansunsensseulementgrâce

auxdiodes

Amplifieretdévierlecourantàl’aidedestransistors

Utiliserlescircuitsintégréscommeamplificateurs,

commecompteurs,commeoscillateurs,etc.

Interagiravecl’environnementgrâceauxcapteurset

autrestransducteurs

S

Chapitre5Premierspasverslarésistance

DANSCECHAPITRE:

» Utiliserlarésistanceàvotreprofit

» Fairevarierlarésistance

» Obtenirprécisémentlarésistancenécessaire

» ComprendrepourquoidesrésistancesdoiventêtreassociéesauxLED

ivouslancezunebilledansunbacàsable,ellen’irapasloin,maissivouslalancezsurlasurfaced’unlacgelé,elleroulerasurunecertainedistanceavantdes’immobiliser.Surtoutesurface,uneforcemécanique,

appelée le frottement, arrête la bille : simplement, le frottement est bienplusimportantsurlesablequesurlaglace.

La résistance est l’équivalent, dans les systèmes électroniques, dufrottement dans les systèmes mécaniques : elle freine les électrons (cesinfimesparticulesdont ledéplacementconstitue lecourantélectrique)quilatraversent.

Ce chapitre vous explique précisément ce qu’est une résistance, où vouspouvez trouverunerésistance(partout),commentunerésistancepeutvousêtreutileetcommentvouspouvezchoisirdesrésistances(descomposantsqui offrent une quantité de résistance bien précise) pour vos circuitsélectroniques.Vousallezdécouvrircommentcombinerdesrésistancespourcontrôler le courant dans vos circuits. Ensuite, vous allez construire etétudier quelques circuits constitués de résistances et de diodesélectroluminescentes (LED). Enfin, vous allez prendre la mesure del’importancedesrésistances,etvoircequiseproduitquandunerésistancejouantunrôlecritiquemanqueàl’appel.

RésisteraucourantLarésistanced’unobjetestlamesuredesonoppositionàlacirculationdesélectrons.Cettenotionpeutsembleravoiruneconnotationnégative,maisenréalité,elleestextrêmementutile.Larésistanceélectriqueestcequipermetde produire de la chaleur et de la lumière, de réduire la circulation desélectronslorsquec’estnécessaireetdefaireensortequ’unélémentouunappareilsoitsoumisàunetensioncorrecte.Ainsi,parexemple,quandlesélectrons traversent le filament d’une ampoule, ils sont soumis à unerésistancequilesralentitconsidérablement.Commeilsessaientdefranchirle filament, les atomes de celui-ci s’entrechoquent furieusement, ce quiproduit de la chaleur, et c’est cette chaleur qui engendre la lumière aveclaquellel’ampouleéclaire.

Toutobjetet toutematière–même lesmeilleursconducteurs–présententune certaine résistance à la circulation des électrons (en réalité, il existedesmatériauxappeléssupraconducteursquipeuventtransmettreducourantsans aucune résistance,mais à conditionde les porter à des températuresextrêmement basses : en étudiant l’électronique classique, vous n’enentendrezpasparler).Pluslarésistanceestforte,pluslecourantestréduit.

Larésistanced’unobjetdépenddeplusieursfacteurs:

» Lematériau:Danscertainsmatériaux,lesélectrons

circulentlibrement,tandisquedansd’autres,ilssonttrès

liésauxatomes.Lesconducteursontunerésistivité

relativementfaible,tandisquelesisolantsprésententune

résistivitérelativementforte.

» Lasectiondumatériau:Larésistanceestinversement

proportionnelleàlasectiondumatériau:pluslediamètre

duconducteurestgrand,pluslesélectronspeuvent

facilementletraverser,autrementdit,pluslarésistanceà

leurdéplacementdiminue.Sil’onreprendl’analogieavec

l’eaucirculantdansuntuyau,pluslargeestletuyau,mieux

l’eaucircule.Larésistanced’unfildecuivredegrand

diamètreestdoncmoindrequecelled’unfildecuivrede

petitdiamètre.

» Lalongueur:Plusl’élémentestlong,plussarésistance

estimportante,carlesélectronsontdavantagede

possibilitésderencontrerd’autresparticulessurleurtrajet.

Larésistanceestproportionnelleàlalongueur.

» Latempérature:Pourlaplupartdesmatériaux,la

résistanceaugmenteaveclatempérature.Quandla

températuredumatériauestplusélevée,lesparticulesà

l’intérieurdumatériauontdavantaged’énergieet

s’entrechoquentdavantage,cequiimpliqueun

ralentissementdufluxdesélectrons.Uneexception

notableestlathermistance,dontlavaleurderésistance

diminuedefaçontoutàfaitprédictiblequandla

températureaugmente(cequiesttrèsutiledansles

circuitsservantàmesurerunetempérature).Àproposdes

thermistances,voyezleChapitre8.

Le symbole R désigne une résistance dans un circuit électronique. Cesymboleestparfoisaccompagnéd’unindicefaisantréférenceàunepartiequelconqueducircuit,parexempleRamppourdésigner la résistanced’uneampoule. La résistance se mesure en ohms, unité notée en abrégé Ω (lalettregrecqueOmega).

L’ohmestunepetiteunité,c’estpourquoidesunitésmultiplessontsouventutilisées : le kilo-ohm (kΩ) qui vautmille ohms, et leméga-ohm (MΩ).Nousavonsdonc:1kΩ=1000Ωet1MΩ=1000000Ω.

Lesrésistances:passivesmaispuissantes

Une résistance est un composant électronique passif spécialement conçupour fournir une résistance bien précise (par exemple, 470Ω ou 1 kΩ –voirFigure5-1).

Une résistance n’a pas d’effet d’augmentation ni de direction du fluxd’électrons(étantunélémentpassif),maisellepeutêtretrèsutile,carellepermet de freiner le courant de façon très contrôlée. En choisissantsoigneusement des résistances et en les incorporant judicieusement endivers endroits de votre circuit, vous pouvez contrôler la quantité decourantquitraverserasesdifférentesparties.

FIGURE5-1Ilexistedesrésistancesdedifférentestaillesetdedifférentesvaleurs.

Àquoiserventlesrésistances?Les résistances font partie des composants électroniques les plus utilisés.Ellesserventsouventàlimiterlecourantdanscertainespartiesd’uncircuit,maisellespeuventservirégalementà limiter la tensionauxbornesdecesparties,ouàfabriquerdescircuitsdetemporisation.

LimiterlecourantDanslecircuitdelaFigure5-2,unebatteriede6Vfournitducourantàunediode électroluminescente (LED), et ce courant traverse une résistance(symbolisée par un zigzag). La LED fait partie de ces composants qui

absorbentlecourantcommeunenfantmangedesbonbons:elleabsorbetoutce que vous lui donnez. Le problème est que la diode grille lorsqu’elleabsorbetropdecourant.Larésistanceestdoncbienutile,puisqu’ellelimitelaquantitédecourantenvoyéeàladiode(commedebonsparentslimitentlaquantitédebonbonsqueleurenfantpeutmanger).

Un courant excessif peut détruire un certain nombre de composantsélectroniques sensibles, comme les transistors (voir Chapitre 10) et lescircuits intégrés (voirChapitre11).Une solution simpleconsiste àplacerunerésistancedevantchaquecomposantsensible(saufque,sivousutilisezunerésistancetropforte,parexemplede1MΩ,l’intensitéducourantseratellement réduite que la lumière ne sera plus visible). Cela vous permetd’éviterdeprocéder tropsouventàdes réparationsdansvoscircuits,parsuited’incidents.Vouséconomisezainsidutempsetdel’argent.

FIGURE5-2Larésistancelimitel’intensitéIducourantquitraverselescomposants

sensibles,notammentladiodeélectroluminescente(LED)danscecircuit.

Pourconstaterlafaçondontlesrésistanceslimitentlaquantitédecourant,vouspouvezassemblerlecircuitdelaFigure5-2etessayerdesrésistancesdedifférentesvaleurs.Danslasection«Savoirlirelesspécificationsdesrésistences fixes », plus loin dans ce chapitre, je vous explique commentdécoderlesbandesdecouleurinscritessurlesrésistancespourenindiquerlavaleur.Pour lemoment, jevous indiqueàquoi ressemblentcellesdontvousavezbesoin.

Pourassembler lecircuitconstituéd’uneLEDetd’unerésistance, ilvousfaut:

» QuatrepilesAAde1,5V

» UncompartimentpourquatrepilesAA

» Unconnecteur

» Unerésistancede470Ω(identifiéepardesbandesjaune-violet-marronsuiviesd’unequatrièmebandepouvantêtre

couleuror,argent,noire,marronourouge)

» Unerésistancede4,7kΩ(jaune-violet-rougeetunequatrièmebandedecouleurquelconque)

» Unerésistancede10kΩ(marron-noir-orangeetune

quatrièmebandedecouleurquelconque)

» Unerésistancede47kΩ(jaune-violet-orangeetunequatrièmebandedecouleurquelconque)

» UneLED(den’importequelletailleetden’importequelle

couleur)

» Troispincescrocodilesisoléesouuneplaqued’essaissans

soudure

Utilisez des pinces crocodiles ou une plaque d’essais sans soudure pourmontercecircuit(voirFigure5-3),encommençantparutiliserlarésistancede470Ω.N’oubliezpasd’orienterlaLEDdanslebonsens,c’est-à-direenreliant la borne courte de la LED à la borne négative de la source.L’orientationde la résistancen’apasd’importance.Remarquez comme laLEDbrille.Ensuite,retirezlarésistanceetremplacez-laparlesautres,uneàlafois,enaugmentantàchaquefoislavaleurdelarésistance.VousdevezconstaterquelaLEDbrilledemoinsenmoinsfort.Eneffet,unerésistanceplusforterestreintdavantagel’intensitéducourant,etmoinslecourantestfort,moinslaLEDbrille.

FIGURE5-3DeuxmanièresdecréeruncircuitcomportantuneLEDetunerésistance.

La Figure 5-4 représente unmontage en parallèle (voir Chapitre 4) danslequelchaquebranchecomporteunerésistancedevaleurdifférente.Pluslarésistance est forte, plus le courant traversant la branche en question estréduitetmoinslaLEDémetdelumière.

FIGURE5-4Unerésistancedeplusgrandevaleurréduitdavantagel’intensitéducourant,sibienquelaLEDémetmoinsdelumière.

RéduirelatensionLes résistances peuvent servir à réduire la tension à laquelle serontsoumisescertainespartiesd’uncircuit.Supposonsquevousdisposiezd’unepile de 9 V et que vous vouliez faire fonctionner un circuit intégré pourlequelune tensionde5Vestappropriée.VouspouvezalorsassembleruncircuitcommeceluidelaFigure3-2,dans lequel la tensionserapartagéedetellesortequelatensionàlasortiesoitde5V.LatensiondesortieUout,obtenuegrâceàcediviseurdetension,pourraainsiêtreappliquéeàvotrecircuit intégré (pour plus de détails sur le fonctionnement de cemontage,voyezleChapitre6).

Pourvoircomment fonctionneundiviseurde tension,assemblez lecircuitdelaFigure5-6enutilisantlesélémentssuivants:

» Unepilede9V

» Unconnecteur

FIGURE5-5Utilisezdeuxrésistancespourcréerundiviseurdetension,unetechnique

courantepourobtenirdestensionsdifférentesdansdifférentespartiesd’uncircuit.

FIGURE5-6Deuxfaçonsdecréerlecircuitdudiviseurdetension.

» Unerésistancede12kΩ(marron-rouge-orangeetune

quatrièmebandedecouleurquelconque)

» Unerésistancede15kΩ(marron-vert-orangeetune

quatrièmebandedecouleurquelconque)

» Troispincescrocodilesisoléesouuneplaqued’essaissans

soudure

Ensuite,utilisezvotremultimètreréglésurlamesured’unetensioncontinuepour mesurer la tension aux bornes de la source et aux bornes de larésistance de 15 kΩ, comme l’indique la Figure 5-7. Pour ma part, j’aimesuréune tension réellede9,24Vauxbornesdemapileetune tensionUout(auxbornesdemarésistancede15kΩ)de5,15V.

ContrôlerlescyclesdetemporisationVous pouvez aussi associer une résistance à un autre composant – uncondensateur (voirChapitre 7) – pour produire des variations de tensionbien spécifiques. Au Chapitre 7, vous découvrirez que cette associationd’une résistance à un condensateur vous permet de créer une sorte deprogrammateur utile pour les circuits devant fonctionner en fonction dutemps(commeparexempleunesignalisationlumineuseàtroisfeux).

FIGURE5-7Mesuredelatensiontotalefournieparlapile(àgauche)etdelatension

auxbornesdelarésistancede15kW(àdroite).

ChoisirunerésistancefixeouunerésistancevariableOn distingue fondamentalement deux types de résistances, les résistancesfixesetlesrésistancesvariables:

» Unerésistancefixefournitunerésistanceconstanteet

déterminée.Ons’ensert,parexemple,pourlimiterle

courantàuneplageparticulièreafindeprotégeruneLED

oupourdiviserlatensiond’unecertainefaçon.

» Unerésistancevariable,diteaussipotentiomètre,peut

êtrerégléeàtoutmomentàn’importequellevaleur

compriseentrepratiquementzéroohmetunevaleur

maximalefixéeparlefabricant.Unpotentiomètrevous

permetdefairevarierlaquantitédecourantoudetension

alimentantuncircuit.Lespotentiomètressontutilisés

commevariateursdanscertaineslampes,comme

dispositifsderéglageduvolumedanslessystèmesaudio,

etcommecapteursdeposition.Cependant,lescontrôles

numériquesontlargementremplacélespotentiomètres

danslesappareilsélectroniquesgrandpublic.

Cette section traite plus en détail des résistances fixes et variables. LaFigure5-8montrelessymbolescommunémentutilisésdanslesschémasde

circuitspourreprésenterlesrésistancesfixes,lespotentiomètresetunautretypederésistancevariable,lerhéostat.Letracéenzigzagrappellequ’unerésistancerendplusdifficilelatraverséeducourant,commeunnœudàuntuyaud’arrosagerendplusdifficilelepassagedel’eau.

FIGURE5-8Lessymbolesdesschémasdecircuits.

LesrésistancesfixesUnerésistancefixeestconçuepouravoirunevaleurdéterminée,cependantlarésistanceréelled’untelcomposantpeutvarierd’uncertainpourcentagepar rapport à sa valeur nominale.C’est ce que l’on appelle la toléranced’unerésistance.

Sivousutilisez,parexemple,unerésistancede1000Ωdontlatoléranceest de 5 %, la résistance réelle fournie par cet élément sera compriseentre950Ωet1050Ω.Ceseradoncunerésistancede1000Ωà5%près.

Pour ma part, j’ai réglé mon multimètre sur la mesure de résistance enohms,et enmesurant lavaleur réelledecinq résistancesde1kΩdont latolérance était de 5%, j’ai obtenu les résultats suivants : 985Ω, 980Ω,984Ω,981Ωet988Ω.

Ondistinguedeuxcatégoriesderésistancesfixes:

» Lesrésistancesdeprécisionstandard,dontlatolérance

peutvarierde2%à20%(aïe!)delavaleurnominale(selon

l’indicationgénéralementdonnéesurl’emballage,par

exemple±2%,±5%,±10%ou±20%),sontutiliséesdanslaplupartdesapplicationsnonprofessionnellescarelles

serventleplussouventàlimiterlecourantouàdiviserla

tensiondansunefourchetteacceptable.Danslescircuits

électroniques,onutilisecourammentdesrésistancesdont

latoléranceestde5ou10%.

» Lesrésistanceshauteprécision,dontlatolérancene

dépassepas1%delavaleurnominale,sontutiliséesdans

descircuitspourlesquelsunegrandeprécisionest

nécessaire,parexemplepourdesfonctionsd’horlogerieou

pourobtenirdestensionsderéférence.

Les résistances fixes sont la plupart du temps des petits élémentscylindriquesmunisdedeux fils conducteursquipermettentde les relier àd’autresélémentsd’uncircuit.Vous serez sansdouteheureuxd’apprendreque vous pouvez insérer une résistance fixe dans un circuit sans vouspréoccuper de son orientation, car avec ces amusants petits zizis à deuxextrémités,iln’yanigauchenidroite,nihautnibas,nisensducourant.

Lesrésistancesfixessontlaplupartdutempsrevêtuesdecodescouleurquipermettent d’identifier leur valeur nominale et leur tolérance, mais surd’autres modèles, la valeur est indiquée par des chiffres inscrits sur leminuscule cylindre, avec d’autres lettres et chiffres propres à induire enerreur. Si vous n’êtes pas sûr de la valeur d’une résistance, prenez votremultimètre,réglez-lesurlamesuredesrésistancesenohmsetbranchezsessondessur lesbornesde la résistanceenquestion (peu importedansquelsens)commelemontre laFigure5-9.Quandvousprenezcettemesure, larésistancenedoitpasêtrebranchéedansuncircuit:vousn’obtiendriezpaslebonrésultat.

FIGURE5-9Àl’aidedevotremultimètre,mesurezlavaleurréelled’unerésistancefixe

(enohms).

Surlesschémasdescircuits,lamargedesécuritéenmatièredevaleurderésistanceestgénéralementindiquée,soitpouruncomposantenparticulier,soitpourl’ensembledesrésistancesducircuit.Cherchezl’indicationsurlaliste des composants ou dans une note en bas de page sur le schéma ducircuit. Si la tolérance n’est pas précisée, vous pouvez supposer que desrésistances de tolérance standard (±5%ou±10%)neposeront pas deproblème.

SavoirlirelesspécificationsdesrésistancesfixesLes couleurs bariolées qui égayent la plupart du temps ces petitesrésistances ne servent pas seulement à attirer l’œil. Ce sont des codescouleurquipermettentd’identifierleurvaleurnominaleet leur tolérance.D’autres modèles, cependant, sont ternes et tristes, leur valeur étantindiquéepar des chiffres.Le code couleur se trouveprès d’unedes deuxextrémités et comporte plusieurs bandes. Chaque couleur représente unchiffre,etlapositiondelabandeindiquelafaçondontcechiffres’utilise.

Une résistancedeprécision standardportequatrebandesdecouleur : lestroispremièresbandesindiquent lavaleurnominaledelarésistance,et laquatrième indique la tolérance.Une résistance haute précision porte cinqbandesdecouleur: lesquatrepremièresindiquentlavaleur, lacinquièmeindiquelatolérance.Pourdéchiffrerlavaleurnominaled’unerésistancedeprécisionstandard,vouspouvezvousreporterauTableau5-1:

» Lapremièrebandeindiquelepremierchiffre.

» Ladeuxièmebandeindiqueledeuxièmechiffre.

» Latroisièmebandeindiquelemultiplicateursousforme

d’unnombredezéros,saufsilacouleurestorouargent.

Silatroisièmebandeestdecouleuror,ilfautretenirles

deuxpremierschiffresetdiviserpar10.

Silatroisièmebandeestdecouleurargent,ilfautretenir

lesdeuxpremierschiffresetdiviserpar100.

» Laquatrièmebandeindiquelatolérance,comme

l’indiquelaquatrièmecolonneduTableau5-1.Enl’absence

dequatrièmebande,vouspouvezsupposerquela

toléranceestde±20%.

TABLEAU5-1:Codecouleurdesrésistances

Couleur Bande1

(Premier

chiffre)

Bande2

(Deuxième

chiffre)

Bande3

(Multiplicateur,ou

nombredezéros)

Bande4

(Tolérance)

Noir 0 0 (pasdezéro) ±20%

Brun 1 1 1zéro ±1%

Rouge 2 2 2zéros ±2%

Orange 3 3 103=1000 ±3%

Jaune 4 4 10000 ±4%

Vert 5 5 100000 -

Bleu 6 6 1000000 -

Violet 7 7 10000000 -

Gris 8 8 100000000 -

Blanc 9 9 1000000000 -

Or - 0,1(diviserpar10) ±5%

Argent - 0,01(diviserpar100) ±10%

Onobtientlavaleurnominaledelarésistanceenohmsenécrivantlesdeuxpremierschiffres(côteàcôte)etenappliquantlemultiplicateur.

Examinonscesdeuxexemples:

» Rouge-rouge-jaune-or:Desbandesrouge(2),rouge(2),

jaune(4zéros)etor(±5%)(voirFigure5-10,partiesupérieure)indiquentunerésistancenominalede220000

Ω,ou220kΩ,cettevaleurpouvant,enréalité,varierde5%dansunsensoudansunautre.Ils’agitdoncd’unélément

dontlarésistanceestcompriseentre209kΩet231kΩ.

» Marron-noir-or-argent:Desbandesmarron(1),noire(0),

or(0,1)etargent(±10%)(voirFigure5-10,partieinférieure)indiquentunevaleurde10x0,1=1Ω,cettevaleurpouvantvarierde10%.Larésistanceréelleestdonccomprise

entre0,9Ωet1,1Ω.

FIGURE5-10Décodezlasériedebandescoloréespourdéterminerlarésistance.

Lesrésistancesquicomportentcinqbandesdecouleursontdesrésistancesàhauteprécision.Lestroispremièresbandesdecouleurindiquentlestroispremiers chiffres, la quatrième bande donne le multiplicateur, et lacinquièmebandeindiquelatolérance(engénéral,±1%).

Les couleurs sont très variables et certaines résistances ne comportentaucune bande de couleur. Il est prudent de vérifier la valeur réelle desrésistancesenutilisantunmultimètre,réglésurlesohms.

Lesrésistancesvariables

(potentiomètres)Unpotentiomètreestconstituéd’unerésistanceréglabledefaçoncontinue.C’est un composant doté de trois bornes, c’est-à-dire de trois points deconnexion avec l’extérieur (voir Figure 5-11). Entre les deux bornes desextrémités se trouve une résistance fixe, dont la valeur est la valeurmaximaledupotentiomètre.Entrelabornecentraleetl’unedesdeuxautresbornes, la résistance varie selon la position d’un axe pivotant ou autremécanismedecommandesituésurlapartieextérieureducomposant.

À l’intérieurd’unpotentiomètrese trouveunepiste résistive terminéepardeuxbornes,uneàchaqueextrémité,etd’uncurseurquisedéplacesurcettepiste(voirFigure5-12).Chaqueextrémitéde lapisteest reliéeàunedesdeuxbornesextérieures.C’estlaraisonpourlaquellelarésistanceentrecesdeuxbornesestégaleàlavaleurmaximaledupotentiomètre.

FIGURE5-11Onfaitvarierlarésistancedecespotentiomètresde10kWenfaisant

pivoterunaxe.

FIGURE5-12Unpotentiomètreestdotéd’uncurseurquisedéplacelelongd’unepiste

résistive.

Le curseur situé à l’intérieur du composant est relié électriquement à labornecentraleetreliémécaniquementàunaxe,àuneglissièreouàunevis,selonletypedepotentiomètre.Quandonactionnelecurseur,larésistanceentrelabornecentraleetunedesdeuxautresbornesvariede0(zéro)àlavaleurmaximale, tandisquelarésistanceentrelabornecentraleet l’autreborne varie de la valeur maximale à 0 (zéro). Comme on pourrait s’yattendre, la somme des deux résistances variables est toujours égale à lavaleurmaximaledelarésistancefixe(c’est-à-direàlarésistanceentrelesdeuxbornesextrêmes).

Leplussouvent, lavaleurmaximaleest indiquée(10kΩ,50kΩ,100kΩ,1MΩ,etc.)etlesymboledel’ohm(Ω)n’yfigurepastoujours.Silavaleurindiquéeest50k,parexemple,onpeutobtenirn’importequellevaleurderésistancecompriseentre0et50000Ω.

Ondistinguelespotentiomètresrotatifs,lespotentiomètresrectilignesetlespotentiomètresd’ajustage:

» Lespotentiomètresrotatifscomportentunepisterésistive

circulaireetsecommandententournantunboutonouune

tige.Courammentutilisésdanslesapplications

électroniques,lespotentiomètresrotatifssontconçuspour

êtremontéssuruneboîtecontenantuncircuitetpercée

d’untrou,detellesortequeleboutonfixéàl’extérieur

permetted’agirsurlecircuit.Cetypedepotentiomètreest

souventutilisépourréglerlevolumedesappareilsaudio.

» Lespotentiomètresrectilignescomportentunepiste

résistiverectiligneetsecommandentendéplaçantun

curseur.Cetypedepotentiomètreéquipelestablesde

mixageutiliséesparlesingénieursduson,ainsique

certainsluminairesdontl’intensitéestréglable.

» Lespotentiomètresd’ajustage,depluspetitetaille,sont

conçuspourêtremontéssurdescircuitsimprimés.La

résistanceserègleàl’aided’unevis.Cespotentiomètres

sontgénéralementutiliséspourajusterlesparamètres

d’uncircuit,etnonpourexercerdesvariations(devolume

parexemple)aucoursdesonutilisation.

Si vous utilisez un potentiomètre dans un circuit, n’oubliez pas que si lecurseurrestetoujoursenposition«neutre»,iln’yauraaucunerésistanceetcet élément ne jouera nullement son rôle de limiteur de courant. Unetechnique courante consiste àmonter une résistance fixe en série avec unpotentiomètre pour limiter le courant. On choisit simplement une valeurpour la résistance fixe, qui, conjointement avec la résistance variable,produiralarésistancevoulue.

La variation d’un potentiomètre n’est qu’approximative. Si votrepotentiomètrenecomportepasdegraduationchiffrée,utilisezunmultimètre(réglé sur les ohms) pour connaître sa valeur. À l’aide d’un multimètre,vouspouvezaussimesurerlarésistancevariableentrelabornecentraleetl’uneoul’autredesdeuxbornesextrêmes(leChapitre16expliqueendétailcommenttesterdesrésistances).

Le symbole communément utilisé pour représenter un potentiomètre(Figure5-8aumilieu)estunmotifenzigzagsemblableausymboled’unerésistanceaccompagnéd’uneflèchequireprésentelecurseur.

RECONNAÎTRELESRHÉOSTATS

Le mot potentiomètre est souvent utilisé pour désigner toutes les

sortesderésistancesvariables,maisilexisteenréalitéunedifférence

entre le potentiomètre et un autre type de résistance variable, le

rhéostat.Unrhéostatpossèdedeuxbornes,l’unereliéeaucurseuret

l’autreàuneextrémitédelapisterésistive.Dupointdevuetechnique,

unpotentiomètrepossèdetroisbornes, l’unereliéeaucurseuret les

deuxautresauxdeuxextrémitésdelapisterésistive.Onpeutseservir

d’un potentiomètre comme si c’était un rhéostat (c’est une pratique

courante)enn’utilisantquedeuxdesestroisbornes,oubien,onpeut

relierlestroisbornesaucircuitetobtenirainsiàlafoisunerésistance

fixeetunerésistancevariable:deuxrésistancespourleprixd’une!

Defaçongénérale,unrhéostatsupportedestensionsplusélevéeset

des courants plus forts qu’un potentiomètre. Le rhéostat est donc

particulièrement indiqué pour des applications industrielles, par

exemple pour contrôler la vitesse d’un moteur électrique sur une

grossemachinerie.Cependant,denosjours,lesrhéostatsontétéen

grandepartieremplacéspardescircuitsàbasedesemi-conducteurs

(voirChapitre9),moinsgourmandsenénergie.

Lesymboleutilisépourreprésenterunrhéostatestceluidedroitesur

laFigure5-8.

DéterminerlarésistanceenfonctiondelapuissanceQuesepasse-t-ilquandtropd’électronstraversentunerésistanceenmêmetemps ? Vous l’avez sans doute deviné : la résistance grille. Un fluxd’électrons à travers un élément offrant une résistance engendreinévitablementdelachaleur,etplusilyad’électrons,pluslachaleurseraimportante.

Lachaleurquepeutsupporteruncomposantdépenddesadimensionetdesontype.Lachaleurétantuneformed’énergieetlapuissanceunemesuredel’énergie consommée dans le temps, la puissance d’un composantélectroniqueestlenombredewatts(W)qu’ilpeutsupporter.

À toute résistanceest attribuéeunepuissancedéterminée (c’est égalementvalablepourlespotentiomètres).Unerésistanceordinairepeutsupporter⅛Wou¼W,maisontrouvefacilementdesrésistancesde½Wetde1W–etcertaines sontmême résistantes au feu (au cas où vous auriez encore desappréhensions).Biensûr, lapuissancen’estpas indiquéesur larésistancemême(ceserait tropfacile),sibienquevousdevezladevinerd’aprèssataille (plus la résistanceestgrosse,plus lapuissancequ’ellesupporteestélevée)ouposerlaquestionàvotrefournisseur.

Sachant que vous devez tenir compte de la puissance lorsque vous devezchoisir une résistance pour votre circuit, comment allez-vous vous yprendre ?Vous allez calculer la puissancemaximale que votre résistancedoit pouvoir supporter, et vous choisirez un élément dont la puissanceannoncéeestégaleousupérieureàcettevaleur.Laformuledecalculestlasuivante:

P=UxI

Ureprésentelatensionauxbornesdelarésistance,expriméeenvolts(V),etIreprésentel’intensitéducourantquitraverselarésistance,expriméeenampères(A).Supposonsquelatensionsoitde5Vetquevousvouliezquevotrerésistancesoittraverséeparuncourantde25mA(milliampères).Lapuissance sera 5 x 0,025 = 0,125W, soit ⅛W.Vous savez donc qu’unerésistancede⅛Wferal’affaire,maisvouspouvezsurtoutêtresûrqu’unerésistancede¼Wnechaufferapastrop.

Pour laplupartdesassemblagesnonprofessionnels,des résistancesde¼W ou de⅛W conviennent. Des résistances de plus forte puissance sontnécessaires pour les applications à charge élevée, celles qui comportentdes récepteurs tels que moteurs ou systèmes d’éclairage dont lefonctionnementnécessiteuncourantplus fort. Il existediverses formesderésistancesdefortepuissance,maiscommevousvousendoutez,ellesn’ontpaslesmêmesdimensionsquelesrésistancesquevousutiliserezdansvoscircuits.Lesrésistancesdeplusde5Wsontrecouvertesd’époxy(oud’unautre type de revêtement étanche et ignifugeant) et leur forme n’est pascylindrique mais rectangulaire. Elles comportent même parfois undissipateurenmétal,dontlesailettesserventàdissiperlachaleurproduiteparlarésistance.

RECONNAÎTRELESRÉSISTANCESSURLESCIRCUITSIMPRIMÉS

En découvrant l’électronique, vous aurez peut-être la curiosité de

chercheràexaminerlescircuitsdecertainsappareilsouéquipements

de votredomicile.Attention, il imported’êtreprudent : observez les

règlesdesécuritéduChapitre13.Vousaurezpeut-êtreenvied’ouvrir,

parexemple, latélécommandedevotretéléviseurpourenexaminer

les composants insérés entre les touches et les LED. Sur certains

circuits imprimés (unconceptquipermetdeproduireenmassedes

circuitsquevousretrouverezdanslesordinateursetautressystèmes

électroniques),vousaurezsansdoutedesdifficultésàreconnaîtreles

différents composants. En effet, les fabricants recourent à des

techniques diverses pour produire des circuits imprimés àmoindre

coûtetpouréconomiserde laplacesur lessupportsenrésine.Une

de ces techniques, la SMT (surface-mount technology, ou technique

demontageensurface),consisteàfixerlescomposantsdirectement

sur la surface du support. Les composants assemblés selon cette

technique n’ont pas le même aspect que ceux que vous utiliseriez

pour construire un circuit chez vous, car leur intégration dans un

circuitnenécessitepasdelongsfilsconducteursauxextrémités.Sur

ceséléments,unsystèmedecodagedifférentestutilisépourindiquer

lesvaleurs.

AssociationderésistancesQuand vous commencerez à acheter du matériel, vous vous apercevrezqu’enmatièrederésistances,parexemple,iln’estpastoujourspossibledetrouverexactementcequel’ondésire.

Les fabricants ne peuvent pas produire une infinité de composantsdifférents,avectouslesdegrésderésistanceimaginables.Ilsenproposentdonc une gamme limitée, dont vous pouvez vous contenter (comme nousallonslevoir).Ainsi,parexemple,vousaurezsansdoutedesdifficultésàtrouverune résistancede25kΩ, tandisquevousn’aurez aucunproblèmepour trouver des résistances de 22 kΩ ! Il s’agit donc de trouver votrebonheurparmilesarticlesstandarddisponibles.

Vous pouvez associer des résistances de diverses manières de façon àobtenir une résistanceéquivalente à ce que vous vouliez. Sachant que laprécision standard des résistances est de 5 % ou 10 % de leur valeurnominale,cesystèmeesttoutàfaitsatisfaisant.

Quand on associe plusieurs résistances, certaines « règles » doivent êtrerespectées. C’est ce que nous allons voir dans cette section. Ces règlesdoivent vous servir non seulement à choisir les résistances que vousutiliserezdansvosproprescircuits,maisaussiàanalyser lescircuitsdesautres.Sivousconnaissez larésistanced’uneampoule,parexemple,etsivous l’associez à une résistancedansunmontage en série pour limiter lecourant, vous aurez besoin de savoir quelle est la résistance totale de cemontagepourpouvoircalculerlecourantquiletraversera.

LesrésistancesensérieAssocierdeuxouplusieursrésistancesensérieconsisteàlesbrancherboutàbout(commesurlaFigure5-13),detellesortequechacuneseratraverséepar lemêmecourant.Enprocédantdecettemanière,vous limitezquelquepeulecourantaveclapremièrerésistance,vouslelimitezdavantageencoreavecladeuxième,etainsidesuite.Unmontageensérieaugmentedonclarésistanceglobale.

Pour calculer la résistance combinée (ou équivalente) d’un ensemble derésistances montées en série, il suffit d’additionner leurs valeursrespectives:

Rsérie=R1+R2+R3+…

FIGURE5-13Larésistancedumontageensériededeuxouplusieursrésistancesestla

sommedesrésistances.

R1,R2, R3, etc., sont les valeurs des résistances et Rsérie représente larésistancetotaleéquivalente.N’oubliezpasquedansunmontageensérie,lemêmecouranttraversetouteslesrésistances.

Vouspouvez appliquer cettenotionde résistance équivalentepour choisirlesrésistancesdontvousavezbesoindansuncircuitdonné.Supposonsquevousayezbesoind’unerésistancede25kΩ,maisquevousnetrouviezenmagasin aucune résistance de cette valeur. Vous pouvez monter en sériedeux résistances standard, une de 22 kΩ et une de 3,3 kΩ, ce qui vousdonneraunerésistancetotalede25,3kΩ.Parrapportaux25kΩquevousvouliez,cettevaleurdiffèredemoinsde2%,cequiestnettementinférieurauxniveauxhabituelsdetolérance(quisontcomprisentre5et10%).

Quandvousadditionnezlesvaleursdesrésistances,évitezdevoustromperdans les unités de mesure. Supposons que vous branchiez en série lesrésistancessuivantes(voirFigure5-13):1,2kΩ,680Ωet470Ω.Avantdeprocéderàl’addition,vousdevezconvertircesvaleursdanslamêmeunité,par exemple l’ohm. Dans cet exemple, la résistance totale Rtotale seracalculéecommesuit:

Rtotale =1200Ω+680Ω+470Ω

=2350Ω

=2,35kΩ

La résistance totale d’un montage sera toujours plus grande que larésistanced’undeseséléments,cequiestpratiquedanslaconceptiondescircuits.Sivousvoulez limiter lecourantqui traverserauneampoule,parexemple,sanssavoirquelleestlarésistancedecetteampoule,vouspouvez

monterunerésistanceensérieaveccetteampouleetvousserezsûrquelarésistance totaleseraaumoins égale à lavaleurde la résistance ajoutée.Dansuncircuitcomportantunerésistancevariable (parexempleavecunelampe à variateur), le montage d’une résistance fixe en série avec larésistancevariableoffrelagarantiequelecourantseralimité,mêmesi lepotentiomètreest sur lapositionzéroohm(àproposducalculducourantpour une combinaison tension-résistance donnée, voir plus loin dans cechapitre).

Voyez par vous-même comment une petite résistance en série permet deprotéger une LED. Assemblez le circuit de la Figure 5-14, à gauche, enutilisantlesélémentssuivants:

» Unepilede9V

» Unconnecteur

» Unerésistancede470Ω(jaune-violet-marron)

» Unpotentiomètrede10kΩ

» Quatrepincescrocodiles

» UneLEDdetailleetdecouleurquelconques

Veillez à brancher au circuit la borne centrale et une autre borne dupotentiomètre,àlaisserl’autrebornedébranchéeetàorienterlaLEDdanslebonsens,labornecourtereliéeàlabornenégativedelasource.

Faites pivoter l’axe du potentiomètre et observez ce qui se produit auniveau de la LED. L’intensité de la lumière doit varier en fonction duréglagedelarésistance.

L’axe du potentiomètre étant positionné quelque part vers lemilieu de sacourse,retirezlarésistancede470ΩetbranchezlaLEDdirectementsurlepotentiomètre, comme l’indique la Figure 5-14, à droite. Ensuite, faitespivoter doucement l’axe demanière à faire briller la lumière davantage.Continuez jusqu’en fin de course et observez la LED. À mesure que leréglage se rapproche de 0 Ω, la LED doit briller de plus en plus.Finalement, elle va cesser complètement de briller. En l’absence derésistancepour limiter l’intensitéducourant, laLEDpeutgriller (etvousn’avezplusqu’àlamettreaurebut,carellenefonctionneraplus).

FIGURE5-14Unerésistancemontéeensérieavecunpotentiomètregarantitla

limitationducouranttraversantlaLED,mêmesilepotentiomètreestréglésur0ohm.

Sanscetterésistance,laLEDseraitgrillée.

LesrésistancesenparallèlePourmonterdeuxrésistancesenparallèle,vousreliezleursextrémitésdeuxàdeux(voirFigure5-15),sibienquelatensionauxbornesdechacuneseralamême.Enprocédant ainsi, vous créez deuxparcours différents pour lecourantélectrique.Parconséquent,mêmesiunerésistancerestreintlefluxdes électrons, un courant additionnel peut circuler par un autre chemin.Concernantlatensionparrapportàlasource, lebranchementenparallèlereprésenteunediminutiondelarésistanceglobale.

Pour calculer la résistance équivalente de deux résistances montées enparallèle,Rparallèle,onutiliselaformulesuivante:

oùR1etR2sontlesvaleursrespectivesdesdeuxrésistances.

Vous savez sans doute que la ligne séparant le numérateur et ledénominateur d’une fraction représente la division, par conséquent laformulepeutaussis’écrireainsi:

FIGURE5-15Larésistancedumontageenparallèlededeuxouplusieursrésistances

esttoujoursinférieureàlavaleurdel’unoul’autredeceséléments.

Rparallèle=(R1xR2)÷(R1+R2)

Dansl’exempledelaFigure5-14,deuxrésistancesde2kΩsontbranchéesenparallèle.Larésistanceéquivalenteestalors:

Danscetexemple,lesdeuxrésistancessontégales,sibienqueleurmontageenparallèledonneune résistanceéquivalenteà lamoitiéde la valeurdechacune.Enconséquence,parchaquerésistancepasselamoitiéducourantde la source. Quand on monte en parallèle deux résistances de valeurdifférente,davantagedecourantpasseparlarésistancelaplusfaible.

Sivotrecircuitnécessiteunerésistanceplusforte,parexemple1W,etsivousnedisposezquederésistancesde½W,vouspouvezmonterdeuxdeces résistances en parallèle. Il vous suffit de choisir les valeurs desrésistances qui vous permettront d’obtenir la résistance dont vous avezbesoin.Sachantquechacunedesdeuxrésistancestireralamoitiéducourantque tireraitune résistanceunique,elledissipera lamoitiéde lapuissance(puissance=courantxtension).

MESURERDESRÉSISTANCESCOMBINÉES

À l’aide de votre multimètre, réglé pour mesurer des ohms, vous

pouvezvérifier larésistanceéquivalenteaumontagedesrésistances

en série aussi bienque la résistanceéquivalenteà leurmontageen

parallèle.

Les photos suivantes montrent comment mesurer la résistance

équivalente aux trois résistances en série (à gauche), à deux

résistances en parallèle (au milieu) et à la combinaison d’une

résistance en série avec deux résistances branchées en parallèle (à

droite).Choisissez trois résistances, cellesquevous voulez, et faites

vous-mêmel’expérience!

Les résistancesmontrées sur cesphotosontdesvaleursnominales

respectivesde220kΩ,33kΩet1kΩ.Surlesdeuxdernièresphotos,

les résistances en parallèle sont la résistance de 220 kΩ et celle

de33kΩ.Surlaphotodedroite,l’uniquerésistancebranchéeensérie

aveclerestedumontageestlarésistancede1kΩ.

Concernantlesrésistancesensérie(photodegauche),lecalculdela

résistanceéquivalenteadonné220+33+1=254kΩ,etlarésistance

réellequej’aimesuréeétaitde255,4kΩ.

Concernantlesrésistancesenparallèle(photodumilieu),lecalculde

larésistanceéquivalenteadonné(220x33)÷(220+33)=28,7kΩ,etla

résistanceréellequej’aimesuréeétaitde28,5kΩ.

Concernant la combinaison de résistances en série et en parallèle

(photo de droite), le calcul de la résistance équivalente a donné

(28,7 + 1 = 29,7 kΩ, et la résistance réelle que j’ai mesurée était

de29,4kΩ.

N’oubliez pas que la valeur réelle d’une résistance est souvent

légèrement différente de sa valeur nominale. C’est pourquoi la

résistance réellemesuréepour chaquemontageprésenté ici est un

peu différente (en l’occurrence, < 2 %) de la résistance équivalente

calculée.

Quand on monte en parallèle plus de deux résistances, la formule secompliqueunpeu:

Les points de suspension à la fin du dénominateur indiquent que l’oncontinueàajouter les inversesdes résistances,pour toutes les résistancesdumontageenparallèleconcerné.

Le courant qui traverse une branche est inversement proportionnel à larésistance de cette branche. Concrètement, plus la résistance est forte etmoinslecourantpasse,etinversement.Lecourantélectrique,commel’eau,préfèrelecheminquioffrelemoinsderésistance.

Dans leséquationsquiconcernent l’électronique, lesymbole ||estsouventutilisé pour représenter de façon simplifiée la formule des résistances enparallèle.Exemple:

ou

CombinerdesbranchementsderésistancesensérieetenparallèleBiensouvent,dansunmêmecircuit,desrésistancessontmontéesensérieetenparallèlededifférentesmanièrespour limiter lecourantdanscertainespartiesetpourlerépartird’unecertainefaçondansd’autresparties.Danscertains cas, on peut calculer la résistance équivalente en combinant leséquationspourlesrésistancesensérieetenparallèle.

Sur laFigure5-16,par exemple, la résistanceR2 (3,3kΩ)estmontée enparallèleaveclarésistanceR3(3,3kΩ),etcemontageenparallèleestlui-mêmeassembléensérieaveclarésistanceR1(1kΩ).Larésistancetotalesecalculecommesuit:

FIGURE5-16Denombreuxcircuitscomportentàlafoisdesmontagesderésistances

ensérieetenparallèle.

Dans ce circuit, le courant fourni par la pile est limité par la résistancetotaleducircuit,quiestde2,65kΩ.Lecourantcirculedelabornepositiveà la borne négative de la pile en passant par la résistance R1 et en sedivisantensuiteentreR2etR3(lamoitiédechaquecôtécarcesrésistancessontlesmêmes)pourserecombinerensuite.

Souvent, un circuit comporte des combinaisons de résistances pluscompliquéesquecessimplesmontagesensérieetenparallèle,sibienquele calcul des résistances équivalentes n’est pas toujours facile. Pouranalyser ces circuits, il faut recourir au calcul matriciel, dont lescomplexitésneserontpasabordéesdanscelivrequin’estpasunmanueldemathématiques.

I

Chapitre6Obéiràlaloid’Ohm

DANSCECHAPITRE:

» Comprendrecommentlaloid’Ohmgouvernel’intensité,latensionetlarésistance

» Appliquerlaloid’Ohmàl’analysedescircuits

» Sefondersurlecritèredelapuissancepourchoisirlescomposantsd’uncircuit

l existe une relation étroite entre la tension (force électrique faisant semouvoir lesélectrons)et l’intensitéducourantdanstoutcomposantdotéd’unerésistance.Cetterelationserésumeàuneéquationsimple,cellede

la loi d’Ohm. Dans ce chapitre, vous allez mettre en application la loid’Ohm pour analyser le fonctionnement de quelques circuits de base.Ensuite,vousallezavoirunaperçudurôledelaloid’Ohm,etdescalculsdepuissancequiluisontliés,danslaconceptiondescircuitsélectroniques.

Définirlaloid’OhmUne des notions les plus importantes à assimiler en électronique est larelation entre tension, intensité du courant et résistance dans un circuit.Cette relationse résumeàuneéquationsimple,cellede la loid’Ohm.Sacompréhensionvouspermettrad’analyserdescircuits conçuspard’autreset de concevoir avec succès vos propres circuits.Avant de nous plongerdans la loid’Ohm, ilpeutêtreutiled’évoquer rapidement les fluctuationsducourant.

Lecourantquitraverseune

résistanceSil’onbranchesurunesourceuncomposantélectroniquedontlarésistanceestmesurable(parexemple,uneampouleouunerésistance),latensionaurapoureffetdedéplacerlesélectronsàtraverscecomposant.Lemouvementdesélectronsengrandequantitéestcequiconstitue lecourantélectrique.Quandonappliqueune tensionplus forte,onexerce sur les électronsuneplusgrandeforce,cequiaccroîtlefluxdesélectrons(lecourant)àtraverslarésistance.L’intensitéducourant(I)estproportionnelleàlatension(U).

Lephénomèneestanalogueàcequiseproduitquandl’eaucirculeàtraversuntuyaud’uncertaindiamètre.Sil’onexerceunecertainepressionsurcetteeau, on obtient un certain débit. Plus la pression sera forte, plus le débitseraimportant,etinversement.

C’esttoujoursproportionnel!Larelationentrelatension(U)etl’intensité(I)dansuncomposantdontlarésistanceestRaétédécouverteaudébutduXIXe siècleparGeorgOhm(unnomquevousconnaissezdéjà,n’est-ilpasvrai?),lequelavaitconstatéque la tension et l’intensité variaient de la même manière pour unerésistancedonnée :quandondoublait la tension, l’intensité étaitdoublée,etc.Laloiquiportesonnomserésumeàuneéquationtrèssimple.

La loi d’Ohm dit que la tension est égale à la résistance multipliée parl’intensitéducourant,soit:

U=RxI

Celasignifiequelatension(U)mesuréeauxbornesd’uncomposantdontlarésistanceestfixeestégaleàl’intensitéducourant(I)circulantàtraverscecomposantmultipliéeparlavaleurdelarésistance(R).

Dans le circuit simple de la Figure 6-1, par exemple, une pile de 9 Vappliquéeàunerésistancede1kΩproduituncourantde9mA(c’est-à-direde0,009A):

9V=1000Ωx0,009A

FIGURE6-1Unetensionde9Aappliquéeàunerésistancede1kWproduituncourant

de9mA.

L’importance de cette loi est telle que si vous ne l’avez pas encoreassimilée, jenepeuxquevousconseillerde la répétercommeunmantra,jusqu’à en devenir obsédé. Si vous avez besoin d’un moyenmnémotechnique,pensezàUneRègleImportante.

Quand vous appliquez la loi d’Ohm, faites attention aux unités utilisées.N’oubliezpasdeconvertirleskilo…etlesmilli…avantdevousservirdevotre calculatrice.Appliquez la loi d’Ohm sous la forme volts = ohms xampères, ou bien, si cela ne vous effraye pas, volts = kilo-ohms xmilliampères(lesmilliannulantleskilos).

Si vous confondez les unités, vous risquez de recevoir un choc ! Parexemple,unelampede100Ωreçoituncourantde50mA.Sivousoubliezde convertir les milliampères en ampères, vous vous tromperez d’unfacteur100etvouscalculerezunetensionde5000V!Pourobtenirleboncalcul, il faut convertir 50mA, c’est-à-dire exprimer cette valeur sous laformede0,05A,puismultiplierpar100Ωpourobtenir5V.C’esttoutdemêmebienmieuxainsi!

Laloid’Ohmétanttrèsimportante(jemerépète,ondirait?),j’aiconçucetaide-mémoire:

tension=intensitéxrésistance U=IxR

volts=ampèresxohms V=AxΩ

volts=milliampèresxkilo-ohms V=mAxkΩ

SilenomdeGeorgOhmestdevenul’unitédemesuredesrésistancesetlenomdesa«loi»,c’estenraisondel’importancedesestravaux.L’ohmestlarésistanceentredeuxpointsd’unconducteurquandunetensiond’unvolt,appliquée entre ces deux points, produit un courant d’un ampère(heureusementqu’ils’appelaitOhmetnonpasWojciechowicz!).

Uneloi,troiséquationsVousreste-t-ilquelquessouvenirsdevoscoursd’algèbre?Vousrappelez-vouslafaçondontilestpossiblederéorganiserlestermesd’uneéquationàplusd’unevariable(enxeteny,parexemple)pourtrouverlavaleurd’unedesvariablesenfonctiondecellesdesautres?Celas’appliquetoutaussibien à la loi d’Ohm. Vous pouvez écrire cette équation sous deux autresformes,cequifaitautotaltroiséquationspourunemêmeloi!

U=RxI I=U/R R=U/I

Ces trois équations expriment la même chose, mais sous trois formesdifférentes.Vouspouvezlesutiliserpourcalculerl’unedestroisgrandeursquandvousconnaissezlesdeuxautres:

» Pourcalculerlatension,multipliezl’intensitéparla

résistance(U=RxI).Parexemple,siuncourantde2mA

parcourtunerésistancede2kΩ,latensionserade2mA

x2kΩ(ou0,002Ax2000Ω)=4V.

» Pourcalculerl’intensité,divisezlatensionparla

résistance(I=U/R).Parexemple,siunetensionde9Vest

appliquéeàunerésistancede1kΩ,l’intensitéserade9V/1000Ω=0,009A,soit9mA.

» Pourcalculerlarésistance,divisezlatensionpar

l’intensité(R=U/I).Parexemple,siunetensionde3,5Vest

appliquéeàunerésistancedevaleurinconnueavecun

courantd’intensitéde10mA,larésistanceserade3,5V/

0,01A=350Ω.

Utiliserlaloid’Ohmpouranalyserdescircuits

Unefoisquevousmaîtriserezbienlaloid’Ohm,vouspourrezfacilementlamettre en pratique, et bientôt les circuits électroniques n’auront plus desecretspourvous.Cetteloivouspermettradetrouverl’origined’unepannedansuncircuit(voussaurezpourquoiunelampenes’allumeplus,pourquoilasonnerienefonctionneplusoupourquoiunerésistancenerésisteplus),ou de concevoir des circuits et de choisir les bons composants pour lesassembler.Cesujetesttraitédanslasectionsuivante.Ici,nousallonsvoircommentappliquerlaloid’Ohmàl’analysedescircuits.

Calculerl’intensitéducourantquitraverseuncomposantDanslecircuitsimpledelaFigure6-1,unepilede9Vestappliquéeàunerésistance de 1 kΩ. L’intensité du courant qui traverse la résistance secalculecommesuit:

I=9V/1000Ω=0,009A=9mA

Enmontantune résistancede220Ωen série aveccellede1kΩ, commel’indiquelaFigure6-2,onlimitedavantageencorelecourant.

FIGURE6-2Pourcalculerl’intensitéducourantdanscecircuit,ilfautdéterminerla

résistanceéquivalentepuisappliquerlaloid’Ohm.

Pourcalculerl’intensitéducourantquitraversececircuit,ilfautdéterminerla résistance totale du circuit. Compte tenu du montage en série, lesrésistances s’additionnent, ce qui donne une résistance équivalentede1,22kΩ.L’intensitéducourantestdoncmaintenant:

I=9V/1220Ω≈0,0074A(ou7,4mA)

Avec l’ajout de la deuxième résistance, l’intensité du courant est doncpasséede9mAà7,4mA.

Le symbole ≈ signifie « est approximativement égal à ». Il est utilisé iciparce que l’intensité a été arrondie au dixième de milliampère le plusproche. En électronique, on peut généralement arrondir ainsi lesdécimales–saufsil’ontravaillesurdescircuitsquicontrôlentunsystèmeindustriel de haute précision, comme par exemple un accélérateur departicules.

Calculerlatensionauxbornesd’uncomposantDanslecircuitdelaFigure6-1, latensionauxbornesdelarésistanceestsimplement la tension fournie par la pile : 9 V. Il en est ainsi car larésistanceest leseulélémentducircuitendehorsde lasource.Quandonajoute une seconde résistance en série (comme sur la Figure 6-2), lasituation change : une partie de la tension chute à travers la résistancede220Ω(R1),etlerestechutesurlarésistancede1kΩ(R2).LestensionsrespectivesauxbornesdecesrésistancessontnotéesU1etU2.

Pour savoir quelle tension est délivrée sur chacune des résistances, onappliqueàchacunelaloid’Ohm.Onconnaîtlavaleurdechaquerésistanceeton connaît l’intensité du courant qui parcourt chaque résistance. Eneffet,cette intensité (I)estégaleauvoltagede lapile (9V)divisépar larésistance totale (R1 + R2, soit 1,22 kΩ), soit environ 7,4mA. On peutalorsappliquerlaloid’Ohmpourcalculerlatensionauxbornesdechaquerésistance:

U1=R1xI

=0,0074Ax220Ω=1628V≈1,6V

U2=R2xI

=0,0074Ax1000Ω=7,4V

Remarquezqu’enadditionnantlestensionsauxbornesdesdeuxrésistances,vousobtenez9volts,c’est-à-direlatensionfournieparlapile.Cen’estpasunecoïncidence:lapilefournitunetensionauxdeuxrésistancesducircuitet cette tension est répartie à proportion de leurs valeurs. On appelle cetypedecircuitundiviseurdetension.

Ilexisteunmoyenplusrapidedecalculerles«tensionsréparties»(U1etU2) de la Figure 6-2. Vous savez maintenant que l’intensité du couranttraversantlecircuitpeutêtreexpriméedelafaçonsuivante:

I=Upile/

R1+R2

Voussavezaussique:

U1=R1xI

et

U2=R2xI

PourcalculerU1,parexemple,vouspouvezremplacerIdansl’équationquiprécède,etvousobtenez:

U1=Upile/

R1+R2

xR1

Vouspouvezpermuterlestermesdel’équation:

U1=R1/

R1+R2

xUpile

EnremplaçantR1,R2etUpileparleursvaleurs,onobtient:U1=1628VetU2=7,4V,toutcommedanslecalculprécédent.

Lamême équation est communément utilisée pour calculer la tension auxbornesd’unerésistance(R1)dansuncircuitdiviseurdetension:

U1=R1/

R1+R2

xUpile

Denombreuxsystèmesélectroniquesutilisentdesdiviseursdetensionpourréduireune tensiond’alimentation, sachantqu’uneautrepartiedu systèmedoitêtrealimentéeparunetensionfaible.

LeChapitre5montre un exemple de diviseur de tension, dans lequel unetension d’alimentation de 9 V est réduite à 5 V grâce à une résistancede 15 kΩ et une résistance de 12 kΩ.Vous pouvez utiliser l’équation dudiviseurdetensionpourcalculerlatensiondesortie,Uout,dans lecircuitdiviseurdetensiondelaFigure6-3,commesuit:

LecircuitdelaFigure6-3diviseunetensiond’alimentationde9Vpourenfaireunetensionde5V.

CalculerunerésistanceSupposonsquevousutilisiezunepilede12Vpouralimenterunelampedepocheetquevousmesuriezuneintensitéde1,3A(lafaçondontonmesurel’intensitéducourantestexpliquéeauChapitre16).Vouspouvezcalculerlarésistancedel’ampouletoutsimplementendivisantlatensionàsesbornes(12V)parl’intensitéquilatraverse(1,3A):

Rampoule=12V/1,3A=9Ω

FIGURE6-3Cecircuitdiviseurdetensionréduitunetensiond’alimentationde9Và

unetensiondesortiede5volts.

DUBONUSAGEDELALOID’OHM

La loi d’Ohm est très utile pour analyser la tension et l’intensité du

courant pour des résistances et pour d’autres composants qui se

comportent comme des résistances, comme les ampoules

électriques.Ilfautcependantêtreprudentlorsquel’onappliquelaloi

d’Ohm à d’autres composants électroniques comme les

condensateurs(voirChapitre7)oulesinducteurs(voirChapitre8),qui

neprésententpasunerésistanceconstante en toutes circonstances.

Pour de tels composants, l’opposition au courant – appelée

impédance–peutvarierenfonctiondel’activitéducircuit.Onnepeut

doncpasmesurerla«résistance»d’uncondensateur,parexemple,à

l’aided’unmultimètre,puisappliquerlaloid’Ohmaussifacilement.

Laloid’Ohm,cen’estpasdelablague!

Laloid’Ohm,àlaquelleestsoumistoutcomposantélectroniquerésistif,estun des principes les plus importants en électronique. Dans cette section,vous allez pouvoir la mettre à l’épreuve et faire vos premiers pas dansl’analysedescircuits.

LaFigure6-4représenteuncircuitconstituédubranchementenséried’unepilede9V,d’unerésistancede1kΩ(R1)etd’unpotentiomètrede10kΩ(R2). Vous allez vérifier la loi d’Ohm pour différentes valeurs derésistance.

Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9V

» Unconnecteur

» Unerésistancede1kΩetde¼W(minimum)(bandes

marron-noir-rouge)

» Unpotentiomètrede10kΩ

» Uneplaqued’essaissanssoudure

FIGURE6-4Uncircuitsimpleensériepermetdevérifierlaloid’Ohm.

Consultez le Chapitre 2 pour des informations concernant l’achat de cescomposants,etleChapitre5pourplusdedétailssur lesrésistanceset les

potentiomètres.Pourpouvoirbrancherlepotentiomètresurlecircuit,vousdevrez relier ses bornes à l’aide de fils. À propos de la fixation de filsélectriques aux bornes des potentiomètres et de l’utilisation d’une plaqued’essais,voyez leChapitre15.Sachantquevousallezmesurer l’intensitéducourant,vouspourrezconsulteraussileChapitre16pourplusdedétailssurl’utilisationd’unmultimètre.

Pourassemblercecircuitetvérifierlaloid’Ohm,procédezcommesuit:

1. Reliezlabornedumilieudupotentiomètre(lecurseur)

àl’unedesesdeuxautresbornes(fixes).

Pourutiliserunpotentiomètrecommeunerésistance

variableàdeuxbornes,ilestd’usagederelierlecurseurà

l’unedesdeuxbornesfixes.Vousobtenezainsiune

résistanceR2quevouspouvezfairevarierde0(zéro)Ωà10kΩenmanœuvrantlepotentiomètre.Pourl’instant,

réunissezsimplementlesextrémitésdesfilsprovenantdes

bornesdececomposant.

2. Mettezlepotentiomètreàzéro.

Réglezvotremultimètresurlapositionohmmètre,et

mesurezlarésistanceentrelecurseuretlabornefixequine

luiestpasconnectée.Ensuite,modifiezleréglagedu

potentiomètredemanièreàlire0Ωsurlemultimètre.C’est

aveccettevaleurnullederésistancedupotentiomètreque

vousallezcommencer.

3. AssemblezlecircuitenvousaidantdelaFigure6-5.

L’orientationdelarésistancede1kΩn’apasd’importance,

etl’orientationdupotentiomètrenonplus(tantquelesdeux

mêmesbornessontreliéesl’uneàl’autre).Vouspouvez

séparerlesfilsreliésauxbornesdupotentiomètreetles

insérerdansdestrousvoisinssurlaplaqued’essais.

FIGURE6-5Danscecircuitsimple,lesconnexionsentrelescomposantssontassurées

parvotreplaqued’essaissanssoudure.

4. Mesurezl’intensitéducouranttraversantlecircuit.

Pourmesurerl’intensitéducourant,vousdevezouvrirle

circuitetbranchervotremultimètreensérieavecun

composanttraverséparcecourant.Quandlescomposants

sontmontésensérie,lecourantquitraversechacund’eux

estlemême,vouspouvezdoncmesurerl’intensitéoùvous

voulezdanslecircuit:vouspouvez,parexemple,insérerle

multimètreentrelarésistanceetlepotentiomètre.

Avantd’insérervotremultimètredanslecircuit,réglez-lesur

lamesuredel’intensitéducourantenmA(laplagede

valeursjusqu’à20mAconvient).Ensuite,mettezlabornede

larésistancequiestreliéeaupotentiomètreencontactavec

uneautrecolonnedevotreplaqued’essais(oulaissez

pendrelabornedébranchée).Ainsi,lecircuitestouvert.

Reliezlabornepositivedumultimètreàlabornenon

branchéedelarésistancede1kΩetlabornenégativedu

multimètreàlabornedébranchéedupotentiomètre.Notez

lavaleurdel’intensitéquevouslisezsurl’appareil.

Est-celerésultatauquelvousvousattendiezenappliquant

laloid’Ohmàvotrecircuit?N’oubliezpasquesile

potentiomètreestréglésur0Ω,larésistancetotaleducircuit(Rtotal)estd’environ1kΩ.

L’intensitédevraitêtreauxenvironsde9mA,sachantque

Upile/Rtotal=9V/1kΩ=9mA.Leséventuellesdifférences

sontduesauxvariationsdelatensiond’alimentation,àla

tolérancedelarésistanceetàlalégèrerésistancedu

multimètre.

5. Réglezàprésentlepotentiomètresur10kΩet

constatezlavariationdel’intensitéducourant.

Réglezlemultimètre,toujoursbranchédanslecircuit,sur

l’autreextrême,detellesortequesarésistancesoit

de10kΩ.Quelleintensitélisez-vous?Est-celavaleuràlaquellevousvousattendiez?

L’intensitédevraitêtrevoisinede0,82mA,sachantqueRtotalestmaintenantégaleà11kΩetUpile/Rtotal=9V/11kΩ

=0,82mA.

6. Réglezlepotentiomètresuruneposition

intermédiaireetmesurezl’intensitéducourant.

Réglezlemultimètre,toujoursbranchédanslecircuit,sur

unepositionintermédiaire.Peuimportelavaleurexacte.

Quelleintensitélisez-vous?Notez-la.

7. Mesurezlarésistancedupotentiomètre.

Retirezlepotentiomètreducircuitsansenmodifierle

réglage.Retirezlemultimètreducircuit,réglez-lesurla

mesurederésistanceenohms,etmesurezlarésistancedu

potentiomètreentrelecurseur(bornedumilieu)etlaborne

fixequin’estpasreliéeaucurseur.Silaloid’Ohmsevérifie

(etelledoitsevérifier),l’équationsuivantedoitsevérifier

aussi:

I=Upile/Rtotal

=9V/(1kΩ+Rpot)

oùIestl’intensitémesuréeàl’étape6etRpotlarésistance

mesuréeauxbornesdupotentiomètre.

Vous pouvez poursuivre l’expérimentation à volonté en faisant varier lepotentiomètre et en mesurant l’intensité du courant et la résistance dupotentiomètre,afindevérifierquelaloid’Ohms’appliquebien.

Àquoisertvraimentlaloid’Ohm?La loi d’Ohm est pratique aussi pour analyser toutes sortes de circuits,simplesoucompliqués.Ellevousserviraquandvousdevrezconcevoiroumodifierdescircuitsélectroniques,pourfaireensortequ’ilyaitlabonneintensité et la bonne tension au bon endroit dans votre circuit. Vousl’utiliserezsisouventqu’elledeviendrapourvousunesecondenature.

AnalyserdescircuitscompliquésLa loi d’Ohm est vraiment pratique pour analyser des circuits pluscompliqués que le circuit simple à une ampoule dont il a été questionprécédemment.Souvent,pourpouvoirappliquerlaloid’Ohmetpoursavoirexactement où passe le courant et quelle tension chute à chaque étape ducircuit,lanotionderésistanceéquivalenteestégalementnécessaire.

ObservezlecircuitdelaFigure6-6,quiassocieunmontageensérieàunmontage en parallèle. Supposons que vous ayez besoin de savoir

précisémentquelleestl’intensitéducourantquiletraverseetquellessontleschutesdetension.

FIGURE6-6Lescircuitscompliquéspeuventêtreanalysésenappliquantlaloid’Ohm

etencalculantdesrésistanceséquivalentes.

Vous allez pouvoir calculer l’intensité du courant qui traverse chaquerésistance,étapeparétape,enprocédantcommesuit:

1. Calculdelarésistanceéquivalenteducircuit.

Vouspouveztrouvercettevaleurenutilisantlesrèglesqui

s’appliquentpourlesrésistancesbranchéesenparallèleet

ensérie:

2. Calculdel’intensitétotaleducourantfourniparla

pile.

Ici,onappliquelaloid’Ohmàpartirduvoltagedelapileet

delarésistanceéquivalente:

Itotal=9V/908Ω

=0,0099A=9,9mA

3. Calculdelachutedetensionàtraverslesrésistances

parallèles.

Deuxméthodespeuventêtreutilisées,quidonnerontle

mêmerésultat(àunelégèredifférenceprès,dueàune

erreurd’arrondi):

Applicationdelaloid’Ohmauxrésistancesparallèles.On

calculelarésistanceéquivalenteauxdeuxrésistances

montéesenparallèle,puisonmultiplielerésultatobtenu

parl’intensitéducourantfourni.Larésistanceéquivalente

estde688Ω,commeonl’avuàl’étape1ci-dessus.La

tensionestdonc:

U1=0,0099Ax688Ω

=6,81V

Applicationdelaloid’OhmàR1(larésistancede220Ω),puissoustractiondesatensionàlatensionauxbornesdela

source.Latensionauxbornesdelarésistancede220Ωest:

U2=0,0099Ax220Ω

=2,18V

Latensionauxbornesdumontageenparallèleest

U2=Usource–U1

=9V–2,18V=6,82V

4. Enfin,calculdel’intensitéducourantàtraverschaque

résistanceenparallèle

Onappliquelaloid’Ohmàchaquerésistance,enutilisantla

tensioncalculéeprécédemment(U2):

I1=6,82V/1000W=0,00682A(soit6,8mA)

I2=6,82V/2200W=0,0031A(soit3,1mA)

Remarquezquel’additiondesdeuxintensitésI1etI2donne

l’intensitéducourantfourniparlasource,Itotal:6,8mA

+3,1mA=9,9mA.C’estunebonnechose(etunbonmoyen

devérifierquevousavezeffectuécorrectementvoscalculs).

ConcevoiretmodifierdescircuitsVouspouvezvousservirdelaloid’Ohmpourdéterminerlescomposantsàinclure dans la conception d’un circuit. Vous pouvez, par exemple,envisager un circuit en série constitué d’un générateur de 9 V, d’unerésistanceetd’uneLED,commesurlaFigure6-7.

FIGURE6-7Vouspouvezutiliserlaloid’Ohmpourdéterminerlarésistanceminimale

dontvousavezbesoinpourprotégeruneLED.

Comme on le verra au Chapitre 9, la tension aux bornes d’une diodeélectroluminescente reste constante pour une certaine plage de valeurs del’intensitéducourant,mais si lecourantdevient trop fort, ladiodegrille.Supposonsquevousutilisiezunediodede2Vpouvantsupporteruncourantmaximumde20mA.Quelle résistancedevez-vousbrancherensérieaveccettediodepourquelecourantnedépassejamais20mA?

Pourrépondreàcettequestion,vousdevezd’abordcalculerlatensionauxbornesde la résistancequand ladiodefonctionne.Voussavezdéjàque latensionfournieparlasourceestde9Vetqueladiodeprend2V.Leseulautreélémentducircuitestlarésistance,quidoitdoncabsorberlatensionrestante, soit 7 V. Pour limiter le courant à 20 mA, il vous faut unerésistanced’aumoins7V/0,020A,soit350Ω.Sachantqu’onnetrouvepas sur le marché des résistances de 350 Ω, supposons que voussélectionniezunerésistancede390Ω.L’intensitéseraalorsde7V/390Ω,soit0,0179A(soitenviron18mA).LaLEDbrillerapeut-êtreuntoutpetitpeumoins,maiscen’estpasunproblème.

La loi d’Ohm est utile également lorsqu’il s’agit de modifier un circuitexistant.Supposonsquevotreconjointessaiedes’endormiralorsquevousavezenviedelire.Vousallezdoncsortirvotrelampedepoche.L’ampouledecettelampeaunerésistancede9Ωetestalimentéeparunepilede6V,donc vous savez que l’intensité du courant qui parcourt le circuit de lalampe est de 6V / 9Ω = 0,67A.Votre conjoint trouve que cette lampeéclaire trop fort, par conséquent, pour atténuer sa clarté (et pour sauver

votrecouple),vousallezfaireensortederéduireunpeu lecourant.Vouspensez que si vous ramenez l’intensité du courant à 0,45 A, cela feral’affaire,etvoussavezquevouspourrezobtenirce résultaten intercalantunerésistanceensérieentrelapileetl’ampoule.

Maisquellerésistancevousfaut-il?Pourlesavoir,vousallezappliquerlaloid’Ohm:

1. Partantdel’intensitédésirée,vouscalculezlatension

àobtenirauxbornesdel’ampoule:

Uampoule=0,45Ax9Ω=4,1V

2. Calculezlapartdelatensionàlasourcequevous

voulezappliquerauxbornesdelanouvellerésistance.

Àlatensionauxbornesdelasource,voussoustrayezla

tensionauxbornesdel’ampoule:

Urésistance=6V–4,1V=1,9V

3. Calculezlavaleurdelarésistancenécessairepour

obtenirlatensioncomptetenudel’intensitédésirée:

R=1,9V/0,45A=4,2Ω

4. Choisissez,pourlarésistance,unevaleurquisoit

prochedelavaleurcalculée,envousassurantqu’elle

pourrasupporterladissipationdepuissance.

Commeonleverradanslaprochainesection,pourcalculer

lapuissancedissipéeauniveaud’uncomposant

électronique,onmultiplelatensionauxbornesdece

composantparl’intensitéducourantquiletraverse.La

puissancequevotrerésistancede4,2Ωdoitpouvoirsupporterestdonc

Présistance=1,9Vx0,45A=0,9W

Résultat:sachantquevousnetrouverezpassurlemarché

unerésistancede4,2Ω,vouspouvezutiliserunerésistancede4,7Ωetde1W.Votreconjointpourradormir:espérons

qu’ilnevousgênerapastropdansvotrelectureparses

ronflements!

LepouvoirdelaloideJouleJamesPrescottJoulefaitaussipartiedessavantsquiontbeaucoupcomptédans l’histoire de l’électricité au début du XIXe siècle. On lui doitl’équation qui donne la puissance (voir précédemment dans ce chapitre),appeléelaloideJoule:

P=UxI

Cetteloiditquelapuissance(enwatts)estégaleàlatension(envolts)auxbornes de l’élément concerné multipliée par l’intensité (en ampères) ducourant qui le traverse. Ce qui est vraiment plaisant avec cette équation,c’est qu’elle s’applique à n’importe quel composant électronique(résistance, ampoule, condensateur, etc.). Elle indique la consommationd’énergie électrique de ce composant : c’est ce que l’on appelle sapuissance.

UtiliserlaloideJoulepourchoisirdescomposantsNousavonsdéjàvucommentchoisir,grâceàlaloideJoule,unerésistanceassezfortepouréviterdefairegrilleruncomposantdansuncircuit,maisilfaut savoir que cette loi est pratique aussi pour choisir d’autres types decomposants.

Leslampes,lesdiodes(voirChapitre9)etautrescomposantsontaussiunepuissance maximum indiquée. Si vous les faites fonctionner à despuissances plus élevées que la puissance indiquée, vous aurez ladésagréable surprise de les voir claquer. Quand vous choisissez uncomposant,prenezencompte lapuissancemaximumpossible qu’il devragérer. Pour ce faire, déterminez l’intensité maximum du courant qui letraversera ainsi que la tension, puis calculez le produit de ces deux

nombres. Choisissez un composant dont la puissance indiquée serasupérieureàcetteestimationdelapuissancemaximum.

JouleetOhm:lapaireidéaleSoyezcréatif,combinezlaloideJouleetlaloid’Ohmpourécrired’autreséquations qui vous permettront de calculer la puissance des composantsrésistifsetdescircuits.Ainsi,parexemple,enremplaçantUparRxIdansl’équationdelaloideJoule,onobtient:

P=(RxI)xI=RI2

Onpeutainsicalculerlapuissancesil’onconnaîtl’intensitéetlarésistancesans connaître la tension. Demême, on peut remplacer I parU / R dansl’équationdelaloideJoule:

P=UxU/R=U2/R

Grâceàcetteformule,vouspouvezcalculerlapuissancesivousconnaissezlatensionetlarésistancesansconnaîtrel’intensité.

LaloideJouleetlaloid’Ohmsontsisouventutiliséesensemblequ’onfaitparfoisl’erreurdelesattribuertouteslesdeuxàOhm!

S

Chapitre7Lescondensateursaupasdecharge

DANSCECHAPITRE:

» Lestockagedel’énergieélectriquedanslescondensateurs

» Lachargeetladéchargedescondensateurs

» Courantcontinu,oui…courantalternatif,non!

» Constituerunduodechoc:condensateuretrésistance

» Utiliserlescondensateurspourbloquer,filtrer,lisserouretarderdessignauxélectriques

ilesrésistancessontlescomposantslesplusconnus,lescondensateursviennenttoutdesuiteaprès.Capablesdestockerl’énergieélectrique,lescondensateurs jouent un rôle important dans toutes sortes de circuits

électroniques:sanseux,votreexistenceseraitbienmoinspalpitante.

Les condensateurspermettent de changer la formedes signaux électriquestransmisparlecourant,unetâchequelesrésistancesseulesnepeuventpasaccomplir. Leur fonctionnement n’est pas aussi simple que celui desrésistances,maisilsn’ensontpasmoinsdesélémentsessentielsd’ungrandnombre de systèmes électroniques et industriels dont nous profitonsaujourd’hui, comme les récepteurs radio, les systèmes de mémoireinformatiqueoulessystèmesdedéploiementdesairbagsdanslesvoitures.C’est pourquoi il est vraiment utile de consacrer du temps à comprendrecommentilsfonctionnent.

Ce chapitre explique de quoi sont faits les condensateurs, comment ilsstockentl’énergieélectriqueetcommentlescircuitsutilisentcetteénergie.Iltraitedelachargedescondensateursetdeleurdéchargedifférée,etdela

manièredontilsréagissentàdessignauxdefréquencesdifférentes.Jevousmontreensuitecommentappliquer la loid’Ohmpouranalyserdescircuitscomportant des condensateurs, et comment les condensateurs sontétroitementassociésauxrésistancespourdesfonctionsbienutiles.Enfin,jevous donne un… condensé des différentes utilisations des condensateursdanslescircuitsélectroniques,et jevousapportelapreuvedéfinitivequecesconnaissancesneserontpaspourvousunechargeinutile.

Lescondensateurs,desréservoirsd’énergieélectrique

Pourboirede l’eau,vousavezgénéralementdeuxpossibilités :ouvrirunrobinet pour recueillir l’eau provenant d’une source et circulant dans descanalisations,oubienboireuneeaustockéeenbouteilles.Demême,dansun circuit, l’énergie électrique peut être obtenue soit directement à partird’unesource(unepileouungénérateur),soitàpartird’undispositifquilastocke:uncondensateur.

De même qu’une bouteille d’eau est remplie à partir d’une canalisationreliéeàunesource,uncondensateur sechargeenétant reliéàunesourced’énergieélectrique.Demêmequel’eaurestedanslabouteillejusqu’àcequ’un consommateur assoiffé la boive, l’énergie électrique reste stockéedans le condensateur jusqu’à ce qu’elle soit sollicitée par un autrecomposantducircuit.

Uncondensateurestuncomposantélectroniquepassifquistockel’énergieélectriqueprovenantd’unesourcedetension(voirFigure7-1).Sil’onisolele condensateur (pour qu’il ne soit plus relié à la source ni à un circuitcomplet),ilconservel’énergieélectriquestockée.Sionlerelieàd’autrescomposantsenfermantlecircuit,ilsedéchargeraenpartieouentotalitédecette énergie accumulée.Un condensateur est constitué de deux armaturesconductricesséparéesparunisolantappelédiélectrique.

FIGURE7-1Lescondensateurspeuventavoirdesformesetdestaillesvariées.

CONDENSATEURSETPILES,QUELLEDIFFÉRENCE?

Lescondensateursstockentl’énergieélectrique,maispasdelamême

manièrequelespiles.Unepileproduitdesparticuleschargéesàpartir

de réactions chimiques, ce qui crée une tension entre deux bornes

métalliques.Uncondensateurneproduitpasdeparticuleschargées,

mais accumule sur ses armatures des particules chargées qui

existaientdéjà,cequicréeunetensionentrecesarmatures.L’énergie

électrique d’une pile est le résultat d’un processus de conversion

d’énergie à partir de substances chimiques stockées à l’intérieur de

cettepile, tandisque l’énergieélectriqued’uncondensateurprovient

d’unesourcequiluiestextérieure.

Chargeretdéchargerdes

condensateursSil’onalimenteencourantcontinuuncircuitconstituéd’uncondensateuretd’uneampoulebranchésensérie(voirFigure7-2), lecourantnepeutpascirculerdefaçoncontinuecariln’existepasdecheminconducteurcompletà travers les armatures du condensateur. Il est cependant intéressant deremarquer que les électrons se déplacent bel et bien à travers ce petitcircuit–dumoins,temporairement.

N’oublions pas qu’il existe au niveau de la borne négative d’une pile unsurplus d’électrons. Par conséquent, dans le circuit de la Figure 7-2, lesélectronsensurpluscommencentàsedéplacerdelapileversunearmaturedu condensateur.Arrivés là, ils nepeuvent pas aller plus loin, faute d’unchemin conducteur à travers le condensateur. On obtient donc un excèsd’électronssurcettearmature.

FIGURE7-2Quanduncondensateurestbranchésurungénérateur,ilsecharge.Uncondensateurchargéstockedel’énergieélectrique,commeunepile.

En même temps, la borne positive de la pile attire les électrons depuisl’autre armature du condensateur. L’ampoule, traversée par ces électrons,s’illumine (mais seulement pendant un court moment : voir paragraphesuivant). Il se crée ainsi une charge nette positive sur cette armature (enraisond’unmanqued’électrons).Unechargenettenégativesurunearmatureet une charge nette positive sur l’autre armature produisent ensemble une

différence de potentiel entre les deux armatures. Cette différence depotentielreprésentel’énergieélectriquestockéedanslecondensateur.

Lapilecontinuededéplacerlesélectronsversunedesdeuxarmatures(etde les détacher de l’autre) jusqu’à ce que la tension entre les deuxarmaturesducondensateursoitégaleàlatensionauxbornesdelapile.Unefoisatteintcepointd’équilibre,iln’yaaucunedifférencedetensionentrela pile et le condensateur, si bien qu’il n’y a plus de déplacementd’électrons de la pile vers le condensateur. Le condensateur cesse de secharger,lesélectronscessentdeparcourirlecircuitetl’ampoules’éteint.

Lorsque la chutede tension entre les armatures est égale à la tension auxbornes de la pile, on dit que le condensateur est entièrement chargé (enréalité, ce sont les armatures du condensateur qui sont chargées : lecondensateur lui-même n’a pas de charge nette). Même si la pile restebranchée, le condensateur ne continuera pas à se charger, puisqu’il n’y aplus de différentiel de tension entre la pile et le condensateur. Si l’ondébranchelapileducircuit,lecourantnecirculeraplusetlesarmaturesducondensateur conserveront leur charge. Le condensateur apparaît donccommeunesourcedetension,puisqu’ilretientlachargeetstockel’énergieélectrique.

Pluslatensiondelasource,appliquéeaucondensateur,seraélevée,pluslachargeaccumuléesurchaquearmaturesera importanteetplusgrandeseralachutedetensionauxbornesducondensateur,dumoinsjusqu’àuncertainpoint. Les condensateurs ont des limitations physiques : ils ne peuventsupporterqu’unecertainetension,au-delàdelaquellelediélectriquesituéentre les deux armatures, saturé d’énergie électrique, commence à libérerdesélectrons.Uncourantsecréealorsentrelesdeuxarmatures.

Si vous remplacez la pile par un simple fil conducteur, le surplusd’électrons d’une armature circulera vers l’autre armature (celle quiprésente un défaut d’électrons). Les armatures du condensateur sedéchargerontsurl’ampoule,quis’éclaireraànouveaupendantunmoment–mêmeenl’absencedepile–jusqu’àlaneutralisationdeschargessurlesdeuxarmatures.L’énergieélectriquestockéeparlecondensateurseradoncconsomméeparl’ampoule.Unefoislecondensateurdéchargé(enréalité,cesontlesarmaturesquisedéchargent),iln’yauraplusdecourant.

Uncondensateurpeutconserverdel’énergieélectriquependantdesheures.Avantdemanipuleruncondensateur,ilestdoncprudentdes’assurerqu’ilest déchargé, faute de quoi il risque de se décharger sur vous. Pourdéchargeruncondensateur,branchezavecprécautionuneampoule sur ses

bornes en utilisant une paire de pinces isolées (voir Chapitre 2). Sil’ampoule s’allume, cela signifie que le condensateur était chargé.L’ampouledoit alors s’éteindreprogressivement enquelques secondes, letemps que le condensateur se décharge. À défaut de disposer d’uneampoule, branchez une résistance de 1 MΩ et de 1 W aux bornes ducondensateur, et attendez aumoins trente secondes (pour plus de détails,voyezleChapitre16).

VoiruncondensateursechargerLe circuit de la Figure 7-3 vous permet de voir par vous-même uncondensateursechargeretsedécharger.Lecondensateurestsymboliséparunsegmentdroitetunsegmentcourbedisposésfaceàface.

FIGURE7-3Cecircuitvouspermetdevoiruncondensateursechargeretse

décharger.

Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9Vavecunconnecteur

» Uncondensateurélectrolytiquede470µF

» Unerésistancede2,2kΩetde¼W(rouge-rouge-rouge)

» Deuxdiodesélectroluminescentes(LED),peuimportentla

tailleetlacouleur

» Uninverseursimple(SPDT)enguisedecommutateur

» Deuxoutroiscavaliers

» Uneplaqued’essaissanssoudure

LeChapitre 2 vous indique où trouver les composants nécessaires. Danscette section, jevousexpliquecomment fabriquercecircuit,mais sivousvoulezensavoirdavantageavantdecommencer,consultezleChapitre9àproposdesLED,etleChapitre15pourplusdedétailssurlaconstructiondecircuitssurlesplaquesd’essaissanssoudure.

EnvousaidantdelaFigure7-4,procédezcommesuit:

1. Insérezlecommutateurverticalementsurtrois

rangéesquelconquesd’unecolonnedevotreplaque

d’essais,danslazonesituéeàgauchedumilieu.

Danslapositionducommutateurappeléechargesurla

Figure7-3,lapilede9Vserareliéeaucircuit,sibienquele

condensateursechargera.Dansl’autreposition(appelée

déchargesurlaFigure7-3),lapileseradéconnectéeet

remplacéeparunfilconducteur,sibienquele

condensateursedéchargera.

2. Insérezunpetitcavalierentreleraild’alimentation

positiveetlaborneinférieureducommutateur.

3. Insérezuncavalierentrelabornesupérieuredu

commutateuretleraild’alimentationnégative.

Pourmapart,j’aiutilisédeuxpetitscavaliersetles

connexionsinternesdelaplaquepourrelierle

commutateurauraild’alimentationnégative(voirFigure7-

4),maisvouspouvezutiliserunseulmorceaudefil

électriquepluslongpourlesrelierdirectement.

4. Positionnezlecurseurducommutateurducôtédela

bornesupérieure.

LaFigure7-4représentecettepositiondedécharge.

5. Insérezlarésistancede2,2kΩsurlaplaque.

Insérezunebornequelconquedelarésistancedansuntrou

delamêmerangéequelabornecentraleducommutateur.

Insérezl’autrebornedelarésistancedansuntroud’une

rangéelibre(pourplusdeclarté,réalisezcebranchement

danslamêmecolonnequelebranchementdelapremière

bornedelarésistance).

FIGURE7-4Montageducircuitdechargeetdedéchargeducondensateur.

6. Insérezlecondensateurélectrolytiquede470µFsurla

plaque.

Lecondensateurde470µFestpolarisé,cequisignifiequele

sensdanslequelilserabranchéestimportant.Surle

condensateur,unsignemoins(–)ouuneflèchedoit

indiquerlabornenégative.Sicen’estpaslecas,examinezla

longueurdesbornes:labornelapluscourteestlaborne

négative.

Branchezlabornepositiveducondensateuràlabornedela

résistancequin’estpasreliéeaucommutateurenl’insérant

dansuntroudelamêmerangée.Branchezlaborne

négativeducondensateurdansuntroudelazonesituéeà

droitedumilieudelaplaque.Vérifiezbienl’orientationdu

condensateur,carenlebranchantdanslemauvaissens,

vousrisqueriezdel’endommager,oumême,delefaire

exploser.

7. Surlaplaque,branchezlesLEDenparallèle,maisen

sensopposé.

LesLEDétantpolarisées,lesensdanslequelellessont

branchéesestimportant.Lecourantcirculedelaborne

positiveverslabornenégative,maispasdansl’autresens

(voirChapitre9).Labornenégatived’uneLEDestplus

courtequesabornepositive.

InsérezlabornepositivedeLED1danslamêmerangéeque

labornenégativeducondensateur.Reliezlabornenégative

deLED1auraild’alimentationnégative.Insérezlaborne

négativedeLED2danslamêmerangéequelaborne

négativeducondensateuretbranchezlabornepositivede

LED2surleraild’alimentationnégative.

8. Branchezlapilede9V.

Reliezlabornenégativedelapileauraild’alimentation

négative.Reliezlabornepositivedelapileaurail

d’alimentationpositive.

Une fois le circuit assemblé, vous n’avez plus qu’à regarder comment lecondensateursechargeetsedécharge.

Tout en surveillant les LED, mettez le curseur du commutateur dans laposition de charge (du côté de la borne inférieure). LED1 s’est-elleallumée?Est-ellerestéeallumée?Elledoits’allumerimmédiatement,puisdevenir de moins en moins lumineuse jusqu’à s’éteindre, en l’espacede5secondesenviron.

Ensuite, remettez le curseur du commutateur dans la position de décharge(vers la borne supérieure). LED2 s’est-elle allumée, et s’est-elleprogressivementéteinteenl’espaced’environ5secondes?

Quand lecommutateurestdans lapositiondecharge, lapileest reliéeaucircuit, le courant circule et le condensateur accumule la charge.LED1 s’allume temporairement sous l’effet du courant, pendant le tempsqu’ilfautaucondensateurpoursecharger.Unefoisquelecondensateurafinidesecharger,lecourantcessedecirculeretLED1s’éteint.Ilconvientde noter queLED2 est orientée « à l’envers » afin que le courant ne latraversepaspendantquelecondensateursecharge.

Quand le commutateur est dans la position de décharge, la pile estremplacéeparunfil(ouplutôt,pardeuxcavaliersetuneconnexioninterneà la plaque, ce qui équivaut à une connexion par un fil unique). Lecondensateursedécharge,lecouranttraverselarésistanceetLED2,etcettedernière s’allume pendant le temps qu’il faut au condensateur pour secharger. Une fois que le condensateur a fini de se décharger, le courantcessedecirculeretLED2s’éteint.

Vous pouvez faire basculer le commutateur dans un sens et dans l’autreautant de fois que vous voudrez pour voir les lampes s’allumer puiss’éteindre progressivement àmesure que le condensateur se charge et sedécharge.

La résistance protège les LED en limitant l’intensité du courant qui lestraverse(voirChapitre5).Elle ralentitaussi leprocessusdechargeetdedéchargeducondensateur, cequivouspermetdevoir lesLEDs’allumer.En choisissant soigneusement les valeurs de la résistance et du

condensateur, vous pouvez contrôler le temps de charge et de décharge,commevousleverrezplusloindanscechapitre.

OppositionauxvariationsdetensionParce qu’il faut un certain temps pour que la charge s’accumule sur lesarmaturesducondensateuretensuite,pourquecettechargedisparaisseunefoislecondensateurdébranché,onditquelescondensateurss’opposentauxvariations de tension. Cela signifie simplement que si l’on changebrusquementlatensionappliquéeauxbornesd’uncondensateur,ilneréagitpasde façon instantanée : sa tensionchangeplus lentementque la tensionquiluiestappliquée.

Supposonsquevoussoyezauvolantdevotrevoiture,arrêtéeàunfeurouge.Aumomentoùlefeudevientvert,vousdémarrezetprenezpeuàpeudelavitesse. Il vous faut un certain temps pour atteindre la vitesse limiteautorisée, tout comme il faut un certain temps pour que le condensateuratteigne un certain niveau de tension. La situation est très différente avecunerésistance,dontlatensionchangedefaçonpratiquementinstantanée.

Le fait qu’il faille un certain temps à un condensateur pour atteindre latensiondelasourceestplutôtunebonnechose:danslescircuits,onutilisesouventdescondensateurs,précisémentpourcetteraison.C’estcequifaitqu’ilspeuventchangerlaformedessignauxélectriques.

Lecourantalternatif,unealternativeSi lecourantcontinunepeutpas traverseruncondensateur(sicen’estdefaçon très brève, comme on l’a vu dans la section qui précède), lediélectrique constituant un obstacle au flux des électrons, le courantalternatif,enrevanche,peutletraverser.

Supposons que l’on relie une source de tension alternative à uncondensateur. Une tension alternative varie constamment, d’une valeurmaximale positive à une valeurmaximale négative en passant par 0 volt.Imaginons que vous soyez un atome d’une des deux armatures ducondensateuretquevouscontempliezlabornedelasourcelaplusproche

de vous.Vous sentirez tantôt une force qui éloigne de vous les électrons,tantôtuneforcequilespousseversvous.Cetteforcevarieconstammentenintensité. Les atomes de cette armature cèdent et reçoivent des électrons,selonlesoscillationsdelasourcedetension.

En réalité, lorsque la source passe de 0 volt à sa tension de crête, lecondensateursecharge,delamêmemanièrequelorsqu’onluiappliqueunetension continue. Quand la tension de la source est à son maximum, lecondensateur n’est pas nécessairement chargé complètement (cela dépendd’un certain nombre de facteurs, entre autres la taille des armatures). Latension de la source décroît alors jusqu’à 0 volt. À un instant donné, latension de la source devient inférieure à celle du condensateur. Lecondensateur commence alors à se décharger. La polarité de la sources’inverse et le condensateur continue de se décharger. Pendant que latensiondelasourcedescendpouratteindresavaleurdecrêtenégative,lescharges commencent à s’accumuler de façon inversée : l’armature quiportaitplusdechargesnégativesporteàprésentplusdechargespositives,etcellequiportaitplusdechargespositivesporteàprésentplusdechargesnégatives. Lorsque la tension de la source commence à remonter, lecondensateursedéchargeànouveau,maisdanslesensopposéàceluideladéchargeprécédente,etlemêmecycleserépète.Cecycleininterrompudechargeetdedéchargeseproduitdesmilliers,voiredesmillionsdefoisparseconde,lecondensateurtâchantpourainsidirede«tenirlerythme».

La source alternative changeant de sens constamment, le condensateur estsoumis à un cycle ininterrompu de charge et de décharge. Les chargesélectriques font donc des va-et-vient dans le circuit, et même sipratiquement aucun courant ne traverse le diélectrique (excepté un petitcourantdefuite),onobtient lemêmeeffetquesiuncourantparcourait lecondensateur.C’est la raisonpour laquelle les condensateurs sont réputésavoircettepropriétéremarquabledelaisserpasserlecourantalternatiftoutenbloquantlecourantcontinu.

Si vous ajoutez une lampe à votre circuit constitué d’un condensateur etd’une source de tension alternative, l’ampoule s’allumera et resteraallumée tant que la source est branchée. Le courant traverse l’ampoule,laquelleest indifférenteausensdececourant(iln’enseraitpasdemêmeavec une diode, bien au contraire). Bien qu’aucun courant ne traverseréellement le condensateur, le cycle de charge et de décharge de celui-ciproduitl’effetd’uncouranteffectuantunva-et-vientàtraverslecircuit.

Àquoiserventlescondensateurs?Les condensateurs trouvent leur utilité dans la plupart des circuitsélectroniques que vous côtoyez tous les jours. Leurs propriétésessentielles–lefaitqu’ilsstockentl’énergieélectrique,qu’ilsbloquentlecourantcontinuetque leuroppositionaucourantsoitvariableenfonctiondelafréquence–sontcommunémentexploitées,dedifférentesmanières:

» Stockerdel’énergieélectrique:Nombreuxsontles

systèmesdanslesquelslescondensateursserventà

stockerl’énergiedefaçontemporaire,envued’une

consommationdifférée.Lesonduleursetlesréveils

contiennentdescondensateursquileurpermettentde

continueràfonctionnerencasdecoupuredecourant.

L’énergiestockéedanslecondensateurestlibéréeau

momentoùlecircuitdechargeestdébranché(cequiestle

caslorsqu’unecoupuresurvient!).Dansunappareilphoto,

uncondensateurstocketemporairementl’énergie

nécessairepourproduireunflash,etdiversappareils

électroniquesutilisentdescondensateurspourproduirede

l’énergieaumomentoùl’onchangelespiles.Lessystèmes

audiodesvoituressontéquipésdecondensateurspour

fournirdel’énergieélectriqueàl’amplificateurlorsqu’illui

enfautdavantagequecequelesystèmeélectriquedu

véhiculepeutluifournir.Enl’absencedecondensateurs,

chaquefoisquevousentendriezunenotebiensonoreàla

basse,l’éclairagefaiblirait!

» Bloquerlecourantcontinu:Branchéensérieavecla

sourced’unsignal(parexempleunmicrophone),un

condensateurbloquelecourantcontinumaislaissepasser

lecourantalternatif.C’estcequel’onappellelecouplage

capacitifoucouplagealternatif.Quanduncondensateurest

consacréàcetyped’utilisation,onparledecondensateurde

couplage.Lessystèmesaudioàplusieursstratesutilisent

souventcettefonctionnalité,pourqueseulelacomposante

alternativedusignal–cellequicontientl’information

sonorecodée–passed’unestrateàuneautre.Tout

courantcontinuservantàalimenterdescomposantsau

stadeprécédentduprocessusestainsiéliminéavantquele

signalnesoitamplifié.

» Lisserlatension:Lessourcesquiconvertissentle

courantalternatifencourantcontinutirentsouventparti

dufaitquelescondensateursneréagissentpas

rapidementàunevariationsoudainedetension.Cesont

desdispositifscomprenantdegrandscondensateurs

électrolytiquesdontlerôleestdelisserdiverses

alimentationsencourantcontinu.Cescondensateursde

lissageassurentunniveaurelativementconstantdetension

desortieensedéchargeantauprofitdurécepteurquand

l’alimentationencourantcontinudiminueau-dessousd’un

certainniveau.C’estunexempleclassiqued’utilisationd’un

condensateurpourstockerdel’énergieélectriquejusqu’au

momentoùcetteénergieestnécessaire:lorsquelasource

decourantcontinunepeutmaintenirpluslongtempsla

mêmetension,lecondensateurlibèreunepartiede

l’énergieaccumuléepourcompensercetteinsuffisance.

» Créerdessignaux:Parcequ’illeurfautdutempspourse

chargeretpoursedécharger,lescondensateurssont

souventutiliséslorsqu’ils’agitd’obtenirunsignalparticulier

silatensiondépasseoudescendau-dessousd’uncertain

niveau.Lelapsdetempsprécédantcesignalpeutêtre

contrôléenchoisissantlescomposantslesplusappropriés

(pourplusdedétailsvoirplusloindanscechapitre).

» Réglerdesfréquences:Lescondensateurssontsouvent

utiliséspourlasélectiondecertainssignauxélectriquesen

fonctiondeleurfréquence.

Ainsi,parexemple,dansunrécepteurderadio,cesont

entreautresdescondensateursquipermettentdene

laisserpasserquelesignald’unestationverslesystème

d’amplification,enbloquantlessignauxdetoutesles

autres.Chaquechaîneestdiffuséesurunefréquencequi

luiestpropre,etlescircuitsdevotrepostederadiosont

conçuspourcaptercesfréquences.Lecomportementdes

condensateursestfonctiondesfréquencesdessignaux,

c’estpourquoiilsjouentunrôleessentieldanscescircuits.

Leurfonctionrevientfinalementàassurerunfiltrage

électronique.

Lescaractéristiquesdescondensateurs

Il existe ungrandnombrede façonsde fabriquerun condensateur.Diversmatériauxpeuventêtreutiliséspourlesarmaturesetpourlediélectrique,etles armatures peuvent être de différentes tailles. Tout dépend descaractéristiquesetducomportementquel’onsouhaite.

Quellechargeuncondensateurpeut-ilstocker?Lacapacitéd’uncondensateurestsafacultédestockerunecharge.

La capacité d’un condensateur dépend de trois facteurs : la surface desarmaturesmétalliques, l’épaisseur du diélectrique qui se trouve entre lesdeuxarmatures,et le typedediélectriqueutilisé (pourplusdedétails surlesdiélectriques,voirplusloindanscettesection).

Vousn’aurezpasbesoindesavoircalculerlacapacitéd’uncondensateur(ilexistebienune formule, rebutante à souhait), car tout condensateurqui serespectes’accompagned’indicationssursacapacité,lesquellesindicationsvouspermettentdesavoirquellechargesesarmaturespeuventsupporter.

La capacité d’un condensateur se mesure en farads. Un farad (F) est lacapacité nécessaire pour faire circuler un courant d’un ampère quand latensionchanged’unvoltpar seconde.Nevoussouciezpasdesdétailsdecettedéfinition,ilvoussuffitdesavoirqu’unfaradreprésenteunecapacitétrès, très, très grande. La capacité des condensateurs que vous aurezl’occasiond’utilisersivousassemblezdescircuitsseraplutôtmesurableenmicrofarads(μF)ouenpicofarads(pF).Unmicrofaradvautunmillionièmede farad, soit 0,000001 farad, et un picofarad vaut un millionième demillionièmedefarad,soit0,000000000001farad:

» 10μF=10millionièmesdefarad

» 1μF=1millionièmedefarad

» 100pF=100millionièmesdemillionièmedefarad,soit

100millionièmesdemicrofarad!

Ilexistedescondensateursdecapacitéplusimportante(1Fetdavantage),qui servent à stocker l’énergie,mais les condensateurs de petite capacitésontutilisésdansdesapplicationsvariées,commelemontreleTableau7-1.

Compte tenu de certaines petites variations lors de sa fabrication, lacapacité réelle d’un condensateur peut être différente de sa capaciténominale.Heureusement,cette inexactitudeest rarementunproblèmepourles circuits que vous pouvez assembler vous-même. Il faut cependant quevousenayezconsciencelorsquevousvousprocurezdescomposants.Ilsepeutqu’uncondensateurdehauteprécisionsoitnécessairedansuncircuit.Les condensateurs, comme les résistances, peuvent avoir des tolérancesdifférentes.Latoléranceestexpriméeenpourcentage.

TABLEAU7-1Caractéristiquesdescondensateurs

Type Valeurs

types

Application

Céramique 1pFà2,2

μFFiltrage,dérivation

Mica 1pFà1

μFBasedetemps,oscillateurs,circuitsde

précision

Bobinage

métallisé

jusqu’à

100μFBlocagedecourantcontinu,alimentation,

filtrage

Polyester 0,001à

100μFCouplage,dérivation

Polypropylène 100pFà

50μFCommutationd’alimentation

Polystyrène 10pFà

10μFCircuitsdebasedetemps(minuterie)et

desélectiondefréquences

Tantale

(électrolytique)

0,001à1

000μFDérivation,couplage,blocagedecourant

continu

Aluminium

(électrolytique)

10à220

000μFFiltrage,couplage,dérivation,lissage

VérifierlatensiondeservicemaximaleLa tension de servicemaximale d’un condensateur est la tension la plusfortequipuisseluiêtreappliquéesansrisqueselonlesrecommandationsdufabricant. En dépassant cette tension, vous risqueriez de détériorer lediélectrique et de provoquer un arc entre les armatures (un phénomène

comparable à un coup de tonnerre au cours d’une tempête). Un courantindésirablepourraitalorstraverserlecondensateur,cequirisqueraitmêmed’occasionnerdesdégâtsàd’autrescomposantsducircuit.

Latensiondeservicedescondensateursconçuspourlescircuitsalimentésen courant continu est le plus souvent limitée à 16V ou à 35V. Pour cegenre de circuit, généralement alimenté avec une tension compriseentre 3,3 V et 12 V, c’est déjà beaucoup. Si vous fabriquez un circuitnécessitant une tension plus élevée, prenez la précaution de choisir uncondensateur dont la tension de service maximale soit supérieure d’aumoins10à15%àlatensiond’alimentationducircuit.

ChoisirlebontypedediélectriqueLes concepteurs de circuits électroniques caractérisent les condensateursd’aprèsleurdiélectrique.Certainsmatériauxsontparticulièrementadaptésà certaines applications, mais pas à d’autres. Les condensateursélectrolytiques,parexemple,nefonctionnentdefaçonsatisfaisanteetfiablequepourdesfréquencesdesignalinférieuresà100kHz,sibienqu’ilssontcommunément utilisés dans les amplificateurs audio et dans les circuitsd’alimentation. Les condensateurs enmica, cependant, présentent dans cedomaine des caractéristiques exceptionnelles, si bien qu’ils sont souventutilisés dans les circuits de radiofréquences (RF) et dans les circuitsd’émission.

Les condensateurs les plus fréquemment utilisés sont les condensateursélectrolytiques à l’aluminium et au tantale ainsi que les condensateurs àdiélectrique en céramique, enmica, en polypropylène, en polyester et enpolystyrène. Si un schéma de circuit mentionne un type particulier decondensateur, veillez à vous procurer un article correspondant auxcaractéristiquesexigées.

LeTableau7-1présentelestypesdecondensateurslespluscourants,avecleurfourchettedevaleurshabituelleetleursapplications.

TailleetformedescondensateursComme le montre la Figure 7-1, la taille et la forme des condensateursvarient. Les condensateurs électrolytiques à aluminium et à papier ontgénéralement une forme cylindrique. Les condensateurs électrolytiques au

tantaleetlescondensateursàcéramique,enmicaetenpolystyrèneontuneforme plus bombée, car leur enrobage est généralement réalisé en lestrempant dans un bain d’époxy ou de plastique. Cependant, descondensateursdemêmetype(parexemple,enmicaouenpolyester)nesontpas nécessairement fabriqués de la même manière, si bien que l’aspectextérieur d’un condensateur ne permet pas toujours de dire de quoi il estconstitué.

Il se peut que votre fournisseur préféré étiquette les condensateurs enfonction de la disposition de leurs bornes : axiale ou radiale. Dans lepremier cas, le condensateur est cylindrique et ses deux bornes partentchacuned’une extrémité, dans l’axe.Dans le second cas, les deuxbornessortentdumêmecôtéducomposantetsontparallèles(tantquevousnelesavezpastorduespourlesimplanterdansvotrecircuit).

Sivouscherchezdescondensateursà l’intérieurdevotreordinateur,vousrisquezdenepas toujours lesreconnaîtrequandvouslesverrez.Eneffet,ils n’ont souvent pas de bornes du tout !Ce sont des condensateurspourmontage en surface, de très petite taille, conçus pour être soudésdirectement sur les circuits imprimés.Depuis les années quatre-vingt, lesprocessus de production demasse utilisent la technologie dumontage ensurface (TMS) pour brancher les condensateurs et autres composantsdirectement sur la surface des cartes et circuits imprimés, ce qui permetd’économiserdelaplaceetderendrelescircuitsplusperformants.

LapolaritédescondensateursCertainscondensateursélectrolytiquesdeplusfortecapacité(1μFetplus)sontpolarisés,cequisignifiequelabornepositivedoitêtresoumiseàunetensionplusfortequelabornenégative.Lesensdanslequelvousbranchezle condensateur estdonc important.Les condensateurspolarisés sont faitspourêtreutilisésdansdescircuitsàcourantcontinu.

Surlescondensateurspolarisés,ontrouvesouventunsignemoins(–)ouuneflèchepointantverslabornenégative.Suruncondensateurradial,lefildelabornenégativeestsouventpluscourtquelefildelabornepositive.

Sivousdevezutiliseruncondensateurpolarisé,faitesvraimentattentiondebienlemonterdanslebonsens.Sivousinversezlespolarités,parexempleen branchant le + sur le rail de masse, vous risquez de détruire lediélectrique et de mettre le condensateur en court-circuit, et par suite,d’endommagerd’autrescomposantsdevotrecircuit(enleurenvoyanttrop

decourant).Vousrisquezmêmedefaireexploserlecondensateur.

LirelesspécificationsdescondensateursSurlescondensateurs,lacapacitéestparfoisinscritedirectement,enfaradsou en divisions de farad. C’est souvent le cas pour les condensateurs deplus forte capacité, sur lesquels il y a assez de place pour imprimer lacapacitéetlevoltage.

Pour les condensateurs plus petits (comme les condensateurs disques enmica de 0,1 μF ou de 0,01 μF), la capacité est indiquée aumoyen d’unsystèmedemarquageàtroischiffres.Laplupartdesutilisateurstrouventcesystème pratique, mais il y a un piège (comme toujours) : ce sont despicofaradsetnonpasdesmicrofarads.Lecode103,parexemple,signifiedixsuividetroiszéros,soit10000picofarads.Certainscondensateurssontmarqués d’un code à deux chiffres, correspondant simplement à leurcapacité en picofarads. Ainsi, le code 22, par exemple,signifie 22 picofarads. L’absence de troisième chiffre signifie qu’il n’y aaucunzéroàajouteràdroite.

Pourlesvaleurssupérieuresà1000picofarads,votrefournisseurclasserasansdoutelescondensateursselondesvaleursenmicrofarads,mêmesilescodesmarquésdessussontenpicofarads.Pourconvertirlespicofaradsenmicrofarads, il vous suffira de déplacer la virgule (ou le point) de sixchiffres vers la gauche. Un condensateur portant le code 103 (pourreprendre l’exemple du paragraphe précédent) aura donc une capacité de10000pF,soit0,01μF.

Supposons que vous ayez besoin, pour votre circuit, d’un condensateurdisquede0,1μF.Vouspouvezconvertirlesmicrofaradsenpicofaradsafinde savoir quel code vous devez rechercher sur l’emballage ou surl’enrobage du condensateur. Déplacez le séparateur de décimales de sixpositionsversladroite,etvousobtenez100000pF.Sachantquelecodeàtrois chiffres comprend les deux premiers chiffres de votre valeur decapacitéenpF(soit10)suivisdunombredezérosàajouter(4),ilvousfautuncondensateurmicadisqueportantlecode«104».

Vous pouvez vous référer au Tableau 7-2 pour le marquage courant descondensateursenchiffres.

TABLEAU7-2Référencespourlacapacitédescondensateurs

Code Valeur

Nn(nombreentre01et99) nnpF

101 100pF

102 0.001μF

103 0.01μF

104 0.1μF

221 220pF

222 0.0022μF

223 0.022μF

224 0.22μF

331 330pF

332 0.0033μF

333 0.033μF

334 0.33μF

471 470pF

472 0.0047μF

473 0.047μF

474 0.47μF

Ilexisteunautresystèmedecodage,moinsusité,constituédechiffresetdelettres, dans lequel une capacité sera notée par exemple 4R1.La lettreRindique ici la position du séparateur de décimales : 4R1 équivaut à 4,1.

Danscesystèmedenotation, l’unitédemesuren’estpas indiquée. Ilpeuts’agirdemicrofaradsoudepicofarads.

Lacapacitéd’uncondensateurpeutêtretestéeàl’aided’uncapacimètreoud’unmultimètrecomportantuneentréecapacité(voirChapitre16).Leplussouvent, il faut brancher le condensateur directement sur l’instrument demesure,carlalongueurduconducteurpeutaccroîtrelacapacité.Lalectureendevientmoinsprécise.

Surlescondensateurs,latoléranceestsouventindiquéeparunelettreisoléeouplacéeàlasuited’uncodeàtroischiffres,commeparexemple103Z.

Danscetexemple, la lettreZindiqueunetolérancecompriseentre+80%et – 20 %, ce qui signifie que la capacité du condensateur, évaluéeà0,01μF,peutêtreenréalitéplusélevéede80%ouplusfaiblede20%.Le Tableau 7-3 donne la signification des codes alphabétiques usuelsindiquantlatolérancedescondensateurs.IlestàremarquerqueleslettresB,CetDreprésententlatoléranceexpriméeenvaleurabsolue,etnonpasenpourcentage.Cescodesne sontutilisésquepour lescondensateurs lespluspetits(capacitésdel’ordredupF).

TABLEAU7-3Tolérancedescondensateurs.

Code Tolérance

B ±0.1pF

C ±0.25pF

D ±0.5pF

F ±1%

G ±2%

J ±5%

K ±10%

M ±20%

P +100%,–0%

Z +80%,–20%

CapacitévariableAveclescondensateursvariables,onpeutréglerlacapacitéenfonctiondecequ’exigeuncircuit.Letypedecondensateurvariableleplusrépanduestle condensateur ajustable à air ou à diélectrique air. On le retrouvenotammentdanslescircuitsdesélectiondefréquencesdesradiosAM.Lescondensateurs variables de petite capacité sont souvent utilisés dans lafabricationdesappareilsrécepteursettransmetteursd’ondesradio.Ilssontintégrés à des circuits dans lesquels des cristaux de quartz assurent laprécisiondusignalderéférence.Leurcapacitéestgénéralementcompriseentre5et500pF.

Danslescondensateursvariablesàcontrôlemécanique,onpeutmodifierladistance ou bien la surface de recouvrement entre les deux armatures. Ilexiste des diodes (la diode est un dispositif semi-conducteur, voirChapitre 9) spécialement adaptées qui peuvent fonctionner comme descondensateurs variables à contrôle électronique : ce sont les diodesvaractor et lesdiodesvaricap.Vous pouvez faire varier leur capacité enchangeantlatensioncontinue.

Ilestfortprobablequedansvotrequotidien,sanslesavoir,vousayezplussouventaffaireàdescondensateursvariablesqu’àvotreconjoint.Ontrouveen effet des condensateurs variables dans de nombreux appareils etaccessoires tactiles comme les touches des claviers d’ordinateur et lestableaux de commande d’un certain nombre d’appareils, derrière lesboutons de certains ascenseurs et dans les boîtiers de télécommande quevousavezl’habituded’utiliser.Ilexisteaussidesmicrosquitransformentlesonensignauxélectriquesgrâceàuncondensateurvariable.Lamembranede cesmicros se comporte comme une armature de condensateurmobile.Elle vibre en fonction des fluctuations sonores, ce qui entraîne desvariationsdecapacité,et,parsuite,desfluctuationsdetension.C’estcequel’onappellelemicrophoneàcondensateur.

Interpréterlessymbolesdecondensateurs

La Figure 7-5 montre les symboles de différents types de condensateurs.Deuxsymbolessontcommunémentutilisés, l’uncomportantdeuxsegmentsdedroiteparallèles(quireprésententlesarmatures),l’autrecomportantunsegmentdedroiteetunecourbe.Lecôtécourbeestlecôtéleplusnégatifducondensateur. Cependant, certains utilisent les deux symboles de façoninterchangeable. En général, si un circuit comporte un condensateurpolarisé, un signe plus (+) figure d’un côté du symbole pour indiquer labonneorientationducondensateurdanslecircuit.Siuneflèchetraverseundecesdeuxsymboles,celasignifiequ’ils’agitd’uncondensateurvariable.

FIGURE7-5Symbolespourreprésenterlescondensateurs.

AssociationdecondensateursDansuncircuit,ilestpossibled’associerplusieurscondensateursensérie,en parallèle, ou en combinant un montage en série et un montage enparallèle,pourobtenirlacapacitédésirée.Cependant,commeonvalevoir,lesrèglesnesontpaslesmêmesquepourassocierdesrésistances.

MontagedecondensateursenparallèleLa Figure 7-6 représente deux condensateurs montés en parallèle, lesconnexionscommunesétantnotéesAetB. Il fautnoterque lepointAestreliéàunearmatureducondensateurC1etàunearmatureducondensateurC2. En termes d’électricité, c’est comme si le point A était relié à uneplaque métallique de dimension équivalente à celle des deux armaturesprises ensemble. De même, le point B est relié à une armature ducondensateur C1 et à une armature du condensateur C2. La capacitééquivalente augmente en fonction de la surface des armatures descondensateurs.

Les capacités des condensateurs branchés en parallèle s’additionnent :chaque armaturemétallique d’un condensateur est reliée électriquement à

une armature métallique du condensateur parallèle. Chaque paired’armatures se comporte commeune armature (ouplaque) uniquedeplusgrandecapacité,commel’indiquelaFigure7-6.

FIGURE7-6Lescapacitésdescondensateursbranchésenparallèles’additionnent.

La capacité équivalente d’un ensemble de condensateurs branchés enparallèleest:

Cparallèle=C1+C2+C3+C4+…

C1,C2,C3,etc., représentant lescapacités respectivesdescondensateursetCparallèlereprésentantlacapacitétotaleéquivalente.

PourlescondensateursdelaFigure7-6,lacapacitétotaleest:

SivousplacezlescondensateursdelaFigure7-6dansuncircuit,latensionaux bornes de chaque condensateur sera la même, et le courant après lepoint A se partagera entre les deux condensateurs en deux valeursd’intensitéquis’additionnerontaupointB.

MontagedecondensateursensérieDescondensateursbranchésenséries’opposent,lacapacitéeffectiveétantréduitedelamêmemanièrequelarésistanceglobaleestréduitequandonbranchedesrésistancesenparallèle:

Csérie=C1xC2/(C1+C2)

C1etC2 sont lescapacités respectivesdescondensateursetCsérie est lacapacité équivalente. La capacité totale (en μF) d’un montage en sériecomprenant un condensateur de 100 μF et un condensateur de 220 μF,commel’indiquelaFigure7-7,est:

FIGURE7-7Lescondensateursbranchésensérieseneutralisent,lacapacitéglobalediminue.

Dans des calculs comme ceux qui précèdent, vous pouvez ignorertemporairement le « μ » dans l’unité « μF », tant que les capacités sonttoutesexpriméesenμFettantquevousn’oubliezpasquelacapacitétotalerésultanteestaussienμF.

Lacapacitééquivalented’unmontagedecondensateursensérieest:

Comme pour tout composant dans un montage en série, le courant quitraverse chaque condensateur est lemême,mais la tension aux bornes dechaquecondensateurpeutêtredifférente.

AssociationavecdesrésistancesDans les circuits électroniques, les condensateurs sont souvent associés àdesrésistances,cesdeuxtypesdecomposantsconjuguantleurstalentspourstocker l’énergie électrique tout en limitant le flux des électrons. Cette

association de composants permet de limiter la vitesse à laquelle uncondensateursechargeetsedécharge.Elleestsicourantequ’onparledecircuitsRC.

QuestiondetimingRegardez bien le circuit RC de la Figure 7-8 : quand l’interrupteur estfermé,lapilechargelecondensateuretlecouranttraverselarésistance.

FIGURE7-8Lecondensateursechargejusqu’àcequesatensionsoitégaleàlatensiond’alimentation.

En supposant que le condensateur n’est pas chargé au départ, la tensioninitiale aux bornes du condensateur, Uc, est nulle. Quand on fermel’interrupteur, le courant circule et des charges s’accumulent sur lesarmatures du condensateur. D’après la loi d’Ohm (voir Chapitre 6),l’intensité I du courant de charge dépend de la tension aux bornes de larésistance,UretdelavaleurdelarésistanceR:

I=Ur/R

Enfin,sachantquelachutedetensionestégaleàlahaussedetensionsurlecircuit, la tension aux bornes de la résistance est la différence entre latensiond’alimentation,Ualim,etlatensionauxbornesducondensateur,Uc:

Ur=Ualim–Uc

Dèslors,onpeutanalyserainsilefonctionnementducircuitdansletemps:

» Audébut:Latensioninitialeauxbornesducondensateur

étantnulle,latensionauxbornesdelarésistanceest

initialementégaleàlatensiond’alimentation.

» Pendantlacharge:Encommençantàsecharger,le

condensateurcréeunetension,sibienquelatensionaux

bornesdelarésistancediminue,d’oùuneréductiondu

courantdecharge.Lecondensateurcontinuedese

charger,maismoinsvite,puisquel’intensitéducourantde

chargeadiminué.AlorsqueUccontinuedecroître,Ur

continuededécroître,sibienquel’intensitéducourant

continueaussidediminuer.

» Unefoislecondensateurchargé:Unefoisquele

condensateurestcomplètementchargé,lecourantcesse

decirculer,latensionauxbornesdelarésistances’annule,

etlatensionauxbornesducondensateurestégaleàla

tensiond’alimentation.

Sivousretirezlapileetsivousbranchezlarésistanceenparallèleaveclecondensateur,celui-cisedéchargerasurlarésistance.Cettefois,latensionaux bornes de la résistance sera égale à la tension aux bornes ducondensateur(Ur=Uc),etl’intensitéducourantseraI=Uc/R.Leschosessepasserontcommesuit:

» Audébut:Lecondensateurétantcomplètementchargé,

satensionestinitialementégaleàlatensiond’alimentation,

Ualim.SachantqueUr=Uc,latensionauxbornesdela

résistanceestinitialementUalim,parconséquentl’intensité

ducourantdevientimmédiatementUalim/R.Celasignifie

queleschargespassentrapidementd’unearmatureà

l’autreducondensateur.

» Pendantlacharge:Leschargescommençantàpasser

d’unearmatureàl’autre,latensionauxbornesdu

condensateurcommenceàchuter(demêmequeUr),si

bienquel’intensitéducourantdiminue.Lecondensateur

continuedesedécharger,maismoinsvite.Uc(etdoncUr)

continuededécroître,sibienquel’intensitéducourant

continueaussidedécroître.

» Unefoislecondensateurdéchargé:Unefoisquele

condensateurestcomplètementdéchargé,lecourant

cessedecirculer,etlatensionauxbornesdelarésistance

commeauxbornesducondensateurdevientnulle.

La forme d’onde de la Figure 7-9 montre comment, quand une tensionconstante est appliquée puis supprimée, la tension aux bornes ducondensateurévoluedansletempsalorsqu’ilsechargeetsedéchargesurlarésistance.

FIGURE7-9Latensionauxbornesd’uncondensateurchangeàmesurequecelui-cise

chargeetsedécharge.

Lavitesseàlaquelleilsecharge(etsedécharge)dépenddelarésistanceainsiquedelacapacitéducircuitRC.Àtensiond’alimentationégale,pluslarésistanceestforte,plusfaibleestlecourant,etplusilfautdetempspourque le condensateur soit chargé. Une moindre résistance permet qu’uncourantplusfortcirculeetquelecondensateursechargeplusvite.

Aucontraire,plusforteestlarésistance,plusilfautdechargepoursaturerles armatures du condensateur, et donc pour charger celui-ci. Pendant lecyclededécharge, une résistanceplus forte ralentit davantage le fluxdesélectronsentrelesdeuxarmatures,d’oùuntempsdedéchargepluslong.Uncondensateur de plus forte capacité accumule davantage de charge etmetplusdetempsàsedécharger.

Calculerlesconstantesdetempsd’uncircuitRCEn choisissant judicieusement les valeurs du condensateur et de larésistance, vous pouvez régler le temps de charge et de décharge ducondensateur.

Le tempsquemettra lecondensateurpoursechargeretpoursedéchargersur la résistance est en effet déterminé par le choix que vous faitesconcernantlarésistanceRetlacapacitéC.EnmultipliantR(enohms)parC (en farads), vous obtenez la constante de temps de votre circuit RC,notéeT.Celanousdonneunenouvelleformulesimple:

T=RxC

Un condensateur se charge et se décharge presque complètement sur unepériode représentant cinq fois sa constante de temps, soit 5RC (c’est-à-dire5xRxC).Auboutd’un tempséquivalentàunefois laconstantedetemps, un condensateur initialement déchargé sera chargé aux deux tiersenvirondesacapacité,etuncondensateurinitialementchargéseradéchargéauxdeuxtiersenviron.

Supposons,parexemple,quevousayezchoisiunerésistancede2MΩetuncondensateur de capacité 15 μF pour le circuit de la Figure 7-7. LaconstantedetempsRCsecalculeracommesuit:

RxC=2000000ohmsx0,000015farad=30secondes

Vous savez donc qu’il faudra environ 150 secondes (soit deuxminutes etdemie)aucondensateurpoursechargerousedéchargercomplètement.Sivous désirez obtenir un cycle de charge et de décharge plus court, vouspouvezchoisirunerésistancemoinsforte,oubienuncondensateurdeplusfaiblecapacité(oubienl’uneetl’autre).Supposonsquevousnedisposiezqued’uncondensateurde15μFetquevousvouliezqu’ilsechargeencinqsecondes. Pour savoir de quelle résistance vous avez besoin, procédezcommesuit:

» TrouvezlaconstantedetempsRC:Voussavezquele

tempsdechargeducondensateurseraégalàcinqfoisla

constantedetempsRCetvousvoulezquecetempssoit

de5secondes,donc5RC=5s,d’oùRxC=1s.

» CalculezR:SiRxC=1setsiC=15μF,alorsR=1s/0,000015F,soitenviron66,667ohms,soit67kΩ.

FairevarierlaconstantedetempsRCAfin de vérifier que vous contrôlez vraiment le temps nécessaire à uncondensateurpoursechargeretpoursedécharger,vouspouvezassemblerle circuit de la Figure 7-10. Ensuite, à l’aide de votre multimètre, vouspourrezobserverlesvariationsdetensionauxbornesducondensateur.Vouspourrezaussivoircomment lecondensateur retient lacharge (c’est-à-direcommentilstockel’énergieélectrique).

FIGURE7-10Enchoisissantdifférentesvaleursderésistances,vouspouvezmodifierle

tempsdechargeetdedéchargeducondensateur.

Le circuit de la Figure 7-10, c’est véritablement deux circuits en un. Uncommutateur,constituéd’unfildepontage,alterneuneposition«charge»etuneposition«décharge»,cequidonnedeuxpossibilitésdecircuit:

» Lecircuitdecharge:Quandlecommutateurestdansla

position«charge»,lecircuitestconstituéd’unepile,d’une

résistanceR1etd’uncondensateurC.LarésistanceR2ne

faitpaspartieducircuit.

» Lecircuitdedécharge:Quandlecommutateurestdans

laposition«décharge»,lecondensateurCetlarésistance

R2formentuncircuitcomplet.LapileetlarésistanceR1ne

fontpaspartiedececircuit(ellesformentuncircuit

ouvert).

Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9Vavecunconnecteur

» Uncondensateurélectrolytiquede470μF

» Unerésistancede2,2kΩ(rouge-rouge-rouge)

» Unerésistancede10kΩ(marron-noir-orange)

» Uncavalier(quijoueralerôledecommutateur)

» Uneplaqued’essaissanssoudure

AssemblezlecircuitenvousaidantdelaFigure7-11.En introduisantuneextrémitéducavalierdanslaplaqued’essais,veillezàlerelieràlabornepositiveducondensateur.Avecl’autreextrémité,vouspouvezensuiterelierle condensateur à R1 (pour fermer le circuit de charge) ou à R2 (pourfermer lecircuitdedécharge).Vouspouvezaussi laisser l’autreextrémitédu cavalier déconnectée (comme sur la Figure 7-11), ce que je vouspropose de faire un peu plus loin dans cette section, vous verrez bientôtpourquoi.

Pour voir le condensateur se charger, conserver sa charge, puis sedécharger,procédezcommesuit:

1. Réglezvotremultimètresurlamesured’unetension

continuedemoinsde10Vetbranchez-leauxbornesdu

condensateur.

Reliezlabornerougedumultimètreàlabornepositivedu

condensateur,etlabornenoiredumultimètreàlaborne

négativeducondensateur(voirFigure7-11).

2. Chargezlecondensateur.

FIGURE7-11Unmontagepermettantd’observerdifférentesconstantesdetempsRCpourlacharge

etladécharged’uncondensateur.

Mettezlecommutateurdanslaposition«charge».Pource

faire,introduisezl’extrémitélibreducavalierdansuntrou

delamêmerangéequelabornenonconnectéedeR1.Lisez

latensionindiquéeparlemultimètre.Elledevraits’élever

auxalentoursde9Vàmesurequelecondensateurse

chargeparlebiaisdelarésistanceR1.Lecondensateur

devraitêtreentièrementchargéauboutd’environ

5secondes.

3. Mettezlecondensateurenattente.

Retirezl’extrémitéducavalierquevousaviezbranchéeà

l’étape2etlaissez-laenattente.Lisezlatensionindiquée

parvotreappareil.Lavaleurdoitêtrevoisinede9V(vousla

verrezpeut-êtredécroîtrelégèrement,àmesurequele

condensateursedéchargelentementparl’intermédiairede

larésistanceinternedevotremultimètre).Lecondensateur

maintientsacharge(ilstockevraimentl’énergieélectrique),

mêmesilapilen’estpasbranchée.

4. Laissezlecondensateursedécharger.

Branchezlecommutateursurlapositiondedéchargeen

plaçantl’extrémitélibreducavalierdansuntroudela

mêmerangéequelabornenonconnectéedeR2.Lisezla

tensionindiquéeparvotremultimètre.Lavaleurdoit

décroître,àmesurequelecondensateursedéchargepar

l’intermédiairedelarésistanceR2jusqu’à0V.Le

condensateurdevraitêtreentièrementdéchargéaubout

d’environ25secondes.

Dans la section précédente, nous avons vu que le temps nécessaire pourqu’uncondensateurdansuncircuitdeRCsimpleatteignelapleinechargeétait à peu près cinq fois la constante de temps RC, notée T. T estsimplementlavaleurdelarésistance(enohms)multipliéeparlacapacitéducondensateur(enfarads).Vouspouvezdonccalculerletempsnécessaireaucondensateurpoursechargeretpoursedéchargerdansvotrecircuit,enprocédantcommesuit:

Cestempsdechargeetdedéchargesont-ilsprochesdeceuxquevousavezmesurés?Répétez l’expériencedechargeetdedéchargeducondensateurenutilisantunchronomètre,etvoyezsivoscalculssontcorrects.

Si vous voulez pousser plus loin l’étude, remplacez R1 et R2 par desrésistances différentes, ou utilisez un condensateur différent. Ensuite,

calculezlestempsdechargeetdedéchargequevousdevriezthéoriquementobserver, etmesurez les temps réels quand vous chargez et déchargez lecondensateur.LaconstantedetempsRCnevousdécevrapas!

D

Chapitre8Cequel’onpeutinduiredesinducteurs

DANSCECHAPITRE:

» Courantsinduitsdansdesbobinesavecunchampmagnétiquechangeant

» Oppositionauxvariationsducourantdansuninducteur

» Utilisationdesinducteursdanslescircuitsdefiltrage

» RésonancedanslescircuitsRLC

» Histoiredecristauxetdefréquences

» Couplagedefluxmagnétiquepourtransférerl’énergied’uncircuitàunautre

esinventionsparmilesplusgrandes,commelapénicilline,lesPost-it,le champagne et le pacemaker, ont été le résultat d’une découvertepurementfortuite(etdanscertainscas,attribuableàlanégligenceouà

unemauvaiseméthodederecherche).Unedecesdécouverteschanceuses,l’interactionentreélectricitéetmagnétisme,estàl’originedel’inventiondedeux composants électroniques extrêmement précieux : la bobine àinductionetletransformateur.

Labobine à induction, ou inducteur, stocke l’énergie électrique dans unchampmagnétiqueetformelessignauxélectriquesdefaçondifférentedecequefaitlecondensateur.Quelesinducteursfonctionnentdemanièreisoléeouparpaire,sousformedetransformateurs,ouencoreenassociationavecdescondensateursetdesrésistances,ilsjouentunrôlefondamentaldansuncertainnombredecommoditésdontnousn’aimerionsgénéralementpasêtreprivés,commelespostesderadioetdetélévision,etriendemoinsquelesréseauxdetransmissionetdedistributiond’énergieélectrique.

Ce chapitre dévoile le lien entre électricité et magnétisme et expliquecomment des savants, auXIXe siècle, ont exploité ce lien à dessein pourinventerl’inducteuretletransformateur.Vousdécouvrirezcequiseproduitquandonessaiedechangertroprapidementlesensducouranttraversantuninducteur,etcommentlaloid’Ohmpeuts’appliquerauxinducteurs.Ensuite,vous verrez quelle utilisation est faite des inducteurs dans les circuits, etvoussaurezpourquoiuncristalnesonnequ’àunefréquenceprécise.Enfin,vousdécouvrirezcommentun transformateur transfère l’énergieélectriqued’un circuit à un autre en l’absence de tout contact direct entre ces deuxcircuits.

Descousinsquis’embrassent:magnétismeetélectricité

Onad’abordcruquelemagnétismeetl’électricitéétaientdeuxphénomènescomplètementdistincts,jusqu’àcequeHansChristianOersted,unsavantduXIXesiècle,découvrequesousl’influenceducourantélectriqueprovenantd’une pile, l’aiguille d’un compas peut s’éloigner du nord magnétique.L’observationd’Oerstedainspirédenombreusesrecherchesetexpériences,qui ont fini par confirmerqu’un lien étroit existait entre lemagnétisme etl’électricité.Auboutdequelquesannées (etdebiend’autresdécouvertesfortuites),MichaelFaradayetd’autresontputirerpartiduphénomènequel’on appelle électromagnétisme pour fabriquer les premiers appareilsélectromécaniques de l’Histoire. C’est sur les principes del’électromagnétisme que repose la conception d’un certain nombred’appareilsactuelstelsquetransformateurs,générateursélectromagnétiquesetmoteursindustriels.

Cettesectiontraitedel’interactionentreélectricitéetmagnétisme.

AimantsetlignesdefluxDe même que l’électricité est une histoire de force (tension) entre deuxchargesélectriques,lemagnétismeestcaractériséparuneforceentredeuxpôles magnétiques. Peut-être avez-vous déjà assisté à cette expérienceclassiqueconsistantàplacerunaimantsurunesurfaceetàrépandredelalimailledeferàproximité,pourobserverleseffetsdelaforcemagnétique.Vous souvenez-vous du résultat ? La limaille de fer forme des lignes

courbes entre le pôle nord et le pôle sud de l’aimant. C’est ce que l’onappelleleslignesdeforceoulignesdefluxduchampmagnétiquecrééparl’aimant. Vous avez sans doute vu la limaille de fer s’agglutiner près del’aimant, là où le champ magnétique est le plus intense. La Figure 8-1montrelaformedeslignesdefluxinvisiblesautourd’unaimant.

FIGURE8-1Leslignesdeforcemagnétiquesjoignentlepôlenordetlepôlesudd’un

aimant.

Le flux magnétique n’est qu’une manière de représenter la force etl’orientation d’un champmagnétique. Pour comprendre les lignes de flux,pensezauxeffetsduventsurlavoiled’unbateau.Laforceexercéeparleventsurlavoileestproportionnelleàlaforceduventetàlasurfacedelavoile. Cependant, si la voile est parallèle à la direction du vent, l’airglissera sur la voile, etmême le vent le plus fort ne fera pas avancer lebateau.L’effetduvent est leplus fortquand lavoileoffre laplusgrandeprise,c’est-à-direquandelleestperpendiculaireàladirectionduvent.Sil’on représente sur un dessin la force du vent, la direction du vent etl’orientationdelavoile,laflèchereprésentantlaforceduventtraverseralasurface de la voile. De la même manière, les lignes de flux magnétiqueillustrent la force et l’orientationd’un champmagnétique.Cela permet decomprendre l’effetd’unchampmagnétiquesurunobjetplacéà l’intérieurde ce champ. Cet effet sera le plus prononcé si les forces du champmagnétiques’exercentperpendiculairementauxlignesdeflux.

Produireunchampmagnétiqueavecdel’électricité

CommeOerstedl’avaitdécouvert,lecourantélectriquequiparcourtunfilde métal produit autour de ce fil un faible champ magnétique. C’est laraison pour laquelle l’aiguille se déplaçait quand Oersted rapprochait laboussole du circuit. Quand le courant disparaît, le champ magnétiquedisparaît également. On obtient donc un aimant temporaire, contrôlableélectroniquement,c’est-à-direunélectro-aimant.

Quandlecourantcircule,leslignesdeforceencerclentleconducteuretsontrégulièrement espacées sur sa longueur, comme l’indique la Figure 8-2.Imaginez un rouleau de papier essuie-tout avec un fil métallique qui letraverseraitensoncentreexact.Quandcefilseraitparcouruparuncourant,des lignesde flux invisibles l’entoureraient en formantdes«anneaux»àdes distances variées du fil. La force magnétique diminuerait avecl’éloignement.Sil’onenrouleunfilconducteurpourformerunebobine,leslignesdefluxs’alignentetserenforcentmutuellement:onrenforceainsilechampmagnétique.

FIGURE8-2Lecourantcirculantdansunfilconducteurproduitunfaiblechamp

magnétiqueautourdecefil.

Induireuncourantàl’aided’unaimantSachant que l’électricité produit un champ magnétique autour d’unconducteur,quesepassera-t-ilsil’onapproched’unaimantpermanentunebouclemétallique fermée ?En fait, il ne se passera rien tant que l’on nedéplacera pas l’aimant. Un champ magnétique qui se déplace induit unetensionauxextrémitésd’unconducteur,sibienquecelui-ciestparcouruparun courant. L’induction électromagnétique semble faire apparaître un

courant comme par magie, sans qu’il y ait le moindre contact avec leconducteur.L’intensitédececourantdépendalorsdeplusieursfacteurs:laforce de l’aimant, le nombre de lignes de flux interceptées par leconducteur,l’angleentreleconducteuretleslignesdefluxetlavitessedudéplacementdel’aimant.Pourpouvoir induireuncourantfort,enroulezlefilconducteurdemanièreàenfaireunebobine,etplacezl’aimantaucentre(ounoyau)decettebobine.L’intensitéducourantcroîtaveclenombredetoursd’enroulement.

Supposons que vous ayez placé un aimant permanent assez fort au centred’une spirale de fil métallique, comme le montre la Figure 8-3. Si vousdéplacez l’aimant vers le haut, un courant induit dans le conducteurcirculera dans un sens. Si vous déplacez l’aimant vers le bas, un courantsera également induit,mais il circulera en sens inverse. En déplaçant defaçon répétitive l’aimant vers le haut et vers le bas, vous pourrez doncinduiredansleconducteuruncourantalternatif.Lemêmeeffetseraproduitendéplaçantlefil,plutôtquel’aimant,debasenhautetdehautenbas.Lecourantdépenddumouvementrelatifentrelefilconducteuretl’aimant.

Vouspouvezavoiruneexpériencedirectedel’inductionélectromagnétiqueen utilisant une barre aimantée relativement forte, une longueur d’aumoins 30 cm de fil de calibre 22 (ou plus fin), un crayon et votremultimètre.Dénudezlesextrémitésdufiletenroulez-leenserrantautourducrayon,commesurlaFigure8-4,lesdeuxextrémitésdénudéesdevantresteraccessibles. Réglez votre multimètre sur la mesure de l’intensité enmilliampères, et mettez ses sondes en contact avec le fil, à plusieurscentimètresd’écart.Ainsi,vouscréezuncheminpourlecourant,maisiln’yapasdecourantenl’absencedesourced’énergie.Placezensuitel’aimantàproximitédufil.

FIGURE8-3Ledéplacementd’unaimantàl’intérieurd’unebobinedefilmétallique

induituncourantdanslefil.

FIGURE8-4Ledéplacementd’unaimantàproximitéd’unebobinedefilmétallique

induituncourantdanslefil.

Toujourspasdecourant,n’est-cepas?Enfin,déplacezl’aimantlelongdufil, dans un sens puis dans l’autre, et observez l’indication donnée par lemultimètre.L’appareildevraitindiquerunlégercourant(chezmoi,quelquescentainesdemilliampères)alternantentrepositifetnégatif.

Dansunecentraleélectrique,lecourantélectriqueestsouventproduitparlarotationd’unconducteuràl’intérieurd’unpuissantaimantenformedeferàcheval.Le conducteur est solidaire d’une turbine qui estmise en rotationpar la pression de l’eau ou de la vapeur d’eau sur ses pales. À chaquerotationcomplèteduconducteuràl’intérieurdel’aimant,celui-ciattirelesélectronsdansunedirectionpuisensensinverse,etc’estcequiproduitlecourantalternatif.

L’inducteur,unebobinetrèsmagnétique

Uninducteurestuncomposantélectroniquepassif,constituéd’unebobinede filmétalliqueenrouléeautourd’unnoyau.Cenoyaupeutêtreconstituéd’air,deferoudeferrite(unmatériaufragileetcassantdérivédufer).Leferpermetdecentuplerlaforceduchampmagnétiqueinduit.Lesinducteurssont aussi appelés bobines, inductances, électro-aimants ou solénoïdes,selon leur rôle dans les circuits. La Figure 8-5 représente le symboleassociéàuninducteurdansuncircuit.

FIGURE8-5Lesymboledel’inducteur.

Le courant qui traverse un inducteur crée un champmagnétique autour duconducteur. Une variation de ce courant entraîne une variation du fluxmagnétiqueautourdelabobineetunetensioninduiteàtraversl’inducteur,laquelle tension, parfois appelée tension inverse, entraîne un courant quis’opposeaucourantdusecteur.Cettepropriétédes inducteursestappeléeauto-inductanceousimplementinductance.

Mesuredel’inductanceL’inductance, notéeL, semesure enhenrys (du nomde JosephHenry, unNew-Yorkais qui aimait faire joujou avec des aimants et qui a découvertl’auto-inductance). Une inductance d’un henry (H) induit une tensionde 1 volt quand l’intensité du courant varie d’un ampère par seconde.Naturellement, un henry représente une valeur bien trop grande enélectronique courante, aussi s’agira-t-il plutôt de milli-henrys (mH) oumêmedemicro-henrys(μH).

OppositionauxvariationsducourantSur la Figure 8-6, une tension est appliquée aux bornes d’unmontage ensériecomportantunerésistanceetuninducteur.Enl’absenced’inducteur,uncourant d’intensité Usource / R circulerait aussitôt la tension continueappliquée.Toutchangeavecuninducteur.

FIGURE8-6L’inducteurretardelesvariationsdel’intensitéducourant.

La première fois que la tension est appliquée à ce circuit, le courant quicircule induit un champ magnétique autour du bobinage de l’inducteur.L’intensité augmente (instantanément), et l’intensité du champ magnétiqueaugmente en conséquence. La variation du champ magnétique induit unetension inverse, laquelle induit un courant dans le fil torsadé, en sensinverseparrapportaucourantdelasourcedetension.Toutsepassecommesil’inducteurtentaitd’empêcherquel’intensitéducourantdelasourcenechange trop vite, et le résultat est que cette intensité n’augmente pas defaçon instantanée. C’est la raison pour laquelle on dit que les inducteurs«s’opposentauxvariationsducourant».

Le courant induit dans la bobine limite quelque peu l’intensité du champmagnétique.Quandl’intensitéducourantdelasourcecontinued’augmenter,lechampmagnétiquecontinuedecroître(maisdeplusenpluslentement),etle courant qui s’oppose à la source continue d’être induit (mais en seréduisant).Lecyclesepoursuit jusqu’àceque lecourantglobaldevienneun courant continu stable. Le champ magnétique se stabilise alors, etl’inducteurcessed’avoiruneinfluencesurlecourantparcourantlecircuit.

Lerésultatglobalestqu’ilfautuncertainlapsdetempspourquelecouranttraversant l’inducteur atteigneunevaleur stable (ce lapsde tempsdépendde plusieurs facteurs, notamment les caractéristiques de l’inducteur et lavaleurdelarésistance.Lorsquecelaseproduit,lecourantcirculelibrementàtraversl’inducteur,quisecomportealorscommeunsimplefilconducteur(c’estcequel’onappelleuncourt-circuit,ausens initialduterme).Ona

doncUL=0V,etl’intensitéducourantstableestdéterminéeparlatensiondelasourceetparlarésistance,selonlaloid’Ohm(I=Usource/R).

Si l’on supprimealors la sourcede tensioncontinueet si l’onbranche larésistanceàl’inducteur,lecourantcirculerapendantuncourtlapsdetemps,l’inducteurs’opposantànouveauàlasoudainechuted’intensité,jusqu’àcequelecourantfinissepars’annuler,etaveclui,lechampmagnétique.

Entermesd’énergie,quandonappliqueunesourcedecourantcontinuàuninducteur,celui-cistockel’énergieélectriquedansunchampmagnétique.Sil’on supprime la source et si l’on branche une résistance sur l’inducteur,l’énergie est transférée vers la résistance, qui la dissipe sous forme dechaleur. Les inducteurs stockent l’énergie électrique dans des champsmagnétiques. Un vrai inducteur – par opposition à l’inducteur « idéal »théorique–présenteunecertainerésistanceetunecertainecapacitance,enplusdesoninductance,enraisondespropriétésphysiquesdesonbobinageetdesonnoyauainsiquedelanaturedeschampsmagnétiques.Uninducteurne peut donc pas stocker de l’énergie électrique très longtemps(contrairementàuncondensateur),carl’énergieseperdpardissipationdechaleur.

Pourmieuxcomprendre leprincipede l’inducteur,pensezà lacirculationde l’eau dans un tuyau branché sur une turbine. Quand l’eau est souspression, les pales de la turbine obstruent le flux et exercent une contre-pressionsur l’eau.Aumomentoùellescommencentà tourner, lapressionqu’elles appliquent diminue et l’eau circule mieux. Si l’on supprimebrusquement la pression, les pales de la turbine continueront à tournerpendantunpetitmomentetdrainerontl’eau,puisellescesserontdetourneretl’eaucesseradecirculer.

Ne vous préoccupez pas des détails concernant les courants induits, del’expansion et de la contraction des champs magnétiques, etc. Retenezsimplementcesquelquesfaitsrelatifsauxinducteurs:

» Uninducteurs’oppose(résiste)auxvariationsdecourant.

» Uninducteursecomportecommeuncircuitouvertau

momentoùilestsoumisàunetensioncontinue(aucun

courantnecirculeaudébut,etlatensiondelasourcechute

intégralementàtraversl’inducteur).

» Uninducteursecomporteensuitecommeuncourt-

circuit:end’autrestermes,quandtouteffetdechamp

magnétiques’estestompé,latensionestnulleet

l’inducteurlaissepassertoutlecourantcontinu.

CalculdelaconstantedetempsRLVous pouvez calculer le temps (en secondes) que met l’intensité d’uncourant continu traversant un inducteur, dans un circuit constitué d’unerésistanceetd’uninducteur,pouratteindreunevaleurstable.Utilisezpourcela la constante de temps RL, notée T, qui vous indique le tempsnécessaireàl’inducteurpourconduireàpeuprèslesdeuxtiersducourantcontinu résultant d’une tension appliquée au montage en série de larésistanceetdel’inducteur.Laformuleestlasuivante:

T=L/R

Tout comme la constante de temps RC dans les circuits RC (voirChapitre7)vousdonneuneidéedutempsquemetuncondensateurpoursecharger à sa pleine capacité, la constante de temps RL vous permetd’évaluer le tempsquemetun inducteurpour laisserpasseren totalitéuncourant continu : l’intensité du courant se stabilise au bout de cinqconstantesdetempsRLàpeuprès.

Lecourantalternatif,ouquandl’alternativedevientparalysanteQuand on applique une tension alternative à un circuit comportant uninducteur, celui-ci s’oppose à toute variation du courant de la source. Sil’on fait osciller la tension de la source à une fréquence de plus en plusélevée, l’inducteur s’oppose aux changements soudains jusqu’à ce que lafréquencesoittellequ’iln’aplusletempsderéagirassezvite.Iln’yaalorsplusdecirculationdecourant.

Imaginez que vous ayez devant vous deux gâteaux aussi tentants l’un quel’autre.Vousneparvenezpasàdéciderlequelvousallezgoûterenpremier.Vous commencez par vous diriger vers l’un, puis vous changez soudaind’avisetvousrevenezversl’autre.Puis,vouschangezd’avisànouveauet

vous revenez vers le premier, et ainsi de suite. Plus vite vous changezd’avis, plus vous avez tendance à rester au milieu et à ne faire aucunprogrès dans votre tentative de goûter les gâteaux. Les électrons àl’intérieur d’un inducteur se comportent de la même manière lorsqu’unsignalàhautefréquenceestappliquéaucircuit.

RéglerlafréquenceDans un circuit alimenté en courant alternatif, les inducteurs, comme lescondensateurs, se comportent de façondifférente selon la fréquencede latension. La fréquence exerce un impact sur l’intensité du courant quitraverse un inducteur, et donc également sur la tension aux bornes desdifférentscomposantsducircuit.C’estsurcettedépendancevis-à-visdelafréquencequesefondentdesfonctionsutilescommelesfiltres.Les filtressont des circuits dans lesquels certaines fréquences sont transmises d’unepartie à une autre tandis que les autres fréquences sont bloquées. Quandvousréglezlesbassesetlesaigussurvotrechaînestéréo,cesontlesfiltresquevousmanipulez.

Lestypesdefiltreslespluscourantssontlessuivants:

» Lesfiltrespasse-bassontdescircuitsquipermettentaux

plusbassesfréquencesdepasserd’uneentréeàunesortie

toutenbloquantlesfréquencesquisontsupérieuresàune

fréquencedecoupuredonnée.

» Lesfiltrespasse-hautsontdescircuitsquipermettent

auxplushautesfréquencesdepasserd’uneentréeàune

sortietoutenbloquantlesfréquencesquisontinférieures

àunefréquencedecoupuredonnée.

» Lesfiltrespasse-bandesontdescircuitsquipermettent

àunebandedefréquences–entreunefréquencede

coupureinférieureetunefréquencedecoupuresupérieure

–depasser.

» Lesfiltrescoupe-bande(oufiltresréjecteursde

bande)sontdescircuitsquilaissentpassertoutesles

fréquencessaufuneplagedefréquencesspécifique.Vous

pouvezutilisercegenredefiltrepouréliminerlebruit

indésirabled’uneligneélectriquede50Hz,àconditionde

connaîtrelaplagedefréquencedecebruit.

Sachantquelesinducteurslaissentpasserlecourantcontinuetbloquentdeplus en plus le courant alternatif àmesure que la fréquence augmente, cesontnaturellementdesfiltrespasse-bas.AuChapitre7, ilestexpliquéquelescondensateursbloquentlessignauxencourantcontinuetlaissentpasserlessignauxencourantalternatif.Lescondensateurssontdoncnaturellementdesfiltrespasse-haut.Danslaconceptiondesfiltresélectroniques,unsujetcomplexe qui dépasse le cadre de ce livre, les composants sont choisissoigneusement de manière à contrôler avec précision les fréquences quipourrontatteindrelasortie.

L’inducteur est un peu l’alter ego du condensateur. Alors que lecondensateurs’opposeauxvariationsde tension, l’inducteurs’opposeauxvariationsd’intensité.Alorsquelecondensateurbloquelecourantcontinuet laisse passer de plus en plus le courant alternatif quand la fréquences’accroît, l’inducteur laissepasser lecourantcontinuetbloquedeplusenpluslecourantalternatifquandlafréquences’accroît.

Lerôledesinducteursdanslescircuits

Lesinducteurssontutilisésprincipalementdanslescircuitsaccordés,poursélectionnerouéliminer lessignauxenfonctiondefréquencesspécifiqueset pour bloquer des signaux à haute fréquence. Il peut s’agir notammentd’éliminerlesinterférencesdanslestransmissionsparcâbledesignauxderadiofréquences (RF). Les inducteurs sont aussi couramment utilisés dansles applications audio pour éliminer le bruit issu des transmissionsélectriques à 50 Hz (ou à 60 Hz en Amérique du Nord). Voici quelquesfonctions remarquables que peut assurer une simple bobine de filconducteur:

» Filtrageetréglage:Commelescondensateurs,les

inducteurspeuventserviràsélectionnerouàéliminer

certainssignauxélectriquesenfonctiondeleurfréquence.

Lesinducteurssontsouventutiliséspourréglerles

fréquencessurlesrécepteursderadio.

» Moteursàcourantalternatif:Dansunmoteurà

inductionàcourantalternatif,deuxpairesdebobinessont

alimentéesparunesourcedecourantalternatif(de50Hz)

etcréentunchampmagnétique.Cechampmagnétique

induituncourantdansunrotorquiestplacéensoncentre.

Cecourantcréealorsunautrechampmagnétiquequi

s’opposeauchampmagnétiqueinitial,sibienquelerotor

semetàtourner.Lesmoteursàinductionsont

communémentutiliséspouractionnerlesventilateurset

autresappareilsménagers.

» Blocageducourantalternatif:Uneinductanceestun

inducteurutilisépourempêcherlepassaged’unsignal

d’unepartieàuneautred’uncircuit.Onutilisesouventles

inductancesdanslessystèmesdetransmissionparradio

pouréviterlecourt-circuitagedusignalémis(uneforme

d’ondealternative).Enbloquantlatrajectoiredusignalvers

laterre,l’inductanceluipermetdesedirigerversl’antenne.

» Capteurssanscontact:Lescapteursintégrésauxfeux

designalisation–cessystèmesquidétectentlaprésente

d’unvéhiculearrêtédevantunfeu–fonctionnent

généralementgrâceàuninducteurquidéclenchele

changementdefeu.Danslachaussée,àplusieursmètres

ducarrefour,estplacéeunegrandebobineinductivede

plusieurstoursetd’environdeuxmètresdediamètre.Cette

bobineestreliéeàuncircuitquicontrôlelesfeux.L’acierde

lapartieinférieureduvéhiculepassantau-dessusdela

bobinemodifielefluxmagnétique.Cechangementest

détectéparlecircuit,quidéclenchealorslepassageau

vert.Lesdétecteursdemétauxutilisentdesinducteursde

façonsimilairepourdétecterlaprésenced’objets

magnétiquesoumétalliques.

» Lisserlecourant:Lesinducteurspeuventserviràréduire

lesoscillationsducourant(lesondulations)provenant

d’unesourced’énergieélectrique.Quandl’intensitédu

courantvarie,lefluxmagnétiqueautourdelabobinevarie

aussietunetensioninverseestinduiteentrelesbornesde

l’inducteur,sibienqu’uncourantinduits’opposeaucourant

principal.

Utiliserdesinducteursdanslescircuits

Le fil dont les inducteurs sont constitués doit être isolé, afin d’éviter lescourts-circuits intempestifsentre les tours.Les inducteursutilisésdans lescircuitsélectroniquessontaussi, laplupartdutemps,blindés,c’est-à-direenrobés d’une protectionmétallique non ferreuse (généralement en cuivreouenaluminium)pouréviterqueleslignesdefluxmagnétiqueinfiltrentlevoisinagedesautrescomposantsducircuit.Onutiliseun inducteurblindépouréviterd’induireunetensionouuncourantauniveaud’autresélémentsducircuit.Onutiliseun inducteurnonblindéquandondésireprécisémentqu’ilyaituneffetsurd’autreséléments.

Lirelavaleurdel’inductanceLavaleurd’uninducteurestgénéralementpréciséesurl’emballageàl’aidedumêmecodecouleurquepourlesrésistances(voirChapitre5).Pourles

modèles de grande taille, la valeur est imprimée directement sur lecomposant.Alorsquelespetitsinducteursressemblentbeaucoupauxpetitesrésistances et portent les mêmes codes couleur, les inducteurs de fortevaleur ont des formes et des tailles variées, et un compromis doit êtretrouvéentrelaperformanceducomposant,soncoûtetd’autresfacteurs.

Uninducteurpeutêtrefixeouvariable.Dansuncascommedansl’autre,ilestconstituéd’unecertainelongueurdefilconducteurenrouléeautourd’unnoyau. La valeur de l’inducteur dépend du nombre de tours de fil, dumatériaudontlenoyauestconstitué,dudiamètredufiletdelalongueurdelabobine.Lesinducteursfixesontunevaleurconstante,tandisquelavaleurdes inducteurs variables peut être ajustée. L’air et la ferrite sont lesconstituants les plus courants du noyau, mais celui-ci peut aussi êtreconstituéd’uncertainnombred’autresmatériaux(mêmevotrevoiturepeutconstituerlenoyaud’uninducteur).

Associationd’inducteursblindésDansvoscircuitsélectroniquessimples,vousn’enutiliserezprobablementpas, mais il se peut que vous soyez confronté à des schémas de circuitsd’alimentationouautrescomportantplusieursinducteurs.C’estpourquoiilserait bon que vous sachiez calculer l’inductance équivalente decombinaisons d’inducteurs blindés. Cela vous permettrait de mieuxcomprendrelefonctionnementducircuit.

Dansunbranchement en série, les inductances s’additionnent, tout commelesrésistances:

Lsérie=L1+L2+L3…

Dansunbranchementenparallèle,l’inductancetotale,commelarésistancetotale lorsqu’on branche des résistances, est l’inverse de la somme desinversesdes inductances (vousvous souvenezpeut-êtreque la réciproqued’unefonctionestl’inversedelafonction,lamultiplicationdelafonctionetdesoninversedonnant1:l’inversed’unréelpositifxest1/x).

Cetteéquationpeutaussis’écrireainsi:

Si lemontageenparallèlenecomprendquedeuxinducteurs,vouspouvezsimplifierl’équation:

TransmettredessignauxradiophoniquesLesinducteursétantnaturellementdesfiltrespasse-basetlescondensateursdes filtres passe-haut, que se passera-t-il si l’on associe ces deux typesd’éléments dans un même circuit ? Vous vous en doutez peut-être, lesinducteurs et les condensateurs sont souvent utilisés ensemble dans lescircuits de syntonisation, c’est-à-dire dans les circuits qui servent àsélectionnerunefréquenceradioparticulière.

RésonanceetcircuitsRLCObservez le circuit RLC de la Figure 8-7. Imaginez ce que va devenirl’intensité i du courant circulant dans ce circuit quand vous allez fairevarier la fréquence du signal d’entrée, vin. Sachant que le condensateurbloque le courant continu et laisse passer de plus en plus le courantalternatifàmesurequelafréquenceaugmente,lessignauxd’entréeàbassefréquence auront tendance à passer à la trappe. Sachant que l’inducteurlaisse passer le courant continu et bloque de plus en plus le courantalternatifàmesurequelafréquenceaugmente,lessignauxd’entréeàhautefréquencesontaussiéliminés.Qu’ensera-t-ildesfréquencessituéesdanslaplageintermédiaire?Unepartieducourantpourrapasser,etlaplusgrandepartie passera quand le signal d’entrée sera à une fréquence spécifiqueappeléelafréquencederésonance.

La valeur de la fréquence de résonance, f0, dépend des valeurs del’inductance(L)etdelacapacitance(C):

FIGURE8-7UncircuitRLCsecaractériseparunefréquencederésonanceàlaquellelecourantmaximumcircule.

Onditque lecircuitrésonne àcette fréquenceparticulièreetonparledecircuit résonant. La Figure 8-8 montre une analyse des fréquences ducourant traversant un circuit : il convient de remarquer que l’intensité ducourantatteintsonplushautniveauàlafréquencederésonance.

FIGURE8-8DansuncircuitRLCensérie,l’intensitéducourantestmaximaleàla

fréquencederésonance.

Les récepteurs de radio analogiques utilisent des circuits RLC pourrestreindre la circulation à une fréquence unique. On parle de circuitd’accordoudecircuitaccordé.Uncondensateurvariablepermetderéglerlafréquencederésonance,cequipermetleréglagedesstationsquiémettentchacunesurunefréquencedifférente.Lamoletteouleboutonderéglagedesstationscommandelesystèmedevariationdelacapacité.

Un égaliseur graphique utilise une série de circuits de syntonisation pourdiviser un signal audio en plusieurs bandes de fréquences. Les curseursvous permettent de régler séparément le gain (l’amplification) de chaquebande de fréquences. À une étape ultérieure du circuit, les différentesbandesde fréquences sont réuniespourne former ànouveauqu’un signalaudio unique – personnalisé selon vos préférences – qui est envoyé auxhaut-parleurs.

Selon la manière dont vous allez associer les composants, vous pourrezcréerdifférentesconfigurationsdefiltrage.Ainsi,parexemple,enbranchantl’inducteurenparallèleaveclecondensateuretlarésistance,vouscréezuncircuit produisant l’intensité de courant minimum à la fréquence derésonance,c’est-à-direuncircuitqui«élimine»lafréquencederésonancetout en laissant les autres fréquences passer. Ce type de montage sert àfabriquerdes filtrescoupe-bande.De tels filtres permettent d’éliminer lebruitparasiteprovenantd’uneconduitedecourant électriqueà50Hz (ouà60HzenAmériqueduNord).

DescristauxpourunemeilleurerésonanceDécoupezcommeilconvientunetranchedecristaldequartz,sertissez-lededeuxbornesmétalliquesetenrobez-ledansunrevêtementhermétique:vousvenez de fabriquer un dipôle (composant comportant deux pôles) quirésonnera à une fréquence particulière, tout comme un circuit RLC. Lescristauxdequartz,aussiappeléssimplementcristaux,sontutilisésdanslescircuitsélectroniquespourproduireunsignalàunefréquencetrèsprécise.LaFigure8-9représentelesymboleducristaldansuncircuit(désignéparl’abréviationXTAL).

FIGURE8-9Cesymbole,enschématique,représenteuncristal.

Le fonctionnement d’un cristal dequartz repose sur unphénomène appeléeffetpiézoélectrique : quand une tension lui est appliquée d’une certainemanière, il vibre à une fréquence déterminée appelée fréquence derésonance. Si l’on cesse d’appliquer cette tension, le cristal continue devibrer pendant unmoment. Il produit alors une tension à la fréquence derésonance.

Ce phénomène est exploité dans les guitares électriques : des cristauxtransformentlesvibrationsmécaniquesdescordesensignauxélectriques,etcessignauxsontensuiteamplifiés.Enfin,sivousavezconnulesdisquesenvinyle, cela vous intéressera peut-être d’apprendre que l’effetpiézoélectriqueétaitaussicequipermettaitdetransformerlesondulationsdusillonenénergieélectrique.

La fréquence de résonance d’un cristal dépend de son épaisseur et de sadimension.Certainscristauxrésonnentàunefréquencedequelquesdizainesdekilohertz, d’autres àplusieursdizainesdemégahertz.Les cristaux sontplus précis et plus fiables que les montages de condensateurs etd’inducteurs, mais ils sont généralement plus coûteux. Des cristaux sontutilisés dans la fabrication des oscillateurs pour produire des signauxélectriquesàunefréquencetrèsprécise.Cesontdesoscillateursquirèglentle fonctionnementdesmontresàquartzetdescircuits intégrésnumériques(dont il sera question au Chapitre 11) et qui assurent la précision desappareilsderadiophonie.

Laprécisiond’uncristaldequartzestd’environ0,001%desafréquencede résonance (le supplément de prix est donc tout à fait justifié !). Vousentendrez peut-être parler aussi des résonateurs en céramique, quifonctionnent selon lemêmeprincipe, coûtentmoins cher,mais sontmoinsprécis.Leur tolérancede fréquence–c’est-à-dire lamarged’imprécisiondelafréquencederésonanceréelle–peutatteindre0,5%.Ilssontprésentsdansuncertainnombred’articlesd’électroniquegrandpublic(téléviseurs,appareilsphoto,jouets).

Aufildesbobines:lestransformateurs

Les inducteursutilisésdans lescircuitsaccordéssontblindéspourque lechampmagnétiquequ’ilsproduisentn’interfèrepasaveclefonctionnementdesautrescomposants.Danscertainscas,cependant,ondisposeexprèsdesbobinages non blindés l’un à côté de l’autre afin que leurs champsmagnétiques interagissent. Cette section explique en quoi consiste cetteinteractionetcommentvouspouvez l’exploiterutilement,avecunsystèmeélectroniqueappelétransformateur.

InteractionentrebobinesnonblindéesQuandonplacedeuxbobinesnonblindéesl’uneàcôtédel’autre,lechampmagnétiquecrééparlacirculationd’uncourantalternatifdansunedesdeuxbobines induit une tension dans cette bobinemais aussi dans l’autre. Leterme utilisé pour qualifier cet effet d’induction est celui d’inductancemutuelle, tandisque l’auto-inductance fait référence à l’effet d’inductiond’unetensiondanslabobineayantgénérélechampmagnétiqueinitial.Plusles deux bobines sont rapprochées l’une de l’autre, plus l’interaction estforte. L’inductance mutuelle peut s’ajouter à l’auto-inductance de chaquebobineous’yopposer,selon lespositionsrelativesdespôlesnordetsuddesinducteurs.

Si un circuit comporte une bobine non blindée et si cette bobine estdisposée à proximité d’une bobine non blindée appartenant à un autrecircuit,ilyaurainteraction.Enfaisantcirculeruncourantàtraversunedesbobines, on provoque l’induction d’une tension aux bornes de la bobinevoisine – même si celle-ci fait partie d’un circuit complètement séparé.C’estcequel’onappellel’actiondutransformateur.

Untransformateurestundispositifélectroniqueconstituédedeuxbobinesenroulées autour du même matériau, de telle sorte que leur inductancemutuelle soit maximale. Le courant qui traverse une des deux bobines,appelé courant primaire, induit aux bornes de l’autre bobine un courantsecondaire.Lerôledutransformateurestdetransférerl’énergieélectriqued’uncircuitàunautre.

LessymbolesrespectifsdutransformateuràairetdutransformateurànoyausolidesontreprésentéssurlaFigure8-10.

FIGURE8-10Symbolisationdutransformateuràairetdutransformateurànoyau

solide.

Isolerlescircuitsd’unesourced’énergieélectriqueThéoriquement,dansuntransformateur,silenombredespiresestlemêmedanslabobineprimaireetdanslabobinesecondaire,latensionauxbornesdelabobineprimaireserainduiteentotalitédanslabobinesecondaire.Onappellecetypedetransformateuruntransformateur1:1,enraisondelarelation « un pour un » entre les deux bobines (en réalité, aucuntransformateurn’estparfait,c’est-à-diresansperte:unepartiedel’énergieélectriqueseperdpendantcetransfert).

Les transformateurs1 :1sontaussiappelés transformateursd’isolement.Ilsserventgénéralementàassurerlaséparationélectriquededeuxcircuits,tout en permettant au signal alternatif d’un des deux circuits d’alimenterl’autre. Le premier circuit comporte la source d’alimentation électriquetandis que le second comporte le récepteur (au Chapitre 1, nous avonsdéfinilerécepteurcommeétantladestinationdel’énergieélectrique,c’est-à-direl’élémentquel’onveutfairefonctionnerendéfinitiveetquipeutêtre,par exemple, la membrane d’un haut-parleur). On isole un circuit pourréduirelerisquedechocélectriqueoupouréviterlesinterférencesentreuncircuitetunautre.

ÉleverouabaisserlatensionSi le nombre de spires du bobinage primaire d’un transformateur estdifférent du nombre de spires du bobinage secondaire, la tension induitedanscelui-ciseradifférentedelatensionauxbornesdubobinageprimaire.Lerapportentre lesdeuxtensionsseradéterminépar lenombredespires

de la bobine secondaire rapporté au nombre de spires de la bobineprimaire:

Us/Up=Ns/Np

Dans cette équation, Us est la tension induite aux bornes de la bobinesecondaire,Up est la tension aux bornes de la bobine primaire,Ns est lenombredespiresdelabobinesecondaireetNpestlenombredespiresdelabobineprimaire.

Supposons, par exemple, que la bobine secondaire soit constituéede 200 spires et la bobine primaire de 100 spires. Si l’on applique à labobineprimaireunetensionalternativeavecunetensiondecrêtede50V,latensiondecrêteinduiteauxbornesdelabobinesecondaireserade100V,soit deux fois la valeur de la tension de crête aux bornes de la bobineprimaire. Ce type de transformateur est appelé transformateur élévateur(outransformateursurvolteur),carilproduituneélévationdetension.

Au contraire, si la bobine secondaire est constituée de 50 spires, parexemple, et la bobine primaire de 100 spires, le même signal alternatifappliqué à la bobine primaire produira une tension de crête de 25V auxbornesde la bobine secondaire, soit lamoitié de la tensionprimaire.Onparleraalorsdetransformateurabaisseur(oudévolteur).

Dans un cas comme dans l’autre, la puissance appliquée à la bobineprimaire est transférée à la bobine secondaire. Cette puissance étant leproduit de la tension et de l’intensité (P=U x I), l’intensité du courantinduit dans la bobine secondaire est inversement proportionnelle à latension induite aux bornes de la bobine secondaire. Un transformateurélévateur élève donc la tension tout en réduisant l’intensité, tandis qu’untransformateurabaisseurabaisselatensiontoutenélevantl’intensité.

Lestransformateursélévateursetabaisseurssontutilisésdanslessystèmesde transmission de l’énergie électrique. L’électricité produite par unecentrale est élevée à des tensions supérieures ou égales à 110 kV (1 kV=1 000V) pour être transportée sur longue distance jusqu’à des stationssecondaires où la tension est abaissée pour permettre la distributiond’énergieélectriqueauxconsommateurs.

A

Chapitre9Levastemondedesdiodes

DANSCECHAPITRE:

» Découvrircequecontientunsemi-conducteur

» Fusionnerdeuxouplusieurssemi-conducteurspourcréerunediode

» Contraindrelecourantàcirculerdansunseulsens

ujourd’hui, les semi-conducteurs sont au cœur même de pratiquementtout système électronique important, du pacemaker programmable à lanavettespatiale.Ilestfascinantdeconstaterquec’estàcesminuscules

semi-conducteurs que l’on doit d’incroyables avancées dans lamédecinemoderne, l’exploration de l’espace, l’automatisation des procédésindustriels, le multimédia, les communications et bien d’autres domainesencore.

Letypedesemi-conducteur leplussimpleest ladiode.Ellepeutserviràtransmettre ou à bloquer le courant électrique, selon la façon dont onl’utilise.

Dans ce chapitre, vous allez découvrir les semi-conducteurs, ce qui faitqu’ils peuvent transmettre le courant et la façon dont on peut créer desdiodes en associant entre eux des semi-conducteurs. Vous comprendrezl’analogieentreunediodeetunevalve(etl’intérêtdecettecaractéristique)etvousverrezcommentexploiterlespropriétésdesdiodespourobtenirdesrésultatscaptivantsavecvoscircuits.

Quandlefaitd’êtreconducteurdevientunétatpassager

Quelque part entre les isolants et les conducteurs, il existe desmatériauxquisemblentnepasbiensavoirs’ilsdoiventconserver leursélectronsoules laisser circuler librement. Ce sont les semi-conducteurs, qui ont laparticularitédesecomporter tantôtcommedesconducteurs, tantôtcommedesisolants,selonlesconditionsauxquellesilssontsoumis.

Avecundispositif constituéde semi-conducteurscomme le siliciumou legermanium,vouspouvez,enjouantsurlatension,contrôleravecprécisionle flux des particules porteuses de charges électriques. En ajustant latensionentre lesdeuxbornesd’unediode,parexemple(voirFigure9-1),vouspouvezpermettreaucourantdecirculerdansunsenstoutenbloquantsacirculationdansl’autresens,àl’imagedufonctionnementd’unevalve.

FIGURE9-1Lesdiodessontdescomposantssemi-conducteursàdeuxbornes,

similairesauxrésistancesdupointdevuedeleurtailleetdeleurforme.

Doperlessemi-conducteursLes atomes des matériaux semi-conducteurs s’agrègent de façon trèsrégulière pour former des structures tridimensionnelles parfaites, lescristaux(Figure9-2).Lesatomesd’uncristalsontmaintenusensembleparunlienparticulierappelélaliaisoncovalente.Chaqueatomepartageaveclesautressesélectronsdescouchesexternes(appelésélectronsdevalence).

FIGURE9-2Desmatériauxsemi-conducteurscommelesiliciumcomportentdes

liaisonscovalentesfortesquimaintiennentensemblelesatomesdansunestructure

decristal(seulslesélectronsultrapériphériquesapparaissentici).

C’est précisément en raison de ces liens particuliers et du partage desélectrons que les cristaux semi-conducteurs se comportent la plupart dutemps comme des isolants. Chaque atome croit posséder davantaged’électrons de valence qu’il en possède réellement, et ces électrons secomportentcommes’ilsappartenaientàunegrandefamilled’électronsquise sentent bien là où ils sont et n’éprouvent pas le besoin de voyager(contrairementauxatomesde laplupartdesconducteursquin’ontsouventqu’unélectrondevalence,lequelesttrèssusceptibledepartirenbalade).

CréerletypeNetletypePIlestpossibledemodifierlespropriétésélectriquesd’unsemi-conducteurgrâceaudopage(pasdepanique,celan’arienàvoiraveclesstéroïdes).Ils’agitd’unprocessusquirelèved’undomainepassionnantdelaphysiqueetquejen’aborderaipasendétailici.Cequ’ilimportedesavoir,c’estqueledopagepermetd’obtenirdesvariantesdesemi-conducteurspossédantplus

d’électronsoumoinsd’électronsqu’unsemi-conducteurpur(selonletypededopage):

» Lessemi-conducteursdetypeNontplusd’électrons,qui

sonttraitéscommedesétrangersetnesontpasacceptés

danslesliaisonscovalentes.OnparledetypeNparceque

cesélectronsrejetés,quisedéplacentàl’intérieurdu

cristal,sontporteursdechargesnégatives.

» Lessemi-conducteursdetypePontmoinsd’électrons,

sibienqu’ilslaissentdestrousdanslastructureducristal.

Cestrousnedurentpaslongtempscarlesélectronsvoisins

viennentlesoccuper,maisenlaissantdestrousailleurs,

lesquels,àleurtour,sontrapidementoccupéspard’autres

électrons,laissantdenouveauxtrous,etainsidesuite.Il

s’ensuitquecestroussemblentsedéplaceràl’intérieurdu

cristal.Untrousignifiantl’absenced’unélectron,onpeutle

considérercommeunechargepositive.Onparledoncde

typePparcequecestroussontporteursdecharges

positives.

Le processus de dopage accroît la conductivité des semi-conducteurs.Quandonappliqueunesourcedetensionàunsemi-conducteur,qu’ilsoitdetypeNoude typeP, les électrons sedéplacent à travers lamatière et uncourantcirculedunégatifaupositif (pour lessemi-conducteursde typeP,onparled’undéplacementdes trousdupositifvers lenégatif).Les semi-conducteurs se comportent alors comme des conducteurs, permettant aucourantdecirculerquandunetensionestappliquée.

CréerdescomposantsenassocianttypeNettypePLeschosessecompliquentquandonfusionnedessemi-conducteursdetypeNet de typeP avant d’appliquer une tension à la jonctionP-N. Selon lesensdanslequellatensionestappliquée,ilyauraounonuncourant.Sil’on

branche la borne positive d’une pile au matériau de type P et la bornenégativeaumatériaudetypeN,uncourantcirculera(danslamesureoùlatension appliquée sera supérieure à un certain niveau plancher). Si l’oninverse les polarités de la pile, il n’y aura pas de courant (à moins den’appliquerqu’unetensiontrèsélevée).

La façon précise dont les semi-conducteurs de type N et de type P sontassociésdétermineletypededispositifqu’ilsforment,ainsiquelamanièredont le courant circulera ou ne circulera pas quand une tension seraappliquée. La jonction P-N est le fondement de l’électronique à semi-conducteurs, qui comprend les systèmes électroniques constitués dematériauxsolidesetfixes,paroppositionauxtubesàvideetauxdispositifsavecpartiesamovibles(disquesmécaniquesetbandesmagnétiquesutiliséspourstockerdel’information).Dansledomainedel’électronique,lessemi-conducteursontlargementremplacélestubes.

UnediodeàjonctionUnediodeàsemi-conducteurestundipôleconstituéd’unesimplejonctionP-N (voir Figure 9-3). Une diode se comporte comme une valve à sensunique : elle ne laisse passer le courant que dans un sens quand elle estsoumiseàunetension.Onditparfoisqu’unediodepermetderedresserunetension.

FIGURE9-3Unediodeestconstituéed’uneuniquejonctionP-N.

Dansunediode,lecôtéPd’unejonctionP-Nestl’anode,etlecôtéNestlacathode.Avec la plupart des diodes, quand on applique une tension pluspositive à l’anode et une tension plus négative à la cathode, le courantcirculede l’anodevers lacathode.Si l’on inverse la tension, ladiodenelaisserapaslecourantlatraverser(lesdiodesZenerfontexception:pour

plusdedétails,voirplusloindanscechapitre).

Enélectronique,lecourantfaitréférenceaucourantconventionnel,quiestl’opposé du flux réel des électrons. Par conséquent, quand on dit que lecourant(conventionnel)circuledel’anodeverslacathode,lesélectronssedéplacentdelacathodeversl’anode.

Lajonctionàl’intérieurd’unediodepeutêtrecomparéeàunmonticule,etlecourantàunballonquel’onessaieraitdefairepasserd’uncôtéàl’autre.Ilestfaciledefairedescendreleballon(del’anodeàlacathode),maisilesttrèsdifficiledelefaireavancerdansl’autresens.

Lesdiodessontcylindriques,commelesrésistances,maisellesnesontpasaussibariolées.Laplupartportentunesimplemarqueàuneextrémité,pourindiqueroùsetrouvelacathode(voirFigure9-1).SurlessymbolesdelaFigure 9-4, l’anode est symbolisée par la partie gauche (le triangleconstituantlatêtedelaflèche)etlacathodeparlapartiedroite.

PourlesdiodesnormalesetlesLED,laflèchepointedansladirectionducourant (conventionnel) (dans les diodes Zener, le courant circule dansl’autresens).

FIGURE9-4Lessymbolesdesdifférentstypesdediodesàsemi-conducteur.

DiodesetpolarisationPolariser une diode consiste à lui appliquer une tension, dite tension depolarisation,entrel’anodeetlacathode,detellesortequeladiodelaissepasserlecourantdel’anodeverslacathode,ouaucontrairelebloque.Onadoncdeuxmodesdefonctionnementpossiblespourunediodenormale:

» Lapolarisationdirecte(conductrice)consisteà

appliquerentrel’anodeetlacathodeunetensionpositive

suffisammentfortepourqueladiodes’allume(etconduise

lecourant).

Latensionminimumnécessaireestappeléetensiondirecte,

etsavaleurdépenddutypedediode.Pourunediodeen

silicium,latensiondirecteestgénéralementd’environ0,6à

0,7V,tandisquepourunediodeélectroluminescente,elle

estcompriseentre1,5et4,6V(selonlacouleur:vérifiezles

marquesdecouleursurlesdiodesquevousutilisezdans

voscircuits).

Quandunediodeestpolariséedefaçondirecte,lecourant,

appelécourantdirect,circulefacilementàtraversla

jonctionP-N,del’anodeverslacathode.Onpeutaccroître

l’intensitédececourant(jusqu’àl’intensitémaximum

qu’ellepeutsupportersansrisque),maislachutede

tensiondirectevarieradansunemoindreproportion.

» Lapolarisationinverse(nonconductrice)consisteà

appliquerentrel’anodeetlacathodeunetensioninverse,ce

quiempêchelacirculationducourant(enréalité,ilcircule

uncouranttrèsréduit,d’uneintensitédel’ordreduμA).

Silatensioninversedépasseunecertainevaleur(en

général,50Vouplus),ladiode«claque»etlecourant

inversesemetàcirculerdelacathodeversl’anode.La

tensioninversedeclaquageestappeléetensioninversede

crête(TIC).

LaFigure9-5représenteunediodepolariséeenmodedirect,quilaisselecourant circuler à travers une lampe, et une diode polarisée en modeinverse,quiempêchelecourantdecirculer.

Engénéral,onnepolarisepasdélibérémentunediodeen inverse (saufsil’on utilise une diode Zener, voir plus loin dans ce chapitre). Cela peutarriverdefaçonfortuite,sil’onorienteladiodedefaçonincorrectedansuncircuit (voir plus loin dans ce chapitre). Dans ce cas, ne vous inquiétezpas :vousne risquezpasd’endommager ladiode,et ilvoussuffirade la

réorientercorrectement(enrevanche,sivousdépassezlatensioninversedecrête, vous risquez de laisser passer un courant inverse trop fort etd’endommagerd’autresélémentsdevotrecircuit).

FIGURE9-5Danscecircuit,lapilesituéeàgauchepolariseladiodeenmodedirectet

lecourantalimentelalampe.Quandlespolaritésdelapilesontinversées(àdroite),la

diodeestpolariséeenmodeinverse,cequiempêchelecourantdecirculer.

Quandune diode est soumise à une tension faible (inférieure à la tensiondirecte)oun’estsoumiseàaucunetension,elleestnonpolarisée.

Enélectronique,letermedepolarisationfaitréférenceàuncourantcontinuappliqué à un circuit pour qu’il fonctionne d’une façon déterminée. Lesdiodesetlestransistors(voirChapitre10)sontdesélémentsnonlinéaires,ce qui signifie que dans ces éléments, la relation entre tension et courantn’est pas constante : elle varie selon les différentes plages possibles detensionetd’intensité.Lesdiodeset les transistorsne sontpas comme lesrésistances, qui, elles, présentent une relation linéaire (constante) entre latensionetl’intensitéducourant.

QuandlecouranttraverseladiodeLorsque le courant traverse une diode, la chute de tension directe auxbornes de la diode reste à peu près constante, même si l’on augmentel’intensité du courant direct. Avec la plupart des diodes en silicium, parexemple, la tension directe est comprise entre 0,6 et 0,7Vpour un vasteintervalled’intensités.Sivousanalysezuncircuitcomportantunediodeensilicium(commeceluidelaFigure9-5),vouspouvezsupposerquelachutede tension à travers la diode est d’environ 0,7 V, même si la tensiond’alimentation passe de 6 à 9V.Une hausse de la tension d’alimentationentraîneuneaugmentationdel’intensitéducourantàtraverslecircuit,mais

lachutedetensionrestelamêmeauxbornesdeladiode,parconséquentlesurcroîtdetensiond’alimentationestabsorbéparlalampe.

Naturellement, tout composant électronique a ses limites. Si le couranttraversantunediodedevient tropfort,celle-cichauffera, jusqu’aumomentoùlajonctionseradétériorée.Ilconvientdoncd’êtreprudentetdenepasdélivrerunetensiond’alimentationtropforte.

Lavaleurd’unediodeContrairement aux résistances et aux condensateurs, une diode n’agénéralement pas une valeur déterminée. Elle ne fait qu’autoriser oubloquerlecourant,sanschangerlaformenil’ampleurdufluxd’électrons.Toutes les diodes ne sont cependant pas égales.Les diodes standard sontévaluéessurlabasededeuxprincipauxcritères,latensioninversedecrêteetl’intensité:

» Lecritèredelatensioninversedecrêteindiquela

tensioninversemaximumqueladiodepeutsupporter

avantdeclaquer.Ainsi,parexemple,siladiodeportela

mention100V,ilconvientdenepasl’utiliserdansuncircuit

oùelleseraitsoumiseàunetensionsupérieureà100V(les

concepteursdecircuitsprévoientdesmargesdesécurité

considérablespourtenircomptedespointesetautres

incidents,sibienqu’ilestcourantd’utiliserunediodede

redressementde1000Vdetensioninversedecrêtedans

descircuitsalimentésen220Valternatif).

» Lecritèreducourantindiquelecourantdirectmaximum

queladiodepeutsupportersanssubirdedommages.Une

diodeportantlamention3Anepeutpassupporterune

intensitésupérieureà3ampèressanssurchaufferet

claquer.

Identificationdesdiodes

LesdiodesfabriquéesenAmériqueduNordsontgénéralement identifiéesparuncodenumériquestandardàcinqousixcaractères.Lesdeuxpremierssont toujours « 1N » pour les diodes, le « 1 » spécifiant le nombre dejonctions P-N, le «N » signifiant semi-conducteur, et les trois ou quatreautres signes indiquant des caractéristiques particulières de la diode. Unexemple classique est celui de la série des diodes de redressementidentifiées par les codes 1N40xx, le code xx pouvant prendre lesvaleurs00,01etainsidesuitejusqu’à08.L’ampéragenominalestde1Aavec une tension inverse de crête comprise entre 50 et 1 000V, selon lavaleur xx. Pour une diode de redressement 1N001, par exemple, lesspécificationssont1Aet50V,etpourunediode1N008,1Aet1000V.Pourlasérie1N54xx,l’ampéragenominalestde3AavecuneTICde50à1 000 V. Vous pouvez trouver cette information dans les catalogues decomposants électroniques ou les cross-reference books de diodes,généralementdisponibleenligne(uncross-referencebookpermetdesavoirquels composants peuvent en remplacer d’autres lorsqu’un composantspécifiésurunschémadecircuitn’estpasdisponible).

Il est intéressantde savoirque les codes couleur figurant sur l’emballagedes diodes sont parfois lesmêmes que ceux des résistances, sauf que lecodenecorrespondpasàunevaleur,maisdonnelenumérod’identificationdusemi-conducteur.Ainsi,parexemple, lecode«marron-orange-rouge»correspond à la série 1-3-2, ce qui signifie qu’il s’agit d’une diode engermanium 1N132 (voir le tableau des codes couleur des résistances auChapitre5).

Dansquelsensçasebranche?Dans un circuit, il est très important d’orienter correctement les diodes(voir plus loin). La bande de couleur ou autre marque sur l’emballageindiquelacathode,c’est-à-direlabornenégativedeladiode.

Vouspouvezaussidéterminerlabonneorientationdeladiodeenmesurantsarésistance(avantdelamettredanslecircuit)àl’aided’unohmmètreoud’unmultimètre(voirChapitre16).

La résistanced’unediode est faible quand elle est polarisée endirect, etfortequandelleestpolariséeeninverse.Sivousbranchezlabornepositivedevotreappareildemesuresurl’anodeetlabornenégativesurlacathode,la diode sera polarisée en direct (en effet, utilisé pour mesurer larésistance,unmultimètredélivreunelégèretension).Vouspouvezmesurer

larésistancedeuxfois,eneffectuantlebranchementdansunsenspuisdansl’autre.Lamesurelaplusfaibleindiqueralapolarisationdirecte.

Comme lesvalves à sensunique, lesdiodesne laissentpasser le courantquedansunsens.Sivousinsérezunediodeàl’enversdansuncircuit,soitlecircuitnefonctionnerapas(iln’yauraaucuncourant),soitvousrisquezd’endommager certains composants (en dépassant la tension inverse decrête et en faisant circuler un courant dans le mauvais sens, ce qui peutdétériorer les condensateurs électrolytiques par exemple). Notez toujoursl’orientation d’une diode. Mieux vaut vérifier deux fois, on n’est jamaistropprudent!

UtiliserdesdiodesdanslescircuitsIl existe différents types de diodes à semi-conducteur pour différentesapplications.

RedresserlecourantalternatifLaFigure9-6représenteuncircuitconstituéd’unediodeensilicium,d’unerésistance et d’une source d’alimentation alternative. Remarquezl’orientationdeladiodedanslecircuit:l’anode(bornepositive)estreliéeàlasourced’alimentation.Ladiodeconduitlecourantsielleestpolariséeendirect,passielleestpolariséeen inverse.Quandlasourcealternativeestpositive(etfournitunetensiond’aumoins0,7Vpourpolariserendirectladiodeà silicium), ladiodeconduit le courant ;quand la source fournitmoins de 0,7 V, la diode bloque le courant. La tension de sortie est uneversionpartiellede la tensiond’entrée : ellene comprendque lapart dusignald’entréesupérieureà0,7V.

FIGURE9-6Danscecircuit,ladiode«supprime»lapartienégativedelatension

d’alimentation.

Sil’orientationdeladiodeestinversée,ilseproduitlecontraire,latensiondesortienereprendquelapartienégativedelatensiond’alimentation:

» Lorsquelatensiond’alimentationestpositive,ladiodeest

polariséeensensinverseetiln’yapasdecourant.

» Lorsquelatensiond’alimentationestnégativeetsuffisante

(àpartirde–0,7V),ladiodeestpolariséeensensdirectet

lecourantcircule.

Lesdiodesutiliséesdecettefaçon,c’est-à-direpourtransformeruncourantalternatif en un courant continu variable, sont appelées diodes deredressementouredresseurs.Elles supportentgénéralementdes intensitésdecourantpouvantallerdequelquescentainesdemilliampèresàquelquesampères,soitbienplusquelesdiodesdesignalquisontconçuespourdescourants jusqu’à 100 mA. Les diodes de redressement sont utiliséesessentiellementdedeuxmanières:

» Redressementsimplealternance:L’utilisationd’une

diodederedressementuniquepermetdetransformerla

moitiédusignalalternatifencourantcontinu.

» Redressementdoublealternance:Lemontagede

quatrediodessousformed’unpontderedressement

permetdetransformerlesdeuxparties(négativeet

positive)dusignalalternatifensignalpositif(voirFigure9-

7).Ils’agitdupremierstaded’unprocessusd’alimentation

encourantcontinu.

Lespontsderedressementsontdesarticlescourants.Ilen

existesousformed’élémentuniqueàquatrebornes(deux

pourlecourantalternatifd’alimentationetdeuxpourle

courantcontinudesortie).

FIGURE9-7Dansunpontderedressement,quatrediodestransformentlecourant

alternatifencourantcontinuàondulations.

RégulationdelatensionavecdesdiodesZenerLadiodeZener est une diode d’un type particulier, qui atteint sa tensiond’avalancheàunniveaudetensionplusfaiblequelesautresdiodes.Sielleestpolariséeeninverseetsilatensionàlaquelleelleestsoumisedépasselatensiond’avalanche,ladiodeZenerdevientconductriceensensinverse(de la cathode vers l’anode). Quand on continue d’augmenter la tensioninverseau-delàdelatensiond’avalanche,ladiodedevientdeplusenplusconductrice,toutenmaintenantunechutedetensionstable.

PourlesdiodesZener,ilconvientdenepasoublierlesdeuxparticularitéssuivantes:

» Latensiond’avalanche,outensiondisruptiveoutension

declaquage,estlatensioninverseàpartirdelaquellela

diode«claque»etdevientconductrice.Latensionde

claquage,contrôléeparleprocessusdepolarisationdu

semi-conducteur,peutêtrecompriseentre2,4Vet

plusieurscentainesdevolts.

» L’indicationdepuissancedonnelapuissancemaximum

(tensionxintensité)queladiodeZenerpeutsupporter

(mêmeunediodeconçuepour«claquer»peutréellement

claquersielleestsoumiseàunepuissanceexcessive).

LesymboledeladiodeZenerdansuncircuitestreprésentésurlaFigure9-4.

L’intérêt des diodes Zener est qu’elles maintiennent une tension inverseconstante,même lorsque le courant varie.Elles servent donc à réguler latension dans un circuit. Dans celui de la Figure 9-8, par exemple, unesource continue de 9 V alimente un récepteur, et une diode Zener estdisposée de telle sorte que la tension continue dépasse la tensiond’avalanche qui est de 6,8 V. La tension résiduelle est absorbée par larésistance(quisertàlimiterlecouranttraversantladiodepourquecelle-cinesoitpassoumiseàunepuissancetropforte).

FIGURE9-8Danscecircuit,ladiodeZenerstabiliselatensionauxbornesdurécepteur.

Uneprécisionimportante:silatensiond’alimentationoscilleautourdesavaleurnominalede9V,l’intensitéducouranttraversantlecircuitfluctueramais la tension aux bornes du récepteur ne variera pas : elle semaintiendra à 6,8 V. La diode Zener autorise les fluctuations du courant,mais elle stabilise la tension, alors que la tension aux bornes d’unerésistancevarieenfonctiondel’intensitéducourant.

Unéclairagesurlesdiodes

électroluminescentesTouteslesdiodes,lorsqu’ellessontpolariséesdanslesensdirect,libèrentde l’énergie sous forme de lumière.Une diode standard au silicium émetdesrayonsinfrarougesquinesontpasvisiblesparl’œilhumain.Lesdiodesinfrarouges servent à faire fonctionner les télécommandes d’appareilsélectroniquestelsquetéléviseursoulecteursdeDVD.

Les diodes électroluminescentes visibles (souvent appelées LED) sontspécialementconçuespourémettreunegrandequantitédelumièrevisible.Selonlematériausemi-conducteurutilisé,onpeutfabriquerunediodequiémettra une lumière rouge, orange, jaune, verte, bleue, voire blanche oumême rose (en 2014, le prix Nobel de physique a été décerné auxchercheurs Akasaki, Amano et Nakamura pour leur invention de la LEDbleuedanslesannéesquatre-vingt-dix).UneLEDbicoloreoutricoloreestenréalitéconstituéededeuxoutroisdiodesdifférentes.

Les symboles couramment utilisés pour les LED sont représentés sur laFigure 9-4. Il convient de noter que la flèche qui pointe vers l’extérieurreprésentelalumièrevisibleémiseparladiode.

Unediodedecetypeestprotégéeparunenrobageenplastiqueconçupourdiriger la lumière dans une direction particulière. Le fil conducteur quiprolonge la cathode est plus court que celui qui prolonge l’anode.Comparéesauxampoulesàincandescenceclassiques,lesLEDontuneplusgrande longévité et unmeilleur rendement, elles chauffentmoins, et ellesatteignentbienplusvite leurbrillancemaximale.Elles sontutiliséesdansles indicateurs de changement de direction des automobiles (lesclignotants),leslampesdetravailetlesguirlandeslumineusesainsiquelesphares des automobiles, les horloges numériques et autres appareils àaffichagelumineux,etlesécransdetélévisionàhautedéfinition.

LaFigure9-9montreuneLEDunicolore.Labornecourteestgénéralementreliéeàlacathode(partienégative).Lacathodepeutaussiêtreidentifiéeenregardantàtraverslaprotectionenplastique:l’armaturemétalliquelaplusgrande est la cathode, et la plus petite est l’anode (c’est bon à savoir,surtoutsivousavezraccourcilesbornesducomposant).

LesspécificationsdesLEDsontlesmêmesquecellesdesautresdiodes,sice n’est qu’elles admettent généralement une intensité et une TIC moinsfortes.Engénéral,laTICestautourde5Vetl’intensitémaximumspécifiéeestinférieureà50mA.Traverséeparuncouranttropfort,uneLEDgrille.

Latensionensensdirectvariede1,5VpouruneLEDinfrarougeà3,4Vpour une LED bleue. Pour les LED rouges, jaunes et vertes, la tensiondirecte est généralement proche de 2,0 V. Chaque fois que vous devezutiliseruneLED,vérifiezbienlesspécifications.

FIGURE9-9SuruneLEDunicoloreclassique,lacathode(bornenégative)estreliéeàl’armaturelaplusgrandeàl’intérieurdelaprotectionenplastiqueetàlabranchela

pluscourte(saufsil’onraccourcitlesextrémités).

L’intensitémaximumspécifiéepouruneLEDfaitgénéralementréférenceaucourantdirectmaximum,ànepasconfondreavec lecourantdecrête oucourant pulsatoire. Le courant de crête, plus élevé que le courant directmaximum,estlecourantmaximumabsolupouvanttraverserlaLEDpendantun laps de temps très court. Quand on dit court, ici, on parle demillisecondes. Si vous confondez le courant direct et le courant de crête,vousrisquezderuinervotreLED.

Ne branchez jamais une LED directement sur une source d’alimentationélectrique,ellegrillerait instantanément.Branchezplutôtunerésistanceensérie avec laLED,afinde limiter le courantdirect.Dans le circuit de laFigure9-10,parexemple,unepilede9ValimenteuneLEDrouge.Lachutede tension directe aux bornes de la LED est de 2,0 V et elle tolère uneintensité maximum de 24 mA. La chute de tension aux bornes de larésistance est la différence entre la tension d’alimentation et la tensiondirecte aux bornes de la LED, soit 9V – 2V = 7V. La question est desavoirquellerésistancepermetdelimiterlecourantà24mA(soit0,024A)oumoinsquandla tensionauxbornesde larésistanceestégaleà7V.Onapplique donc la loi d’Ohm (voir Chapitre 6) pour calculer la valeurminimumquedoitavoircetterésistance:

FIGURE9-10N’oubliezpasdebrancherunerésistanceensérieaveclaLED,pourlimiterlecouranttraversantcelle-ci.

Vous ne trouverez sans doute pas une résistance ayant précisément cettevaleur. Vous choisirez donc une résistance standard de valeur supérieure(330ou390Ω)pour limiter lecourantunpeuplus,plutôtquepasassez.Avecunerésistancedevaleurinférieure(270Ω),l’intensitédépasseraitlemaximumspécifié.

AllumeruneLEDLecircuitdelaFigure9-11sertàillustrerlefonctionnementd’uneLED.IlvouspermetdevoircommentuneLEDs’allume,s’éteintetbrilledavantagequandlecourantdevientplusfort.

Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9Vetunconnecteur

» Unerésistancede470Ωetde¼deWauminimum(jaune-

violet-marron)

» Unpotentiomètrede10kΩavecdesboutsdefilattachés

» UneLEDrouge,jauneouverte(den’importequelletaille)

FIGURE9-11UtilisezcecircuitpourallumeretéteindreuneLEDetpourfairevarier

l’intensitédesalumière.

» Aumoinsuncavalier

» Uneplaqued’essaissanssoudure

PourvoircommentuneLEDs’allume,s’éteintetbrilledavantagequandlecourantdevientplusfort,procédezcommesuit:

1. Réglezlepotentiomètrede10kΩsurzéro.

Réglezvotremultimètresurlapositionohmmètreet

branchezsessondesauxbornesdupotentiomètre,en

veillantàrelierensembledeuxdesbornesdecelui-ci.

Tournezlevariateurdupotentiomètrecomplètementdans

unsensoudansl’autre,jusqu’àlireunerésistancede0Ω(àpeuprès).

2. RéalisezlemontagedelaFigure9-12.

Lesdeuxmêmesbornesdupotentiomètredoiventrester

réuniespourquelarésistancedupotentiomètredansle

circuitsoitde0Ω.Prenezsoind’orientercorrectementla

diode,enreliantlacathode(bornenégative)àlaborne

négativedelapile(n’oubliezpasqu’àl’intérieurdela

protectionenplastique,lacathodeestpluscourteque

l’anodeetquesonarmatureestplusgrande).

3. Réglezvotremultimètresurlapositionvoltmètre,sur

DCetsuruneplagede10V,etbranchezlesélectrodes

detestauxbornesdelaLED(lefilrougesurl’anodeet

lefilnoirsurlacathode).

FIGURE9-12Entournantleboutondupotentiomètre,vousfaitesvarierlatensionauxbornesdela

LED.Quandcettetensiondevientsupérieureà2V,laLEDs’allume.

LaLEDs’allume-t-elle?Quelletensionl’appareilaffiche-t-il?

LatensionauxbornesdelaLEDdevraitêtredequelques

millivoltsseulement,unevaleurinsuffisantepourquecelle-

cis’allume.

4. Tournezlentementlevariateurdupotentiomètreen

observantlaLED.Dèsqu’elles’allume,cessezde

tourner.

Lisezcequ’indiquelemultimètre.Latensionest-elleproche

de2V?

5. Continuezdefairevarierlepotentiomètretouten

observantlaLED.

Quesepasse-t-il?(ladiodedevraitdevenirpluslumineuse).

6. Faitesvarierlepotentiomètrejusqu’à10Ωetobservez

l’intensitédelaLED.Notezlatensionaffichéeparle

multimètre.

LatensionauxbornesdelaLEDa-t-ellenotablementchangé

quandl’intensitélumineuseaaugmenté?

Afin de comprendre pourquoi la LED était éteinte alors que lepotentiomètreétait réglésur10kΩetpourquoielles’estalluméeensuite,quandvousavezréduitlarésistancedupotentiomètre,supposonsquevousretiriezlaLED.Lecircuitestundiviseurdetension(voirChapitre6),etlatensionauxbornesdupotentiomètre(résistanceR2),quiestlamêmequ’auxbornes de la LED, peut être calculée en multipliant le rapport desrésistancesparlatensiond’alimentation:

Quandlarésistancedupotentiomètreestde0Ω,latensionauxbornesdelaLED est nulle. À mesure qu’on augmente R2 (la résistance dupotentiomètre),latensionauxbornesdelaLEDaugmente.QuandR2atteint

unecertainevaleur,latensionauxbornesdelaLEDdevientsuffisantepourquecelle-cis’allume.ULEDatteintàpeuprès2,0VquandR2atteint134Ωenviron(dansl’équationquiprécède,remplacezR2par134,pourvoir!).

Il se peut, bien entendu, que la LED dont vous disposez s’allume à unniveau de tension légèrement différent de 2,0 mais comprisentre1,7et2,2V.Enmesurantlarésistancedupotentiomètre(aprèsl’avoirretiré du circuit) au point où la LED s’allume, vous pouvez obtenir unevaleurderésistanceunpeuplusfaibleouplusforteque134Ω.

PourvoirquelcouranttraverselaLED,vouspouvezaussiprocédercommesuit:

1. Ouvrezlecircuitentrelacathode(bornenégative)de

laLEDetlabornenégativedelapile.

2. Réglezvotremultimètresurlamesuredel’intensité

d’uncourantcontinu(DC),etbranchez-leensérieavec

laLEDenl’insérantlàoùvousavezouvertlecircuit.

Veillezàcequelabornerougedevotremultimètresoit

reliéeàlacathodedelaLEDetlabornenoireàlaborne

négativedelapile,afind’effectuerunemesurepositivedu

courant.

3. Commencezavecunpotentiomètreréglésur0Ω.À

mesurequevousaugmentezcettevaleur,observezla

valeuraffichée.

Notezl’intensitéaffichéeaumomentoùlaLEDs’allumepourlapremièrefois. Ensuite, continuez de réduire la résistance du potentiomètre etobservez ce qu’affiche le multimètre. Vous devriez voir l’intensité ducourantaugmenterjusqu’àplusde14mA,àmesurequelalumièredevientplusvive.

Sivousdisposezdedeuxmultimètres,mesurezsimultanémentlatensionauxbornes de la LED avec l’un des deux (réglé sur lamesure d’une tensioncontinue),etl’intensitéducouranttraversantlaLEDavecl’autre(réglésurlamesuredel’intensitéd’uncourantcontinu).VousdevezremarquerquelaLEDs’allumequandlatensiondevientvoisinede2Vetquel’intensitédu

courant qui la traverse est alors extrêmement réduite.Àmesure que vousaugmentez cette intensité, la LED brille davantage, mais la tension à sesbornesresteassezstable.

AutresutilisationsdesdiodesDanslescircuitsélectroniques, lesdiodespeuvent trouverdiversesautresapplications,entreautres:

» Laprotectioncontrelessurtensions:Unediode

montéeenparallèleavecunéquipementélectronique

sensibleprotègecelui-cicontrelespicsdetension

importants.Ladiodedoitêtreplacée«àl’envers»,detelle

sortequ’ellesoitnormalementpolariséeensensinverseet

qu’ellefassel’effetd’uncircuitouvert.Cependant,dansdes

circonstancesparticulières,notammentencasdepicde

tensionimportant,ladiodesepolarisedanslesensdirect.

Ellelimitealorslatensionauxbornesdel’équipement

sensibleetdévielecourantenexcèsverslaterre.Ainsi,

l’équipementenquestionn’estpasendommagé(ladiode,

elle,n’apastoujourscettechance).

» Laconstructiondeportailslogiques:Lesdiodessont

lesélémentsessentielsdecircuitsspécialisésappelés

circuitslogiques,quitraitentdessignauxconstitués

uniquementdedeuxniveauxdetensionservantà

représenterl’informationbinaire(allumé/éteint,haut/bas,

ou1/0)danslessystèmesnumériques.Lescircuits

logiquesserontabordésunpeuplusendétailau

Chapitre11.

» Lecourantpiloté:Lesdiodessontparfoisutiliséesdans

lesonduleurspouréviterquelecourantsoittirédes

accumulateursdesecoursdanslescirconstances

normales,toutenpermettantqu’ilsoittirédeces

accumulateursencasdecoupuredusecteur.

P

Chapitre10Destransistorsextrêmementdoués

DANSCECHAPITRE:

» Révolutionnerl’électroniquegrâceauminusculetransistor

» Comprendrelerôled’untransistor

» Utiliserdestransistorspourouvriretfermerdescontacts

» Gérerlessignauxgrâceauxtransistors

ourriez-vous aujourd’hui imaginer ce que serait le monde sans cesincroyables composants que l’on appelle les transistors ? Votretéléphone portable aurait les dimensions d’unemachine à laver, votre

ordinateurrempliraittoutlevolumedevotreséjour,votrebaladeurMP3neseraitencorequ’unsimplerêve,etvosactionsApplenevaudraientriendutout.

Lestransistorssontaucœurdepratiquementtoutappareilélectronique.Ilsne prennent pas beaucoup de place, mais ils travaillent beaucoup sansdemander grand-chose en échange, sans produire beaucoup de chaleur etsans avoir trop tendance à claquer. Généralement considéré commel’innovationtechniquelaplusimportanteduXXesiècle,letransistoraétémis au point pour remplacer le tube électronique (ou lampe), qui avaitpermis la fabrication en sériedespremiers appareils électroniques, de laradio à l’ordinateur,mais qui présentait quelques inconvénients notables.C’est le transistorquiapermis laminiaturisationdel’électronique,etparsuite, l’apparition du téléphone portable, du baladeur, des systèmesGPS,des stimulateurs cardiaques implantables, et de bien d’autres appareilsencore.

Danscechapitre,vousallezapprendredequoisontfaits lestransistorsetquel est le secret de leur succès. Vous allez découvrir la façon dont ilsamplifient de tout petits signaux et la manière dont on peut les utilisercomme des commutateurs microscopiques. Enfin, vous allez observerdirectementleurfonctionnement,enassemblantunoudeuxcircuitssimplestransistorisés.

Lestransistors,riendemieuxcommeinterrupteursetcommeamplificateurs

Dans un circuit électronique, les transistors ont essentiellement deuxfonctions, celle d’interrupteurs et celle d’amplificateurs, mais ces deuxfonctions sont à la base même du fonctionnement de tout le reste. Voicipourquoicesfonctionssontsiimportantes:

» Interrupteurs:Lepouvoirdefermeretd’ouvrirlecircuit,

c’est-à-dired’allumeretd’éteindre,estlepouvoirde

contrôlerlacirculationdesélectrons.Endisposantdivers

interrupteursdefaçonjudicieuse,onpeutconstruiredes

circuitstrèsélaborés.

» Prenonsl’exempleduréseautéléphoniquecommuté:en

composantunnumérodedixchiffres,vouspouvezentrer

enrelationavecn’importequidanslemondeentier.

Songezaussiàl’Internet:c’estgrâceàdesinterrupteursou

àdescommutateursquevouspouvezaccéderàunsite

InternethébergédansleWisconsin,auxÉtats-Unis,alors

quevousêtesassisdansuntrainquivousemmènede

ParisàBruxelles.Parmilessystèmesdontle

fonctionnementestbasésurlesinterrupteurs,onpeut

citeraussilesordinateurs,lesfeuxdesignalisation,le

réseaudedistributionélectrique,etc.C’estdiresila

fonctiondesinterrupteursestessentielle.

» Amplificateurs:Àpartirdumomentoùvouspouvez

amplifierunsignalélectrique,vouspouvezstockeret

transmettredessignauxdefaibleampleuretlesmodifier

pourproduireuneffetparticulier.

» Ainsi,parexemple,lesondesradiotransmettentdepetits

signauxaudiosurdelonguesdistances,etc’està

l’amplificateurdevotrechaînestéréoquerevientlerôlede

grossircessignauxdetellesortequ’ilsfassentvibrerles

membranesdeshaut-parleursetquevousentendiezle

son.

Avantl’inventiondutransistor,cesfonctionsd’ouvertureetdefermeturedecircuitsetd’amplificationétaientassuréespardestubesàvide.AudébutduXXe siècle, ces tubes électroniques étaient considérés comme la plusgrande merveille de l’électricité. Puis sont arrivés Bardeen, Brattain etShockley,quiontmontréaumondeentierquedetoutpetitstransistorssemi-conducteurs pouvaient jouer lemême rôle, etmême, fairemieux (et pourmoinscher).L’inventiondutransistoravaluàcestroisdécouvreursleprixNobeldephysiqueen1956.

De nos jours, les transistors sontmicroscopiques, ils n’ont aucune partiemobile, ils sont fiables et consomment considérablementmoins d’énergieque les tubes à vide qui les avaient précédés (un certain nombred’audiophilespensentcependantquelestubesoffrentunemeilleurequalitédeson).

Lesdeuxtypesdetransistorslespluscourantssontlessuivants:

» Lestransistorsbipolairesàjonction

» Lestransistorsàeffetdechamp

LaFigure10-1montrelessymbolescommunémentutiliséspourreprésenterlesdifférentstypesdetransistors.Lessectionsquisuiventétudientplusendétaillestransistorsbipolairesetlestransistorsàeffetdechamp.

LestransistorsbipolairesàjonctionUndespremierstransistorsinventésétaitletransistorbipolaireàjonction(TBJ).C’estletypedetransistorqu’utilisentleplussouventlespassionnésqui bricolent des circuits dans leur garage.UnTBJ est constitué de deuxjonctions P-N qui ont été fusionnées pour former une structure à troiscouches,commeunsandwich.CommecelaestexpliquéauChapitre9,unejonction P-N est une frontière entre deux types différents de semi-conducteurs : un semi-conducteur de type P, contenant des vecteurs decharges positives (des trous) et un semi-conducteur de typeN, contenantdesvecteursdechargesnégatives(desélectrons).

FIGURE10-1Symbolesdestransistorsbipolairesàjonctionetdestransistorsàeffet

dechamp,aveclenomdeleursbornes.

À chacune des trois sections d’un transistor est fixée une connexion. Lestrois connexions sont appelées la base, le collecteur et l’émetteur. Ondistinguedeuxtypesdetransistorsbipolaires(voirFigure10-2):

» LetransistorNPN:Unecouchefinedesemi-conducteur

detypePentredeuxfragmentsplusépaisdesemi-

conducteurdetypeN,avecunebrochereliéeàchaque

section.

» LetransistorPNP:Unecouchefinedesemi-conducteur

detypeNentredeuxfragmentsplusépaisdesemi-

conducteurdetypeP,avecunebrochereliéeàchaque

section.

Pour l’essentiel, le transistor bipolaire comporte deux jonctions P-N : lajonction base-émetteur et la jonction base-collecteur. En contrôlant latensionappliquéeàlajonctionbase-émetteur,oncontrôlelapolarisationdecette jonction (directe ou inverse), et, en fin de compte, le courantélectrique traversant le transistor (auChapitre9, j’explique qu’une faibletensionpositivepolariseenmodedirectlajonctionP-N,cequipermetaucourantdecirculer,etqu’unetensionnégativepolariseenmodeinverse lajonctionP-N,sibienquelecourantnepeutpascirculer).

FIGURE10-2LestransistorsbipolairesàjonctioncomportentdeuxjonctionsP-N,à

savoir,lajonctionbase-émetteuretlajonctionbase-collecteur.

LestransistorsàeffetdechampUn transistor à effet de champ (TEC, ou FET) est constitué d’un semi-conducteuroucanaldetypeNouPpouvantêtretraverséparuncourant,etd’unmatériaudifférent,disposésurunesectionducanaletquiencontrôlelaconductivité(voirFigure10-3).

FIGURE10-3Dansuntransistoràeffetdechamp(TEC),latensionappliquéeàlagrille

déterminelefluxdecourantàtraversuncanalentrelasourceetledrain.

Unedesextrémitésducanalestlasource,l’autreétantledrain,tandisquelesystèmedecontrôleestappelé lagrille.Enappliquantune tensionà lagrille,onpeutcontrôlerlacirculationducourantentrelasourceetledrain.Une connexion est fixée à la source, une autre au drain et une autre à lagrille. Certains TEC comportent une quatrième extrémité métallique quipermet de les fixer dans le châssis du circuit (toutefois, il ne faut pasconfondrecescréaturesàquatrepattesaveclestransistorsMOSFETgrilledouble,quiontaussiquatrebroches).

LesTECpeuventêtreconstituésd’uncanaldetypeNouP,selonletypedematériau semi-conducteur. Il existe deux grands sous-types de TEC : leMOSFET (TEC métal-oxyde-semi-conducteur) et le JFET (TEC àjonction) .Toutdépenddelafaçondontlagrilleestconçue.Pourchaquetype, les propriétés électriques et les utilisations seront différentes. Lesdétailsdelafabricationdesgrillessortentducadredecelivre,maisilfautquevousconnaissiezlesnomsdecesdeuxprincipauxtypesdeTEC.

LesTEC(etenparticulier lesMOSFET)sontdevenusbienpluscourantsque les transistors bipolaires dans l’assemblage des circuits intégrés, unsujet abordé au Chapitre 11, qui réunissent des milliers de transistorsservant à accomplir ensemble une tâche déterminée.En effet, ce sont deséléments de faible puissance et leur structure permet de les grouper parmillierssurunseulmorceaudesilicium(unmatériausemi-conducteur).

Unedéchargeélectrostatique(DES)peutêtrefataleàunTEC.Sivousvousprocurez des TEC, prenez soin de les conserver dans un sac ou un tube

antistatiqueetdenelesensortirqu’aumomentdelesutiliser.PourplusdedétailssurlesdégâtsquepeuventprovoquerlesDES,voyezleChapitre13.

SavoirreconnaîtreuntransistorDansun transistor, lesemi-conducteurestde la tailled’ungraindesable,voire plus petit encore. Les fabricants enferment donc ces composantsminusculesdansuneprotectionenmétalouenplastiquemuniedebrochesquivouspermettentdelesinsérerdansvoscircuits.Ilexistedesdizainesetdes dizaines de formes et de tailles différentes de transistors, et laFigure10-4n’enreprésentequequelquesexemples.

Les formes les plus réduites sont généralement celles des transistors designal,conçuspoursupporterdescourantsfaibles,tandisquelesformeslesplusvolumineusessontcellesdestransistorsdepuissancequisontconçuspourfonctionneravecdescourantsplusforts.Lestransistorsdesignalsontgénéralement recouverts de plastique, mais certaines applications deprécisionnécessitentdestransistorsdesignalenrobésdemétalpourréduirelerisqued’interférencederadiofréquences(RF).

FIGURE10-4Malgréunaspectextérieurterneetfroid,lestransistorssontdesobjets

fascinantsetrévolutionnaires.

Untransistorbipolairepossèdegénéralementtroispôles,cequisignifiequel’onpeutréaliseruneconnexiondirectementverslabase,verslecollecteuret vers l’émetteur. Le phototransistor (voir Chapitre 12) fait exception,avecdeuxpôles seulement (collecteuretémetteur)etunecapsule souvent

transparente.Eneffet, iln’estpasnécessaired’appliquerune tensionàsabase,puisqu’ilpeutêtrepolarisésimplementparlalumière.TouslesTEContunpôlepourlasource,unautrepourledrainetunautrepourlagrille,et certains comportent une quatrième broche permettant de les fixer auchâssis du circuit. Un MOSFET comporte également un quatrième pôle,celuidesasecondegrille.

Pour vous y retrouver, consultez la documentation correspondante, etinterprétez-la avec prudence : les connexions des transistors sont souvent(maispastoujours)représentéesvuesdudessous.

Ilestimpératifd’installercorrectementlestransistors.Sivousinversezlesconnexions, vous risquez de ruiner votre transistor et peut-être mêmed’autrescomposantsdevotrecircuit.Lematériausemi-conducteurdont letransistorestconstituéestsipetitqu’ilestpossibledefabriqueruncircuitconstituédeplusieurscentainesdemilliersdetransistors(sanscompterdesrésistancesetautrescomposants)etdeconditionnertoutcelasouslaformed’uncomposantuniquetenantfacilementdanslapaumedelamain.Cescréa

tions incroyables, appelées les circuits intégrés (CI), vous permettentd’assembler des circuits vraiment complexes à l’aide d’un petit nombreseulement d’éléments. Le chapitre suivant vous donne un aperçu des CIactuels,issusdelarévolutiondessemi-conducteurs.

Principedefonctionnementd’untransistor

Fondamentalement, le fonctionnement des TBJ et des TEC est le même.Selonlatensionappliquéeàl’entrée(àlabasepourunTBJouàlagrillepourunTEC),lecourantcirculeraounecirculerapasàtraversletransistor(du collecteur à l’émetteur pour un TBJ, de la source au drain pour unTEC).

Pour comprendre comment fonctionne un transistor (et, de façon plusspécifique,unTEC),pensezàuntuyaureliantunesourceàundrainetmunid’unevalvecontrôlable(Figure10-5).Enjouantsurlapositiondelavalve(fermée,ouverteoupartiellementouverte),oncontrôleledébitd’eau.

Dans un circuit, vous avez deux manières différentes de monter unmécanismedecontrôlesimilaire:

» Commeuninterrupteur,c’est-à-direavecdeuxpositions,

ouvertureetfermeture,etrienentrelesdeux.

» Avecuneouvertureréglable,selonlaforcequel’onveut

exercer.Quandlavalveestpartiellementouverte,onpeut

laréglerpouraugmenteroudiminuerledébit.Unléger

changementauniveaudelaforceexercéesurlavalve

entraîneunchangementplusimportantauniveaududébit

d’eau.Lafonctiond’amplificateurdutransistorest

similaire.

FIGURE10-5Untransistor,commeunevalve,peutêtreéteint(pasdecourant),

entièrementpassant(courantmaximal)oupartiellementpassant(lacirculationdu

courantentrelasourceetledraindépendantdelaplusoumoinsgrandeouverturede

lagrille,pourainsidire).

Les transistorsbipolairesfonctionnentdefaçonsimilaire : labase joue lemêmerôlequ’unevalvecontrôlable(voirFigure10-5),ellecontrôlelefluxd’électronsdel’émetteuraucollecteur(ousil’onpréfère,danslelangagedes circuits, la circulation du courant conventionnel du collecteur versl’émetteur). En contrôlant la base, vous pouvez ouvrir ou fermercomplètementletransistor,etvouspouvezpermettredepetitesvariationsau

niveau de la base pour engendrer des variations importantes du courantentrelecollecteuretl’émetteur.

UnmodèlepourcomprendrelestransistorsDes électrons libres, des trous qui se déplacent, des jonctions P-N, lapolarisation, toutcelaestbien joli,maispourmonterdes transistorsdansdescircuits,vousn’avezpasréellementbesoindeconnaîtretoutcelasurlebout des doigts. Vous pouvez aussi vous familiariser avec un modèlefonctionneldetransistor,etvousensaurezassezpourpouvoirvouslancerdanslestravauxpratiques.

LaFigure10-6représenteunmodèlesimpledetransistorNPN(àgauche)etun circuit comportant un transistor NPN (à droite). Dans le modèle, unediode est placée entre la base et l’émetteur. Cette diode contrôle unerésistancevariableRCE,placéeentrelecollecteuretl’émetteur.Latension,l’intensitéetlesbornesdutransistorsontindiquéessurlesdeuxpartiesdela figure, ce qui vous permet de comprendre la correspondance entre lemodèleetlaréalité.

FIGURE10-6Untransistorfonctionnecommeuninterrupteuroucommeun

amplificateur,seloncequiestenvoyéàlabase.

Lestensionsetintensitésreprésentéessontlessuivantes:

» UBEestlatensionauxbornesdelajonctionbase-émetteur,

quiestunejonctionP-N,toutcommeunediode.

» IB(courantdebase)estl’intensitéducourantreçuparla

basedutransistor.

» UCEestlatensionentrelecollecteuretl’émetteur.Elle

varieenfonctiondecequelabasereçoit.

» IC(courantducollecteur)estl’intensitéducourantqui

entredanslecollecteur.

» IE(courantdel’émetteur)estl’intensitéducourantquisort

del’émetteur.L’intensitéducourantdel’émetteurestla

sommedesintensitésdescourantsducollecteuretdela

base:

» IE=IC+IB

D’OÙVIENTLEMOT«TRANSISTOR»?

Le mot « transistor » a été formé à partir de trans et de resistor

(résistance).

Lepréfixe trans traduit lacirculationdesélectrons,sous l’effetd’une

tensiondirecte auniveaude la jonctionbase-émetteur, d’unepartie

versuneautreducomposant,c’est-à-diredel’émetteuraucollecteur.

L’effetestdonctransféréd’unendroitàunautre.

C’estcequel’onappellel’actiondutransistor.

Les fluctuations du courant au niveau de la base entraînant des

fluctuations proportionnelles du courant au niveau du collecteur ou

del’émetteur,onpeutassimilerletransistoràunesortederésistance

variable,d’oùlasecondepartiedunomdonnéàcecomposant.

Letransistoratroismodesdefonctionnementdifférents:

» Transistorbloqué:SiVBE≤0,7V,ladiodeestbloquée,et

doncIB=0.LarésistanceRCEestinfinie,autrementditIC=0.

Letransistor(collecteuràémetteur)estcommeun

interrupteurouvert:aucuncourantnepasse.Onparle

alorsdecoupure.

» Transistorpartiellementpassant:SiVBE≥0,7V,ladiode

estpassanteetlecourantdelabasecircule.SiIBestfaible,

larésistanceRCEestréduiteetuncertaincourantdu

collecteurICcircule.ICestproportionnelleàIB,avecungain

encouranthFEégalàIC/IBetletransistorfonctionne

commeunamplificateurdecourant,c’est-à-direenmode

actif.

» Transistorpassant:SiVBE≥0,7VetsiIBaugmente

considérablement,larésistanceRCEestnulleetlecourant

maximumpossibleICcircule.Latensionentrelecollecteur

etl’émetteurVCEestpratiquementnulle,sibienquele

transistor(collecteuràémetteur)fonctionnecommeun

interrupteurfermé:toutlecourantpossiblecircule,le

transistorestdoncsaturé.L’intensitéICducourant

traversantlecollecteurestbienplusfortequecelledu

courantdebase,IB,etsachantqueIE=IC+IB,onpeut

approcherlavaleurdeIEainsi:IE≈IC.

FairefonctionneruntransistorDans la conception d’un circuit transistorisé, vous devez choisir descomposants qui permettront au transistor de fonctionner dans le modeapproprié(bloqué,actifousaturé):

» Transistoramplificateur:Sivousvoulezenfaireun

amplificateur,choisissezdestensionsd’alimentationetdes

résistancesquipolariserontlajonctionbase-émetteurdans

lesensdirectetquilaisserontpasseruncourantsuffisant,

maisnesaturantpasletransistor.Onparledepolarisation

dutransistor.

» Transistorinterrupteur:Pourutiliseruntransistor

commeuninterrupteurmarche/arrêt,sélectionnezdes

tensionsd’alimentationetdesrésistancesquine

permettrontquedeuxétats.Soitlajonctionbase-émetteur

seranonconductrice(avecunetensioninférieureà0,7V),

soitelleserapleinementconductrice.Quandlajonction

base-émetteurestnonconductrice,letransistoresten

modebloquéetl’interrupteurestsurarrêt.Quandla

jonctionbase-émetteurestpleinementconductrice,le

transistorestenmodesaturationetl’interrupteurestsur

marche.

CHOISIRLEBONINTERRUPTEUR

Vous vous demandez peut-être pourquoi vous devriez utiliser un

transistor en guise d’interrupteur, alors qu’il existe tant demodèles

d’interrupteursetderelaissur lemarché(voirChapitre4).En fait, le

transistorprésenteplusieursavantagesparrapportauxautrestypes

d’interrupteurs. Dans certains cas, il est la meilleure option. Les

transistorssonttrèspeugourmandsenénergie,ilspeuventouvriret

fermer le circuitplusieursmilliardsde foispar seconde, et enfin, ils

peuventêtreminiaturisésaupointdedevenirmicroscopiques,sibien

qu’un circuit intégré (voir Chapitre 11) peut en comporter plusieurs

milliers rassembléssuruneseulepuceminuscule.Les interrupteurs

mécaniques et les relais trouvent aussi leur utilisation, là où un

transistornepourraitpassupporter lacharge,c’est-à-dire lorsque le

courant dépasse 5 A ou lorsque la tension est relativement élevée

(commedanslessystèmesdedistributiond’énergieélectrique).

Untransistorpouramplifierlessignaux

Onutilisecourammentdestransistorspouramplifierdessignauxfaibles.

Supposons qu’un de vos circuits produise un signal audio et que vousvouliezamplifiercesignalavantdel’envoyerversuneautrepartiedevotresystème,parexempleversdeshaut-parleurs.Pourcela,vousallezutiliserun transistor, comme l’indique la Figure 10-7, qui amplifiera lesfluctuationsdefaibleampleurdusignalaudio(Vin)entrantdanssabase.Ensortiedutransistor(collecteur),vousobtiendrezdesfluctuationsdegrandeampleur (Vout). Vous n’aurez plus qu’à connecter les haut-parleurs à lasortiedutransistor.

Polariserletransistorpourqu’ilfonctionnecommeunamplificateurPour pouvoir fonctionner comme un amplificateur, un transistor doit êtrepartiellementpassant.Pourobtenircetétat,onlepolariseenappliquantàsabaseunetensionfaible.Dansl’exempledelaFigure10-7,deuxrésistancesR1 et R2 sont reliées à la base du transistor et configurées de façon àconstituerundiviseurdetension(pourplusdedétailssurlesdiviseursde

tension, voyez le Chapitre 6). La sortie de ce diviseur de tension (R1 /(R1+R2)xUalim) fournit à la baseune tension suffisante pour le rendrepassant (partiellement), c’est-à-dire pour que le courant le traverse. Letransistorseradoncenmodeactif.

Le condensateur C1 ne laisse passer dans le transistor qu’un courantalternatif et bloque toute composante continuedu signal d’entrée (un effetappeléDCoffsetoudécalagecontinu), comme lemontre laFigure 10-8.Sanscecondensateur,toutdécalagecontinudanslesignald’entréepourraitperturberlapolarisationdutransistor,etcelui-cirisqueraitdeseretrouverbloquéousaturé.Ilnefonctionneraitdoncpluscommeunamplificateur.

FIGURE10-7Endisposantjudicieusementquelquesrésistancesdansuncircuit

transistorisé,onpeutpolarisercelui-cicommeilconvientetcontrôlerlegaindu

circuit.

FIGURE10-8UncondensateurbloquantC1permetdeconserverlapolarisationdu

transistorenfiltrantlesdécalagescontinusdanslesignald’entréeavantquecesignal

neparvienneautransistor.

ContrôlerlegainentensionLetransistordelaFigure10-7étantpartiellementpassant, les fluctuationsducourantengendréespar le signal sinusoïdald’entréesontamplifiées. Ils’agitdeconcevoirvotrecircuitd’amplificationdetellesortequ’iléliminetoutedépendancevis-à-visdugainencourantd’untransistordonné,sachantque ce gain hFE peut varier. On renonce, ce faisant, à une fraction dupouvoird’amplification,maispourgagnerenstabilitéetenprédictibilité.

DÉCHIFFRERLESSIGNAUXÉLECTRIQUES

Unsignalélectriqueestlaformemesurable,variabledansletempset

répétitived’uncourantélectrique.La façondontcesignalchangede

forme reflète souvent une grandeur physique comme l’intensité

lumineuse, la chaleur, le sonou lapositiond’unobjetquipeutêtre,

parexemple,lamembraned’unmicrophoneoul’axed’unmoteur.Le

signalélectriquepeutêtreassimiléàuncodepermettantd’envoyeret

de recevoir desmessages secrets déchiffrables seulement par celui

quienconnaîtlaclef.

Un signal analogique reflète la grandeur physique qu’il représente.

Ainsi,parexemple,quandunemusiqueestenregistréeenstudio,les

fluctuations de la pression d’air (le son n’est pas autre chose) font

vibrer la membrane d’un microphone qui produit des variations

correspondantesdansuncourantélectrique.Cecourantfluctuantest

une représentation du son original, c’est-à-dire un signal électrique

analogique.

Lessystèmesnumériques,entreautreslesordinateurs,negèrentpas

lessignauxanalogiques.Cessignauxdoiventêtreconvertisensignaux

numériques pour pouvoir être traités. Le format numérique est

simplement un autre système de codage qui n’utilise que deux

valeurs,0et1,pourreprésenterl’information(c’estcequel’onappelle

lemodebinaire).C’estunpeucommelespointsetlestraitsducode

Morse.Lesignalnumériqueestcrééenéchantillonnantlavaleurd’un

signalanalogiqueàintervallesréguliersetenconvertissantlesvaleurs

obtenuesenchaînesdechiffresbinairesoubits.

En disposant deux résistances R3 et R4 dans le circuit, vous pouvezcontrôlerlegainentension,c’est-à-direl’importancedel’amplificationdusignald’entrée, sansdevoirvous inquiéterde lavaleur exactedugainencourantdutransistorplacéaucœurdevotrecircuit(incroyable,non?).Legain en tension sinusoïdale d’un circuit transistorisé comportant desrésistancescommeceluide laFigure10-7estégalà–R4 /R3.Le signenégatif signifie simplement que le signal d’entrée est inversé : lorsque latensiond’entréefluctue,latensiondesortiefluctueensensinverse,commel’illustrentlesformesd’ondedesignald’entréeetdesortiedelaFigure10-7.

Configurerdescircuitstransistorisésd’amplificationLetypedetransistordontilétaitquestiondanslasectionquiprécèdeestceque l’on appelle un amplificateur à émetteur commun. Ce n’est qu’unefaçonparmid’autresdeconfigurerdescircuitstransistoriséspourenfairedesamplificateurs.Toutdépenddel’objectif,quipeutêtredegagnersurtoutenpuissanceoubienentension.Lecomportementducircuitdépendradesfacteurssuivants:

» Lafaçondontletransistorestreliéauxsources

d’alimentationélectrique.

» Ladispositiondurécepteur.

» Lesautrescomposantsajoutés(résistances,

condensateurs,autrestransistors).

» Ladispositiondesautrescomposantsdanslecircuit.

Ainsi,parexemple,vouspouvezcombinerdeuxtransistorsbipolairespourformer ce que l’on appelle une paire Darlington. De cette façon, vouspouvezobtenirplusieursstadesd’amplification,plusloindanscechapitre,vous apprendrez comment configurer une simple paire Darlington). Vouspouvezaussiobtenir lemêmerésultatd’unemanièreplus facile :envousprocurantun transistorDarlington. Il s’agitd’uncomposantà troispôlesconstituéd’unepaireDarlingtondéjàassemblée.

La conception de circuits d’amplification est en elle-même un domained’étude, auquel un certain nombre d’excellents livres ont déjà étéconsacrés.Sivousdésirezensavoirdavantagesurlestransistorsetsurlaconception des circuits d’amplification à base de transistors, procurez-vous,parexemple,leTraitédel’électroniqueanalogiqueetnumériquedeThomas C. Hayes et Paul Horowitz (Publitronic Elektor). Le prix de celivre vous fera peut-être hésiter, mais c’est vraiment un ouvrage deréférence.

Untransistorpourcommuterlessignaux

Vous pouvez aussi vous servir d’un transistor comme d’un interrupteurcommandé électriquement. Le pôle de la base du transistor joue alors lerôled’uninterrupteuràbascule:

» Quandaucuncourantnecirculeverslabase,letransistor

estbloquéetsecomportecommeuncircuitouvert,même

s’ilexisteunedifférencedetensionentrelecollecteuret

l’émetteur.

» Quandlecouranttraverselabaseetcirculeducollecteurà

l’émetteur,letransistorsecomportecommeun

interrupteurfermé,ilestpassant(etsaturé).Lecourantest

délivréverslasortie,àdestinationdurécepteurquevous

aurezbranchéenavalducircuit.

Comment faites-vous fonctionner cet interrupteur ? Supposons que vousinstalliez un dispositif pour nourrir automatiquement les poules à l’aube.Pour contrôler l’entrée d’un interrupteur à transistor destiné à alimentervotre systèmededistributiondenourriture (votre récepteur),vouspouvezvousservird’unephotodiode,uncomposantquiconduitlecourantlorsqu’ilreçoitdelalumière.Lanuit,laphotodiodenedélivreraaucuncourant,etletransistorseradoncbloqué.Auleverdusoleil,laphotodiodedélivreraducourant, si bien que le transistor deviendra passant. Vos poules pourrontpicorerjoyeusementpendantquevousdormirezencoreàpoingsfermés.

Vous vous demandez peut-être pourquoi ne pas alimenter le dispositif denourrissagedirectementpar laphotodiode?C’estquevotre systèmeaurasansdoutebesoind’uncourantplusimportantquecequ’unephotodiodeestcapable de délivrer. Le faible courant de la photodiode servira àcommander l’interrupteur, c’est-à-dire l’état du transistor, lequel bloqueraou laisserapasserversvotresystèmeuncourantplus importantprovenantd’unepileoud’unebatterie.

Unedesraisonspourlesquelleslestransistorssontsisouventutiliséspourfaireofficed’interrupteursestqu’ilsconsommentpeud’énergieélectrique.Voussavezquelapuissanceestleproduitdel’intensitéducourantetdelatension.Quandletransistorestbloqué,iln’yapasdecourant,doncpasdeconsommationd’énergie.Quandletransistoresttotalementpassant,UCEestpratiquementnulle,donclapuissanceconsomméeestpratiquementnulle.

ChoisiruntransistorLes transistors sont devenus d’un emploi si courant qu’il en existe desmilliers de modèles différents. Comment allez-vous vous y prendre pourchoisirlestransistorsdontvousavezbesoin?

Sivousprojetezdemettreaupointuncircuittransistorisé,ilfautquevouscompreniezlafaçondontvotrecircuitsecomporteradanslesdifférentscasde figure possibles. Quelle sera l’intensité maximum du courant ducollecteurquevotretransistorpourragérer?Dequelgainencourantaurez-vousbesoinpour amplifier un signal d’entrée ?Quelle quantité d’énergie(quelle puissance) pourra être dissipée dans votre transistor dans les

conditions extrêmes de fonctionnement, par exemple si le transistor estbloquéetsitoutelatensiond’alimentationdoitêtreabsorbéeparlaliaisoncollecteur-émetteur?

Unefoisquevousaurezfaitlepointsurcesquestions,voussaurezquellesdoiventêtrelesspécificationsdutransistordontvousavezbesoin.

D’importantesspécificationsconcernantlestransistorsLes paramètres intervenant dans la description des différentsmodèles detransistorsexistantsurlemarchésontvariés,maisvousn’avezbesoind’enconnaîtrequequelques-uns.Pourlestransistorsbipolaires(NPNouPNP),voicicequevousdevezsavoir:

» Lecourantmaximumducollecteur(ICmax):Ils’agitdu

courantcontinumaximalqueletransistorpeutaccepter.

Danslaconceptiond’uncircuit,n’oubliezpasdeprévoir

unerésistancepourlimitercecourant,afinqu’ilnedépasse

paslavaleurenquestion.

» Legainencourant(hFE,ouß):Ils’agitdurapportentre

lecourantducollecteuretlecourantdelabase(IC/IB),qui

donneuneindicationdelacapacitéd’amplificationdu

transistor.Lesvaleurshabituellessontcomprisesentre

50et200.SachantquelegainencouranthFEpeutvarier,

mêmeentredeuxtransistorsdemêmetype,vousavez

besoindeconnaîtrelavaleurminimumgarantiedecegain.

LegainhFEvarieaussiselonIC,etsavaleurestparfois

préciséepourunevaleurdonnéedeIC,parexemple20mA.

» Latensionmaximaleentrelecollecteuretl’émetteur

(VCEmax):Engénéral,elleestaumoinségaleà30V.Si

voustravaillezsurdesapplicationsàbassetension,vous

n’avezpasàvoussoucierdecettegrandeur.

» Ladissipationmaximumd’énergie(Ptotal):Ils’agitde

l’énergiequeletransistorpeutdissiper,etquiest

approximativementégaleàUCExICmaxi.Sivousutilisezle

transistorcommeuninterrupteur,nevousenpréoccupez

pas:detoutefaçon,ladissipationestpratiquementnulle.

Enrevanche,sivousutilisezletransistorcommeun

amplificateur,vousaurezbesoindefaireattentionàcette

valeur.

Sivouspensezquevotrecircuitapprocheradecettevaleur,

nemanquezpasdefixerundissipateursurvotre

transistor.

Pourdéterminer lescaractéristiquesd’un transistor,vousdevrezconsulterunmanueldespécifications,oubienladocumentationtechniquesurlesitedufabricant.Sivousassemblezuncircuitconçuparquelqu’und’autre,vouspouvezutilisersimplementletransistorspécifiéparleconcepteur,oubienconsulteruncataloguederéférencespourtrouverunmodèlesimilaire.

IdentifierlestransistorsLa norme américaine JEDEC désigne les transistors bipolaires par lepréfixe«2N»suivide troisouquatrechiffres.Lechiffre2représente lenombre de jonctions P-N, et « N » signifie semi-conducteur. La normeeuropéenneProElectronimposeuncodageconstituéd’unelettredésignantle matériau semi-conducteur, une seconde lettre indiquant la nature ducomposant, puis trois chiffres (ou deux chiffres et une lettre pour lesproduits destinés à l’industrie). Le mieux, pour être sûr de ne pas voustromper,estencoredeconsulterlesiteWeboulecatalogueapproprié.

Les transistors sont souvent désignés en fonction du type d’application :faible puissance,moyenne puissance, forte puissance, audio (faible bruit)

ou à usagesmultiples. En connaissant la catégorie correspondant à votreprojet,vouspourrezfairelebonchoixpourvotrecircuit.

Acquérirdel’expérienceaveclestransistors

Danscettesection,vousallezvoircommentunminusculetransistorcontrôlelecourantdansuncircuit(àlasortiedutransistor)àl’aidedescomposantsélectroniques d’un autre circuit (à l’entrée du transistor). C’est bien làl’actiond’untransistor!

AmplifierlecourantVouspouvezvousservirducircuitdelaFigure10-9pourvoircommentuntransistorpeutamplifierlecourant.

Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9Vavecunconnecteur

» UntransistorbipolaireNPN2N3904ouBC548(outout

autretransistoràusagesmultiples)

» Unerésistancede470Ω(jaune-violet-marron)

» Unerésistancede10kΩ(marron-noir-orange)

» Unpotentiomètrede1MΩ

» DeuxLED(peuimportentlatailleetlacouleur)

» Uneplaqued’essaissanssoudureetdescavaliers

FIGURE10-9UnepairedeLEDvouspermetdevisualiserlescapacitésd’amplification

d’untransistor.

Poursavoiroùvousprocurercescomposants,consultezleChapitre2.

EnvousaidantdelaFigure10-10,procédezcommesuit:

1. Assemblezlecircuitenutilisantuntransistorbipolaire

NPNàusagesmultiples,parexempleun2N3904ouun

BC548.

Prenezsoindebienconnecterlesbornesdelabase,du

collecteuretdel’émetteurcommeilsedoit(consultezles

indicationsfigurantsurlaboîteousurlanotice),et

d’orienterlesLEDcommeilconvient(voirChapitre9).

2. Réglezlepotentiomètresurlavaleurmaximale,pour

obtenirunerésistancede1MΩ.

Vousverrezprobablementunelégèrelueurémanerde

LED2,maissansdouteaucunelumièreémanerdeLED1,

bienqu’ellesoitparcourueparunlégercourant.

3. Réduisezlentementlarésistancedupotentiomètre,et

observezlesLED.

FIGURE10-10Lefaiblecourantdebasefaitàpeines’allumerlaLEDrouge,alorsquelecourantdu

collecteur,plusimportant,faitbrillerbienplusnettementlaLEDverte.

VousverrezprobablementLED2brillerdeplusenplusà

mesurequevoustournerezlevariateur.Àunmoment

donné,LED1semettraàbrilleraussi.Ensuite,lesdeuxLED

brillerontdavantage,maisLED2seraclairementplus

brillantequeLED1.

Ainsi, vous voyez de près comment fonctionne un transistor : le faiblecourantdebasequitraverseLED1estamplifiéparletransistor,quipermetà un courant bien plus fort de traverser LED2. LED1 brille à peine,alimentéeparlefaiblecourantdebase,etLED2brilleavecéclat,alimentéepar le courant du collecteur qui est plus fort. Si vous le souhaitez, vouspouvez mesurer l’intensité de chacun de ces deux courants (pour savoircommentmesurerlecourantfaibledebase,lirel’encadrésuivant.

Avecmon potentiomètre réglé sur 1MΩ, j’aimesuré un courant de basede6,7μA(soit0,0000067A)etuncourantdecollecteurde0,94mA.Endivisantlecourantdecollecteurparlecourantdebase,legainencourantdececircuità transistorestde140.Avec lepotentiomètreréglésur0Ω,j’ai mesuré un courant de base de 0,65 mA et un courant de collecteurde14mA,pourungainencourantd’àpeuprès21,5.Appréciable!

MESURERDESCOURANTSINFIMES

Le courant de base du transistor bipolaire de la Figure 10-10, qui

traverseLED1,esttrèsréduit,surtoutquandlepotentiomètreestréglé

sur sa résistance maximale. Vous pouvez mesurer ce courant de

plusieursfaçons:

Vous pouvez effectuer lamesure directement, en ouvrant le circuit

d’uncôtédeLED1,enyinsérantvotremultimètreetensélectionnant

lafonctionampèremètreetDC(lecourantestsifaiblequel’appareil

nelemesurerapeut-êtrepas).

Vouspouvezmesurerlecourantdefaçonindirecte,enutilisantlaloi

d’Ohm.LecourantquiparcourtLED1etlabasedutransistorparcourt

aussi deux résistances : celle de 10 kΩ et le potentiomètre. Vous

pouvezmesurer la chute de tension aux bornes de chacune de ces

deuxrésistancesetdiviserlerésultatparlarésistance(l’intensitéétant

égaleàlatensiondiviséeparlarésistance).

Sivousvoulezvraimentobtenirunemesureexacte,mettez lecircuit

horstension,retirezlarésistanceetmesurezsavaleurexacteàl’aide

devotremultimètre.Ensuite,calculezl’intensitéducourant.Pourma

part,enutilisantcetteméthode, j’ai calculéune intensitéducourant

debasede6,7μA(soit0,0000067A).

Contact!LecircuitdelaFigure10-11estceluid’uninterrupteuràeffleurement(ditaussiàtouche).UnepairedetransistorsNPNamplifieuncourantdebasetrèsinfime,suffisammentpourallumeruneLED.Cetypedemontagereliantles collecteurs de deux transistors bipolaires, l’émetteur d’un des deuxtransistorsalimentant labasede l’autre,estceque l’onappelleunepaireDarlington (la lettre Q est utilisée en schématique pour désigner lestransistors).

FIGURE10-11UnepaireDarlingtonpeutservirdecommutateuràeffleurement.

Pour tester ce circuit, assemblez-le comme l’indique la Figure 10-12 enutilisantlescomposantssuivants:

» Unepilede9Vavecunconnecteur

» Unerésistancede100kΩ(marron-noir-jaune)

» Unerésistancede1kΩ(marron-noir-rouge)

» DeuxtransistorsbipolairesNPN2N3904ouBC548,ou

autrestransistorsàusagesmultiples.

» Uneplaqued’essaissanssoudureetdescavaliers

Fermez lecircuitenplaçantvotredoigt sur l’ouverturevisible,comme lemontrelaFigure10-12(nevousinquiétezpas,monfilsdedixansnes’estpasfaitmaldutout,etvousnerisquezrienvousnonplus).LaLEDs’est-elleallumée?Quandvousfermezainsilecircuit,l’infimecourantquipasseàtraversvotrepeau(dequelquesmicroampères)estamplifiépar lapairedetransistors,sibienquelaLEDs’allume.

Entouchantlabornedéconnectéedelarésistancede100kΩ(sansfermerlecircuit), vous pouvez voir la LED s’allumer brièvement puis s’éteindre(surtoutsivousavezd’abordfrottévossemellessuruntapis).C’estparcequevousavezaccumuléunetrèspetitechargesurvotredoigt,etquandvoustouchezlarésistance,lachargecirculedanslabasedupremiertransistoretestsuffisammentamplifiéeparlapaireDarlingtonpourfairebrillerlaLED(silegainnominalhFEdevostransistorsestde100,legaintotaldelapaireDarlingtonserade100x100=10000).Unefoiscettechargedissipée,laLEDs’éteint(sivousutilisezunbrassardantistatiquequandvoustouchezlarésistance,laLEDnes’allumerapas).

FIGURE10-12Unefaçondemonterlecircuitdecommutateuràeffleurement.Vous

pouvezallumerlaLEDenplaçantvotredoigtentrelefilrougeetlarésistancede100

kW.

S

Chapitre11Innoveraveclescircuitsintégrés

DANSCECHAPITRE:

» Rassemblerdescomposantsdansunepuce

» Parlerlelangagedesbits

» Penserauxportesdefaçonlogique

» Identifierlescircuitsintégrés

» RéfléchirauxbranchementsdesCI

» Renforcerlessignauxavecunamplificateuropérationnel

» Toutrythmer,toutcompterettoutcontrôler

ans les circuits intégrés, l’exploration de l’espace, les pacemakersprogrammables,l’électroniquegrandpublicetbiend’autresapplicationsencoren’appartiendraientqu’audomainedurêve.C’estcetteinnovation

incroyable – en fait, une série d’innovations incroyables – qui a rendupossibleslestéléphonesmobiles,lestablettesélectroniques,lesbaladeursMP3,leGPSetbiend’autrescréationsrécentescommel’impression3Detlesvéhiculessansconducteur.Quisaitsiunjour,lesCInevouspermettrontpasd’imprimeren3Dvotreproprevoituresansconducteur!

Uncircuitintégré(CI),cesontdequelquesdizainesàdesmilliardsetdesmilliards (mais oui, absolument !) de composants rassemblés en un seulblocassezpetitpourtenirlargementdanslecreuxdelamain.ToutCIestconstitué d’un maillage complexe de minuscules montages transistorisésreliésaumondeextérieurparunnombrefinid’entréesetdesorties.

Ce chapitre explique l’origine des circuits intégrés, présente les troisprincipaux types de CI et détaille le fonctionnement interne d’un de cestypesdeCI:leCInumérique.Àlalecturedecechapitre,vousdécouvrirezcomment les ordinateurs et autres systèmes numériques manipulent deux

niveaux de tension distincts pour traiter l’information à l’aide de règlesspécialesappelées règles logiques.Vous trouverezensuiteuneexplicationsurlafaçondontondoit«lire»unCIafindecomprendrecequ’ilfait(sonaspect extérieurnepermettantpasde le savoir) et sur lamanièredontondoitlebrancherdansuncircuit.Enfin,vousétudierezdeplusprèstroisCIcourants, cequ’ils font et la façondontvouspourrezvous en servirpourcréervosproprescircuitsinnovants.

PourquoidesCI?Lecircuitintégré(CI)aétéinventéen1958(voirl’encadré)pourrésoudrele problème que posait l’assemblage manuel de quantités massives detransistorsminuscules.Lescircuits intégrés,aussiappeléspuces, sontdescircuitsminiaturisésproduitssurunmorceauuniquedesemi-conducteur.Uncircuit intégré comporte généralement des centaines de transistors, derésistances,dediodesetdecondensateurs.LeCIleplusélaborécomporteplusieurscentainesdemillionsdecomposants.Comptetenudel’efficiencedecescircuits,ilestpossiblederéaliserdescircuitsvraimentcomplexesavecseulementunepetitepoignéedeCI.EnenchaînantdesCIlesunsauxautres,onpeutfabriquern’importequelappareilélectroniqueimaginable.

LANAISSANCEDUCIRCUITINTÉGRÉ

Grâceàl’inventiondutransistoren1947,onapuremplacerlesgros

tubesàvidepardescomposantsplusmodernes,pluspetitsetplus

fiables, ce qui a permis de progresser plus rapidement dans le

domainedel’électroniqueetdefabriquerdescircuitsdeplusenplus

élaborés.Eneffet, ladimensiondesélémentsetdes circuitsaalors

cesséd’êtreunobstacle.D’autresproblèmespratiquessesontbientôt

posés : à partir du moment où l’on devait relier ensemble des

centaines de composants, il était inévitable que des erreurs se

produisent,etceserreursétaientextrêmementdifficilesàcerner.Par

ailleurs,lescircuitscomplexesnedonnaientsouventpassatisfaction

en termes de vitesse des résultats (en effet, le déplacement des

électrons à travers des dédales de fils et de composants n’est pas

instantané). Tout au long des années cinquante, les ingénieurs de

l’industrie électronique se sont particulièrement préoccupés de

trouverlemoyenderendreleurscircuitspluspetitsetplusfiables.

En 1952, un ingénieur britannique, Geoffrey Dummer, présenta au

publicsonidéedecombineruncertainnombred’élémentsdecircuits

sur unmorceau unique dematériau semi-conducteur en les reliant

sans utiliser de câblage. Cette innovation allait permettre d’éliminer

les risques de câblage incorrect et l’assemblage fastidieux des

composantsprisunàun.Dummern’ajamaisréellementconstruitlui-

même un CI,mais il est considéré comme « le prophète du circuit

intégré».

En 1958, Jack Kilby, nouvellement employé chez Texas Instruments,

restaseulàtravaillerdansunlaboratoireaumilieudel’été(alorsque

sescollèguesétaientenvacances).C’estalorsqu’ilréussitàfabriquer

descomposantsmultiplesàpartird’unblocuniquedegermanium(un

matériau semi-conducteur) sur lequel il fixa des connecteurs

métalliques.Cefutlapremièredémonstrationprobante.Sixmoisplus

tard,RobertNoyce,deFairchildSemiconductor (cofondateurd’Intel),

inventa sa propre version du CI et résolut un certain nombre de

problèmespratiques inhérents au schémadeKilby. Il ouvrit ainsi la

voieàlaproductiondemassedesCI.L’inventionducircuitintégréest

attribuéeconjointementàKilbyetàNoyce(enrecevantleprixNobel

dephysiqueseulement42ansplustardpourcettecontribution,Kilby

déclaraquesiNoycen’étaitpasmort, leprixauraitcertainementété

partagéentreeuxdeux).

Depuis1958, ils’estpassébeaucoupdechoses.Tousces inventeurs

talentueuxetcréatifsontpoursuivi leursrecherches,etbiend’autres

innovationsontvulejour.C’estainsiquel’industriedel’électroniquea

connuunessorconsidérableàmesurequeladensitédespuces (une

grandeurquimesurelaconcentrationdestransistors)augmentaitde

façon exponentielle. Aujourd’hui, les fabricants de semi-conducteurs

graventdesmillionsdetransistorsdansunmorceaudesiliciumplus

petitqu’unepièced’uncentime.Celadonnelevertige,non?

Linéaire,numériqueoupanaché?Avec le temps, les fabricants de puces ont produit un grand nombre demodèles différents de CI, chaque modèle pouvant remplir une fonctionspécifique selon la façon dont les composants sont assemblés.Un certainnombre de CI sont maintenant normalisés, et vous pouvez trouver denombreuses informations sur ces CI en ligne ou dans des livres. Ils sontfabriqués par des sociétés diverses, et achetés dans lemonde entier pourdivers projets.D’autresCI sont conçus pour accomplir une tâche unique.Une puce conçue pour une application particulière sera le plus souventcommercialiséeparunseulfabricant.

Qu’ils soient standard ou destinés à une utilisation spécifique, les CIpeuventêtreclassésen troisgrandescatégories : linéaires (analogiques),numériquesetàsignalmixte.Ces termesfont référenceau typedesignalélectrique(voirChapitre10)traitéparlecircuit:

» LesCIlinéaires(analogiques)sontconstituésdecircuits

traitantdessignauxanalogiques,faitsdetensionsetde

courantsquivarientcontinuellement.Lescircuits

analogiquessontutiliséspourgérerl’alimentation,les

capteurs,lesamplificateursetlesfiltres.

» LesCInumériquessontconstituésdecircuitstraitantdes

signauxnumériques,àbasededeuxniveauxdetension(ou

d’intensitédecourant)quitraduisentl’informationbinaire,

parexempleallumé/éteint,haut/basou1/0(l’information

numériqueesttraitéeplusendétaildanslaprochaine

section).Cesontlescircuitsnumériques.CertainsCI

numériques,notammentlesmicroprocesseurs,

comportentdesmillionsdecircuitsmicroscopiquestenant

dansquelquesmillimètrescarrés.

» LesCIàsignalmixtesontconstituésdecircuits

analogiquesetnumériquesetserventcommunémentà

convertirdessignauxanalogiquesensignauxnumériques,

pourdesutilisationsdansdesappareilsnumériques.Les

convertisseursanalogique/numérique(ADC),les

convertisseursnumérique/analogique(DAC)etles

processeursdesignalnumériqueensontdesexemples.

PrendredesdécisionslogiquesQuand vous avez appris à compter, vous avez d’abord mémorisé desrésultats,parexemple«2+2=4»,«3+6=9»,etc.Ensuite,quandvousavezapprisàadditionnerdesnombresàplusieurschiffres,ilvousasuffidevousservirdecesrésultatssimplesetd’appliquerunerèglesimple.

Le fonctionnement du microprocesseur que contient votre ordinateur estassezsimilaire.Cemicroprocesseurestconstituéd’unegrandequantitédecircuitsnumériquesminuscules,appeléscircuitslogiques,quiexécutentdesfonctionssimplessimilairesàl’opération«2+2=4».Lesrésultatsdecesfonctions sont ensuite combinés en appliquant des règles similaires auxrègles arithmétiquesquevous aviez apprises à l’école, afind’obtenir une«réponse».Enregroupanttoutesles«réponses»dansunréseaucomplexede circuits, le microprocesseur peut exécuter des tâches mathématiquescompliquées.Cependant,àlabase,iln’yaquedelalogiqueetdesrèglesélémentaires.

Danscettesection,nousexaminonslefonctionnementdescircuitslogiques.

DesbitspourcommencerEnbase10,quandonadditionnedeuxchiffres,chaquechiffrepeutavoirdixvaleurs(0à9),carc’estainsiquefonctionnenotresystèmedécimal.Quand

un ordinateur additionne deux chiffres, chaque chiffre ne peut êtreque0ou1(c’estlesystèmebinaireoubase2).Leschiffresbinairessontappelés bits (contraction de binary digits). Une chaîne de bits peutreprésenter un nombre, ou bien une lettre. Ainsi, par exemple, 1101représentelenombre13.

Endehorsdeschiffres,deslettresetautrescaractères,lesbitspeuventaussireprésenterdel’information.Parnature,lesbitspeuventreprésentertoutcequipeut revêtirdeuxétats : unpixeld’unécran est alluméouéteint, unetouchedeclavier«Ctrl»estrelâchéeouabaissée,uneunitédesurfacesurunCDousurunDVDestcreuséeounon,unetransactionsurundistributeurde billets est autorisée ou non, etc. Il suffit d’attribuer les valeurslogiques 0 et 1 aux deux possibilités d’un choix pour pouvoir convoyerl’information relative à des événements réels, physiques, et contrôlerd’autresprocessusàl’aidedecetteinformation,grâceautraitementdesbitsdansuncircuitnumérique.

Le1logiqueetle0logiquesontaussiappelésvraietfaux,ouhautetbas.Maisquelleforme,exactement,prennentces«un»etces«zéros»dansuncircuitnumérique? Il s’agit,enfait,de tensions(oud’intensités) fortesetfaibles qui sont contrôlées et traitées par des transistors (leChapitre 6 explique comment les transistors fonctionnent et comment ilspeuventservird’interrupteurs).Lesniveauxdetensiongénéralementutiliséspour représenter l’information numérique sont 0 volt pour le 0 logique(niveaubas)et(souvent)5voltspourle1logique(niveauhaut).

Unoctetestunesériedehuitbitsconstituantl’unitédebasedustockagedel’informationdanslessystèmesinformatiques.Lesdonnéesstockéesdanslamémoire vive d’un ordinateur, sur un CD ou dans une clé USB, sontcomptabiliséesenmultiplesd’octets.Demêmequelesbanquesconstituentdesrouleauxdepiècesdemonnaieàl’attentiondescommerçants,quis’enserventpourgarnirleurscaissesenregistreuses,lessystèmesinformatiquesregroupent les bits sous forme d’octets pour simplifier le stockage del’information.

ADDITIONNERLES«UN»(AUXAUTRES)

Dans le système décimal (labase 10), pour représenter un nombre

supérieur à 9, il faut utiliser plus d’un chiffre. Dans un nombre

décimal, chaque position représente unepuissance de dix (100, 101,

102, 103, etc.) et la valeur (entre 0 et 9) du chiffre occupant cette

positionestmultipliéeparcettepuissancededix.Danslespuissances

dedix, l’exposant (cepetitnombre inscritenhautàdroitedu«10»)

indiquecombiendefois il fautmultiplier lavaleur10parelle-même,

de telle sorte que 101 = 10, 102 = 10 x 10 = 100,

103=10x10x10=1000,etc.Quantà100, c’est1car toutnombre

élevé à la puissance zéro vaut 1. Les positions de droite à gauche

représentent donc 1, 10, 100, 1 000, etc. (ce sont les dizaines,

centaines, milliers, etc.). Selon sa position, un chiffre compris entre

0 et 9 indique donc combien d’unités, de dizaines, de centaines, de

milliers,etc.,contientlenombredécimalreprésenté.

Lenombre9452,parexemple,s’écriraainsiennotationdéveloppée:

(9x1000)+(4x100)+(5x10)+(2x1)

Notresystèmedemathématiquesesttoutentierbasésurlenombre

10(maissil’êtrehumainn’avaitquehuitdoigts,peut-êtreutiliserions-

nousplutôtlabasehuit),cequisignifiequevotrecerveauesthabitué

àpenserdefaçonautomatiquedansleformatdécimal(c’estcomme

unlangagemathématique).Quandvousadditionnezdeuxchiffres,par

exemple6et7,vousinterprétezautomatiquementlerésultatsousla

forme13,c’est-à-dire«ungroupede10ettroisgroupesde1».C’est

ancré dans votre cerveau de la même manière que votre langue

maternelle.

Lesystèmebinaireestcommeunlangageunpeudifférent: ilutilise

exactementlamêmeméthodologie,maisilestbasésurlenombre2.

Pour représenter un nombre supérieur à 1, il faut donc plus d’un

chiffre, et chaque position dans le nombre représenté est une

puissancededeux:20,21,22,23,24,etc.,quiéquivalentà1,2,4,8,16,

etc. Lebit (un bit est un chiffre binaire, c’est-à-dire soit 0, soit 1) de

chaquepositionmultiplielapuissancededeuxcorrespondante.Ainsi,

par exemple, le nombre binaire 1 101 peut s’écrire en notation

développée:

(1x23)+(1x22)+(0x21)+(1x20)

Enconvertissantcetteexpressionenformatdécimal,onobtient:

(1x8)+(1x4)+(0x2)+(1x1)

=8+4+0+1

=13

Lenombrebinaire1101estdoncéquivalentaunombredécimal13.

Ce sont simplement deux manières différentes de représenter la

mêmequantitéphysique.C’estcommedire«buenosdías»plutôtque

«bonjour».

Pour additionner deux nombres binaires, on emploie la même

méthodequedans le systèmedécimal,maisenbasedeux.Enbase

dix, 1 + 1 = 2 tandis qu’en base deux, 1 + 1 = 10 (le nombre

binaire10représentant lamêmequantitéquelenombredécimal2).

Les ordinateurs effectuent des opérations arithmétiques dans le

systèmebinaire,sachantqueleurscircuitsélectroniquespeuventbien

plus facilement traiter des bits, représentés simplement par une

alternancedetensionsfortesetfaibles(représentantrespectivement

l’étathautetl’étatbas).Uncircuitquieffectuelesadditionscomporte

plusieurs transistors, montés de manière à produire la bonne

combinaisonde signauxde sortie hauts oubas pour représenter la

somme numérique des signaux entrants hauts ou bas qui

représentent,sousformedebits,lesdeuxnombresàadditionner.Le

processus exact dépasse le cadre de ce livre, mais vous devez à

présentenavoiruneidée.

TraiterlesdonnéesàtraversdesportesLes portes logiques, appelées aussi plus simplement portes, sont deminuscules circuits numériques qui acceptent un ou plusieurs bits dedonnéespourproduireununiquebitensortiedontlavaleur(0ou1)dépendd’une règle particulière. De même que des opérateurs arithmétiquesdifférents produisent des résultats différents à partir des deux mêmesentrées (par exemple, troisplus deux donne cinq, tandis que troismoinsdeux donne un), des portes logiques de type différent produisent desrésultatsdifférentsàpartirdesmêmesentrées:

» PorteNON(NOT):Cetteporteàentréeuniqueproduitun

résultatinversedel’entrée.L’entrée1donnelerésultat0et

l’entrée0donnelerésultat1.UneporteNONest

généralementappeléeuninverseur.

» LaPorteET(AND):Lerésultatest1silesdeuxentrées

(l’uneETl’autre)sont1.Sil’uneoul’autreest0,lerésultat

est0.UneporteETanormalementdeuxentrées,maisilen

existeàtrois,quatreouhuitentrées,aveclesquellesle

résultatn’est1quesitouteslesentréessont1.

» PorteNON-ET(NAND):Cettefonctionestassimilableà

uneporteETsuivied’uninverseur.Lerésultat

sera0seulementsitouteslesentréesvalent1.Ilsuffit

qu’uneentréevaille0pourquelerésultatsoit1.

» PorteOU(OR):Lerésultatest1sil’uneOUl’autreOUles

deuxentréesvalent1.Lerésultatn’estdonc0quesiles

deuxentréesvalent0.UneporteOUnormaleadeux

entrées,maisilexisteaussidesportesOUàtroisouà

quatreentrées.Pourcesportes,lerésultatn’est0quesi

touteslesentréesvalent0;danstouslesautrescas,le

résultatest1.

» PorteNON-OU(NOR):Cetteportesecomportecomme

uneporteOUsuivied’uneporteNON,elleproduitle

résultat0siuneouplusieursentréesvalent1etneproduit

lerésultat1quesitouteslesentréesvalent0.

» PorteOUexclusif(XOR):Cetteporteproduitlerésultat

1sil’uneOUl’autredesentréesvaut1,maispaslesdeux,

auquelcaslerésultatest0.TouteslesportesOUexclusif

ontdeuxentrées,maisilestpossiblededisposerplusieurs

portesXORencascadepourchangerlesvaleurs.

» PorteNON-OUexclusif(XNOR):Cetteporteproduitle

résultat0siunedesdeuxentréesvaut1,maispasl’autre.

Elleanécessairementdeuxentrées.

LaFigure11-1 représente les symboles de ces portes logiques courantes,telsqu’ilssontutilisésdanslescircuits.

FIGURE11-1Lasymbolisationdesporteslogiques.

Les portes logiques sont la plupart du temps constituées de diodes et detransistors(àproposdesdiodesetdestransistors,voirChapitres9et10).Toute porte logique contient un circuit comportant ces composants

assemblés de telle sorte que l’application d’une tension d’entréereprésentant une combinaisonparticulière de bits produise une tensiondesortiereprésentantlacombinaisondebitsappropriée.Lescircuitsintégréssont montés sur une unique puce munie de bornes appelées broches, quipermettentdelarelierauxconnexionsd’entrée,desortieetd’alimentationducircuitprincipal.

Danslescircuitsintégrés,ontrouvegénéralementplusieursporteslogiques.Un CI comportera par exemple quatre portes ET à deux entrées (celas’appelle un quad), comme sur la Figure 11-2. L’ensemble se présenterasouslaformed’unboîtiermunidebrochesreliéesauxentréesetsortiesdesdifférentesportesetdebrochesquiserelientàunealimentationélectrique.SurlesiteWebdufabricant,voustrouverezlesindicationsnécessairespouridentifier, parmi les broches, les entrées, les sorties, l’alimentation et lamasse.

FIGURE11-2Schémafonctionneld’unCIàquatreporteslogiquesNON-ETàdeux

entrées,detype7400.

SurunCI,outrelesymboleV+indiquantlabroched’alimentationpositive,vous verrez peut-être d’autres indications. Les fabricants utilisent

différentesconventions,maisilestcourantdevoirlesymboleVDD inscritsur les puces CMOS et le symbole VCC inscrit sur les puces TTL (voirFigure11-2).

Vérifiezquelecomposantquevousachetezabienlenombred’entréesdontvousavezbesoin.N’oubliezpasqu’ilexistedesporteslogiquescomportantplusdedeuxentrées.Vouspouveztrouverparexemple,chezlaplupartdesfournisseurs,uneporteNON-ETàtroisentrées.

EncombinanttoutsimplementdesportesNON-EToudesportesNON-OUde façon appropriée, vous pouvez reconstituer n’importe quelle autrefonction logique. Les fabricants de puces assemblent généralement descircuits comportant presque exclusivement des portesNON-ET ouNON-OU, ce qui leur permet de concentrer leurs efforts de recherche-développementsurl’améliorationdufonctionnementetdelaconceptiondedeuxporteslogiquesseulement.C’estlaraisonpourlaquellecesdeuxtypesdeportessontparfoisappelésportesuniverselles.

SimplifierlesportesgrâceàdestablesdevéritéÉtablirlacorrespondanceentrelesentrées1et0desporteslogiquesetlesrésultatsqu’ellesproduisentestparfoisdifficile,surtoutavecdesportesàplusdedeuxentrées,c’estpourquoilesconcepteursdecircuitsseserventd’un tableau appelé table de vérité. Cette table recense toutes lescombinaisonsd’entréespossibleset indique lasortiecorrespondantepourchaquefonctionlogique.

LaFigure11-3représentelestablesdevéritépourlesporteslogiquesNON(inverseur),ET,NON-ET,OU,NON-OU,OuexclusifetNON-OUexclusif,aveclessymbolescorrespondantàchaqueporte.Danslestablesdevérité,chaque ligne représente une proposition logique. Ainsi, par exemple, ladeuxièmelignedelatabledevéritédelaporteNON-ETdonnel’indicationsuivante:

0NON-ET1=1

Vous pouvez aussi vous servir de tables de vérité pour d’autres circuitsnumériques comme le circuitdemi-additionneur, conçupour ajouter deuxbits et pour produire un résultat comportant un bit de somme et un bit deretenue.Ainsi, par exemple, avec l’équation binaire 1 +1= 10, le bit de

somme vaut 0 et le bit de retenue vaut 1. La table de vérité du demi-additionneurestprésentéesurlaFigure11-4.

Enobservantlacolonnedubitderetenuedanslatabledevéritédudemi-additionneur, vous pouvez remarquer la similitude avec le résultat de laporte

ETàdeuxentréesdelaFigure11-3:lebitderetenueestlemêmequepourAETB,AetBétantlesdeuxbitsd’entrée.Demême,lebitdesommeestlemêmequepourAXORB.Quelleestlasignificationdecela?Vouspouvezfabriquerundemi-additionneuràl’aided’uneporteETetd’uneporteOU-exclusif.Lesbitsd’entréesontenvoyésdanslesdeuxportes,etlaporteETproduit lebitde retenue tandisque laporteOU-exclusifproduit lebitdesomme(voirFigure11-5).

FIGURE11-3:Lestablesdevéritédonnentlerésultat(lasortie)d’uneportelogique

pourchaquecombinaisond’entrées.

FIGURE11-4Latabledevéritéd’uncircuitdemi-additionneur.

FIGURE11-5Uncircuitdemi-additionneurestconstituéd’uneporteET(AND)etd’une

porteOU-exclusif(XOR).

FabriquerdescomposantslogiquesEn reliant plusieurs additionneurs de façon appropriée, vous pouvezfabriqueruncircuitnumériquerecevantdeuxentréesmultibits,commeparexemple 10110110 et 00110011, qui calculera leur somme, enl’occurrence11101001(soit,danslanotationdécimale,182+51=233).

Vouspouvezcréerbiend’autresfonctionspluscomplexesencombinantdesportesET,OUetNON.Toutdépenddequellesportesvousvousservezetde quelle façon vous les reliez les unes aux autres. C’est un peu commeformer des mots avec des lettres. Avec seulement 26 lettres différentes,vouspourriezformerdesmillionsdemots.Delamêmemanière,enreliantcomme il convient un ensembledeportes, vouspouvez créer des circuitseffectuant toutes sortes d’opérations mathématiques (additionneurs,multiplicateursetbiend’autresencore).

Dans la conception de circuits numériques, des progrès ont été réalisésconcernant les additionneurs et autres circuits numériques courammentutilisés.Lesconcepteursonttrouvédesmoyenssubtilsderéduirelestempsdecalculetladissipationd’énergieetd’obteniruneplusgrandeprécisiondes résultats, même dans des conditions de température extrême parexemple.Souvent,desschémaséprouvésdecircuitsnumériquesdeviennentdesproduitsnormalisés,cequivousévited’avoiràréinventerlaroue.

LESTOCKAGEDESBITSDANSDESREGISTRES

Relier des dizaines de portes sous forme d’un réseau complexe de

connexionsn’estpas sansprésenterunproblèmede timing.Quand

lesentréesd’uneporte,àuncertainstadeducircuitlogique,changent

devaleur,lechangementquecelaentraînedanslavaleurdessorties

n’estpasinstantané(letempsderéponsedechaqueporte,mêmes’il

est très court, n’est pas nul). Ces sorties sont les entrées qui

alimententlestadesuivantducircuitlogique,etainsidesuite.

Dans lesdispositifs logiques complexes, onutilisedoncdes circuits

spéciaux appelés les registres, qui retiennent (stockent) pendant un

courtlapsdetempslesbitssortants,àunstadedonné,avantdeles

laisserentrerdanslapartiesuivanteducircuitlogique.Laréceptionet

l’envoiducontenuparlesregistressontgérésparunsignalappelétic

d’horloge,de tellesortequechaqueporteait le tempsdecalculer la

valeurqu’elleproduitensortie.Lessignauxd’horlogesontgénéréspar

descircuitsdeprécisionspéciaux(pourplusdedétailsconcernantla

fabrication d’horloges et de registres, voyez la section sur la

minuterie555,plusloindanscechapitre).

CommentseservirdesCI

Lescircuitsintégrésontpeudechosesàvoiraveclescomposantsséparésque sont les résistances, condensateurs et transistors. Les composantsminiaturiséscontenusdansunCIsontdéjàreliésetforment toutuncircuitprêt à effectuer une tâche particulière. Vous n’avez plus qu’à ajouterquelqueséléments,parexempleunesourced’alimentationetunouplusieurssignauxd’entrée.Celaparaîtsimple,n’est-cepas?C’estsimple,eneffet,saufquepourpouvoireffectuerlesbonsbranchements,ilimportequevoussachiez« lire» l’extérieurdecescréaturesnoiresauxnombreusespattes,quiseressemblenttoutes.

SavoirdistinguerlesCIgrâceàdesnumérosdetypeTout CI est identifiable au moyen d’un code univoque, parexemple7400ou4017,désignantsontype.Àpartirdececode,inscritsurledessusdelapuce,vouspouvezvérifierdansunouvragederéférenceousurunsiteWeblesspécificationsetlesparamètrescorrespondants.

Les CI comportent souvent d’autres informations comme le numéro decatalogue du fabricant, et parfois même un code indiquant la date defabrication.Neconfondezpascecodededateou lenumérodecatalogueavec le numéro d’identification du type de CI. Les fabricants ne seconforment pas à une norme universelle quand ils impriment un code dedatesurleursCI.Vousdevrezdoncparfoisjouerlesdétectivespourtrouverlebonnumérodetypedevotrepuce.

Toutestdansl’encapsulationLe contenu d’une puce tenant dans le creux de la main peut êtreincroyablement complexe. Une puce de la taille d’une pièce de cinqcentimesd’europeut contenir pratiquement le circuit complet d’une radioAM/FM(saufl’alimentationetl’antenne).Cecircuitestmêmesiminusculequelefabricantestobligédelefixerdansunecapsuledeplastiqueoudecéramiqued’unetaillesuffisantepourquel’onpuisselemanipuler.Durantleprocessusd’assemblagedespuces,desbrochesmétalliquessont fixéesauxpointsd’accèsappropriésducircuit.Ellesdépassentdelacapsule,defaçon que l’utilisateur puisse les raccorder aux entrées et aux sorties decourant.

Les CI utilisés par les passionnés sont assemblés dans des boîtiers DIP(dual inline packages – dits aussi boîtiers DIL) comme ceux de laFigure11-6.Ce sontdescapsulesenplastiqueouencéramiquede formerectangulaire comportant deux rangées parallèles de broches sur la faceinférieure.LesboîtiersDIPcomportententre4et64broches,maisleplussouvent8,14ou16.

FIGURE11-6LeboîtierDIP(dualin-linepin),uneformerépanduedecircuitintégré.

LesDIPsontconçuspourêtremontéspar insertiondansuneplaquettedecircuit imprimé.Lesbrochessontenfichéesdansdestrousdisposéssurlaplaquetteetlatraversent,detellesortequ’onpuisseensuitelessouderdel’autrecôté.Vouspouvezsoitsouderdirectementlesbrochesdansuncircuitimprimé,soitvousservirdesembasesprévuespourfixerlapucesansavoiràplier lesbroches.Voussoudez lesconnexionsdans lecircuit,puisvousinsérezlapucedansl’embase.LesboîtiersDIPpeuventaussise«clipser»sur des plaques sans soudure (voir Chapitre 15). Ce système facilite lapréparationdescircuits.

Les CI des produits fabriqués en grande série sont généralement pluscomplexes etnécessitentunnombredebrochesplus importantquecequiest possible avec les DIP, c’est pourquoi les fabricants ont trouvé (etcontinuentdetrouver)desfaçonsplusastucieusesd’encapsulerlesCIetdeles connecter aux circuits imprimés. Aujourd’hui, pour économiser de laplace sur les plaquettes (ou cartes électroniques), les CI sont le plussouventmontés directement sur des connexionsmétalliques incluses dansles cartes électroniques. C’est ce que l’on appelle la surface-mounttechnology (SMT), ou technique demontage en surface.De nombreuxCIsont conçus pour être montés de cette manière, comme par exemple les

circuitsintégrésàfaibleencombrement,quiressemblentàdesDIP,maisenplus courts, plus étroits et avec des broches pliées (appelées broches en«L»).

LESFAMILLESLOGIQUES

Diverses possibilités s’offrent aux fabricants de circuits numériques

intégrés.Uneportesimplepeutêtreassembléeavecunerésistanceet

untransistor,ouavecsimplementdestransistorsbipolaires,ouavec

simplement des MOSFET (un autre type de transistor), ou avec

d’autres combinaisons de composants. Certaines méthodes de

conception permettent de rassembler plus facilement un grand

nombre de portes minuscules sur une même puce, tandis que

d’autresméthodespermettent d’assembler des circuits plus rapides

oupluséconomesenénergie.

Les circuits numériques intégrés sont classés en fonction de la

méthodedeconceptionetde la technologieutiliséepourassembler

les minuscules circuits dont ils sont constitués. On distingue ainsi

plusieursdizainesde familles logiques,mais lesdeuxplus courantes

sontlafamilleTTLetlafamilleCMOS.

Dans la famille TTL (transistor-transistor logic), des transistors

bipolaires servent à construire des portes et des amplificateurs. La

fabrication de ces circuits est relativement peu onéreuse, mais ils

consomment généralement beaucoup d’énergie et nécessitent une

alimentation spécifique (5 volts). La famille TTL comporte plusieurs

branches, notamment la série Low-Power Schottky qui consomme à

peuprèsuncinquièmedel’énergieconsomméeparlesautrescircuits

TTL. Dans la plupart des CI de la famille TTL, les éléments sont

numérotés 74xx ou 74xxx, les codes xx et xxx indiquant un type

particulier de système logique. Le 7400, par exemple, est un quad

NAND (quadruple NON-ET) à deux entrées. Sa version économique

Schottkyportelecode74LS00.

Le CMOS (complementary metalloxide semiconductor) est un type de

technologie servant à fabriquer les MOSFET (metal-oxide

semiconductorfield-effecttransistors, c’est-à-dire transistorsàeffetde

champ à semi-conducteur en oxyde métallique). Vous comprenez

maintenant l’intérêt d’utiliser des sigles comme CMOS ! Les puces

CMOScoûtentunpeupluscherqueleurséquivalentsTTL,maiselles

sont beaucoupmoins gourmandes et fonctionnent avec différentes

tensions d’alimentation (de 3 à 15 volts). Elles sont très sensibles à

l’électricité statique et doivent donc être manipulées avec un soin

particulier. Certaines puces CMOS ont le même brochage que les

puces TTL et sont reconnaissables grâce à un « C » au milieu du

numéro d’identification. Ainsi, par exemple, le 74C00 est une porte

quadNON-ETàdeuxentréescomportantlemêmebrochagequeleCI

TTL 7400. Les puces de la série 40xx, par exemple le compteur

décimal 4017 et l’afficheur 7 segments 4511, font aussi partie de la

familleCMOS.

Leconditionnementdespucespourlemontageensurfaces’estgénéralisé,àtel point qu’il est devenu difficile de trouver certains modèles de CI auformatDIP. Si vous souhaitezmonter unCI en surface sur une carte sanssoudure (ne pouvant peut-être pas trouver unDIP), il existe desmodulesadaptateurs spéciaux DIP qui permettent de transformer des CI pourmontage en surface en éléments compatibles DIP pouvant être enfichésdirectement surune carte (dansvotremoteurde recherchepréféré, lancezune requête sur « adaptateur DIP », et vous obtiendrez une liste defournisseurs).

Certains CI sont très sensibles à l’électricité statique (voir Chapitre 13).RangezbienvosCIdansunemousseconductrice (vousen trouverezchezvotre fournisseur de produits électroniques). Avant de manipuler un CI,déchargez-vousen touchantunconducteur reliéà la terre (parexemple lastructure métallique de votre ordinateur de bureau, reliée à une prise de

terre). Cela vous évitera d’endommager votre CI et de vous demanderensuite pourquoi il ne fonctionne pas (ne comptez pas sur un tuyau dechauffage en métal pour dissiper l’électricité statique : de nos jours, latuyauterie d’un immeuble comporte souvent des éléments en plastique, sibien que les conduites métalliques traversant votre appartement ou votremaisonnesontpasnécessairementreliéesàlaterre).

Testerlebrochaged’unCILes broches d’un boîtier de CI sont reliées auxminuscules circuits qu’ilcontient,malheureusement elles sont dépourvues de toute indication. Pourpouvoir procéder aux bonnes connexions, vous êtes donc obligé de vousréférerà ladocumentation.Celle-cidétaille,entreautres, lebrochage, cequisignifiequ’ellepréciselafonctiondechaquebroche.

Pour lesCI les plus répandus (et pour un certain nombre d’autres), voustrouverez la documentation sur Internet. Utilisez pour cela un moteur derecherchecommeGoogleouYahoo!.

Pour identifier les broches, examinez le dessusduboîtier.Vous trouverezprobablement une petite encoche, ou bien une dépression, ou encore unebande blanche. Par convention, les broches sont numérotées dans le senscontrairedesaiguillesd’unemontre,encommençantparlabrochesituéeenhautàgauchelaplusprochedecepointderepère.SurlaFigure11-7,parexemple,lepointderepèreestuneencochesituéeaumilieud’uneextrémitédu rectangle, et les broches sont numérotées d’un côté de 1 à 7 endescendant,puisdel’autrecôté,de8à14enremontant.

FIGURE11-7Lanumérotationdesbrochesd’unCIcommenceenhautàgauche,dans

lesenscontrairedesaiguillesd’unemontre.

Ne croyez pas que deux CI ayant le même nombre de broches aurontnécessairement le même brochage (c’est-à-dire la même disposition desbroches),niquelesbrochesàutiliserpourl’alimentationserontlesmêmes.Et surtout, ne faites jamais – jamais – vos branchements au hasard ou aupetitbonheurlachance.Nevousimaginezpasqu’ilvousserapossibledefairedesessaisdeconnexion jusqu’àcequecela fonctionne.Ceserait lemeilleurmoyendedétruireunpauvrecircuitsansdéfense.

Sur les schémas de circuits, les connexions des circuits intégrés sontsouvent indiquées avec des numéros placés à côté des broches. Cesnuméros correspondent à l’ordre de numérotation des broches quand leboîtierestvududessus(danslesenscontrairedesaiguillesd’unemontreen commençant par le 1 en haut à gauche). Ces schémas vous permettentfacilementd’effectuerlesconnexionsd’unCIsansavoirbesoindeconsulterunmanuelouunedocumentation.Ilvoussuffitdebienvousconformeràlaschématiqueetdenepasvoustromperencomptantlesbroches.

Si les numéros des broches ne figurent pas sur le schéma, il vous faudratrouverundiagrammedubrochage.PourlesCInormalisés,voustrouverezcediagrammedansunmanuelousurInternet,etpourlesautres,vousdevrezconsulterladocumentationsurlesiteWebdufabricant.

ConsulterladocumentationsurlesCILa documentation d’un CI est comme un mode d’emploi, elle présentel’informationdétailléesurl’intérieuretl’extérieurducircuitintégréetdesrecommandationsd’utilisation.Elleestrédigéeparlefabricantetcomportegénéralement plusieurs pages. L’information contenue dans ce type dedocumentationestgénéralementlasuivante:

» Lenomdufabricant

» Lenometlenumérod’identificationduCI

» Lesformatsexistants(parexemple,DIPà14broches)etla

photodechaqueformat

» Lesdimensionsetlediagrammedubrochage

» Unebrèvedescriptionfonctionnelle

» Lesvaleursminimumetmaximumacceptéespourla

tensiond’alimentation(l’intensité,lapuissanceetla

température)

» Lesconditionsd’utilisation

» Lesformesd’ondeenentréeetensortie(lafaçondontla

pucetransformeunsignald’entrée)

Ladocumentationcomportesouventdesschémasdecircuitspartielsservantà illustrer l’utilisation du CI. Elle peut grandement vous aider et vousdonnerdesidées.Lirelemoded’emploiestparfoisutile!

Souvent, le fabricant publie des exemples d’application de ses circuitsintégrés.Onytrouvedesexplicationsdétailléessurl’utilisationduCIdansune application donnée, c’est-à-dire dans un circuit conçu pour effectuerunecertainetâchepratique.

DÉLIVRERETDISSIPERDUCOURANT

Les circuits intégrés n’étant pas visibles, il est difficile de savoir

précisément comment le courant circule quandun récepteur ouun

circuit est relié aux broches de sortie d’un CI. En général, la

documentationpréciselaquantitédecourantquelasortieduCIpeut

délivreroudissiper.Onditqu’unesortiedélivreducourantquandun

courantsortetqu’elledissipeducourantquandcecourantentre.

Si vous branchez, par exemple, une résistance entre une broche de

sortieetlabornepositived’unesourced’alimentation,etsilatension

surcettesortieestnulle(0volt)ouàl’étatbas,lecouranttraverserala

résistanceetentreradansleCI:danscecas,leCIdissipelecourant.

Sivousbranchezunerésistanceentreunebrochedesortieetlaborne

négative (lamasse) d’une source d’alimentation, et si la tension sur

cette sortie est à l’état haut, le courant traversera la résistance en

sortant du CI : dans ce cas, le CI délivre le courant. Pour connaître

l’intensitémaximaleducourantdissipéoudélivréparunesortiedeCI

(c’estgénéralementlamêmevaleur),consultezladocumentation.

FairepreuvedelogiqueDanscettesection,vousallezapprendreàréaliserlesbonnesconnexionsàunCIdeportelogiqueNON-ET(enanglaisNAND).Lesdiversesmanièresde combiner les entrées vous permettent d’observer des changements ensortie. Ensuite, vous allez découvrir le moyen de créer un autre type deportelogique,uneporteOU,grâceà lacombinaisonappropriéedeportesNON-ET.

Pourassemblerlesdeuxcircuitsprésentésdanscettesection,ilvousfaut:

» QuatrepilesAAde1,5V

» UncompartimentpourquatrepilesAAavecun

connecteur

» UnCIdeportelogiquequadNON-ETàdeuxentréesde

type74C00ou74HC00

» Quatrerésistancesde10kΩ(marron-noir-orange)

» Deuxrésistancesde470Ω(jaune-violet-marron)

» QuatreinverseursSPDT

» DeuxLED(peuimportentlatailleetlacouleur)

» Uneplaqued’essaissanssoudureetdescavaliersassortis

LesCI74C00et 74HC00 sont despucesCMOS, (précédemmentdans cechapitre). Vous pouvez utiliser un autre type deNAND à deux entrées, àcondition de vérifier les spécifications en matière de brochage etd’alimentation.Le4011,parexemple,estuneautreporteNON-ETCMOSàdeux entrées,mais son brochage est différent de celui duCI 74HC00.LeCI7400estunepuceTTLNON-ETàdeuxentréesdontlebrochageestlemême que celui du CI 74HC00, mais qui nécessite une alimentationde5voltsassezstable.VousdevrezdoncutiliserunrégulateurdetensioncommeleLM7805,ainsiquedeuxcondensateurs.LeLM7805seraalimentépar une pile de 9 volts et délivrera une tension stable de 5 volts aveclaquellevouspourrezalimenterleCI7400.

VoirlalumièreàlasortiedelaporteNON-ETLecircuitdelaFigure11-8utiliseuneLEDpourindiquerl’étathaut(1)oubas(0)delasortied’uneporteNON-ETàdeuxentrées.

FIGURE11-8Utilisationd’uneLEDpourétudierlasortied’uneportelogiqueNON-ET.

AssemblezlecircuitenvousréférantàlaFigure11-9eten tenantcomptedesimportantesindicationssuivantes:

» LeCI74HC00estunepuceCMOSàgrandevitessequiest

sensibleàl’électricitéstatique.Parconséquent,ne

manquezpasd’observerlesprécautionsénoncéesau

Chapitre13afind’éviterdel’endommager,eten

assemblantvotrecircuit,n’insérezleCIqu’endernier–

maisavantd’appliquerunetension–commeindiquéau

Chapitre15.

» Danscecircuit,vousn’utiliserezqu’unseulcôtédechaque

inverseur,sibienquechaqueinverseurfonctionnera

commeuninterrupteurmarche/arrêt(voirChapitre4).

Branchezlabornedumilieuetunedesbornesdes

extrémitésàvotrecircuitetlaissezl’autreborne

déconnectée.

N’oubliezpasquelasortied’uneporteNON-ETestàl’étathautquanduneaumoinsdesdeuxentréesestàl’étatbas,etqu’ellen’estàl’étatbasquelorsque les deux entrées sont à l’état haut. L’état « haut » est celui quicorrespondauniveaud’alimentationpositive(6V)etl’état«bas»est0V.

Quand on ferme un des interrupteurs (SW = switch, mot anglais pour« interrupteur»), l’entréepasseà l’étathautpuisqu’elleestalors reliéeàl’alimentationpositive.Quandonouvreundes interrupteurs, elle passe àl’étatbaspuisqu’elleestconnectéeàlamasse(0V)viaunerésistance.

FIGURE11-9AvecSW1(interrupteurduhaut)enpositionmarche(curseuràdroite)et

SW2(interrupteurdubas)enpositionarrêt(curseuràgauche),laLEDs’allume,

indiquantque1NON-ET0=1(lesnumérosdesbrochesontétéajoutés).

Testez la porte NON-ET en essayant les quatre combinaisons possiblesd’interrupteursouvertsetfermés,etremplissezletableausuivant(quin’est,sommetoute,qu’unetabledevérité).

Entrée1 Entrée2 Sortie(Haut=LEDallumée,Bas=LEDéteinte)

Bas(SW1ouvert)Bas(SW2ouvert)

Bas(SW1ouvert)Haut(SW2fermé)

Haut(SW1fermé)Bas(SW2ouvert)

Haut(SW1fermé)Haut(SW2fermé)

Avez-vousvu laLEDs’allumerquandaumoinsundesdeux interrupteursétaitouvert?LaLEDnes’est-ellepaséteintequandlesdeuxinterrupteursontétéfermés?Diteslavérité!

TroisportesNON-ETpourfaireuneporteOUEn combinant plusieurs portes NON-ET, vous pouvez créer n’importequelle fonction logique. Dans le circuit de la Figure 11-10, trois portesNON-ETpermettentdecréeruneporteOU.LesentréesdelaporteOUsontcontrôléesparlesinterrupteursSW3etSW4.L’étatdelasortieestindiquéparl’étatdelaLED,alluméeouéteinte.

FIGURE11-10TroisportesNON-ETdansuneconfigurationpermettantdecréerune

porteOU.

Chacune des deux portesNON-ETde la partie gauche fonctionne commeuneporteNON(ouinverseur).ChaqueporteNON-ETassocie lesentréesdetellesortequ’uneentréeàl’étatbasproduiseunesortieàl’étathautetqu’uneentréeàl’étathautproduiseunesortieàl’étatbas.LaporteNON-

ETde lapartiedroiteproduitunesortieà l’étathaut lorsqu’aumoinsunedesentréesestàl’étatbas,cequiseproduit lorsqu’aumoinsundesdeuxinterrupteurs (SW3etSW4)est fermé.Enfindecompte,si l’unaumoinsdesdeuxinterrupteursestfermé,lasortieducircuitestàl’étathaut.C’estbienlarègledelaporteOU!

En montant ce circuit, prenez les précautions nécessaires pour éviterl’électricité statique. Pour assembler le circuit de la Figure 11-10, vouspouvez utiliser les trois portes NON-ET qui restent sur leCI 74HC00 utilisé dans l’assemblage du circuit de la Figure 11-9. LaFigure11-11montre lescircuitsdesFigures11-8et11-10réunisà l’aided’ununique74HC00.Tâchezdenepascroiserlesfils!

FIGURE11-11Utilisationdu74HC00pourmontrerlefonctionnementàlafoisd’une

porteNON-ETetd’uneporteOUconstituéedetroisportesNON-ET(lesnumérosdes

quatrebrochesdanslescoinsontétéajoutés).

Testez leur fonctionnement en ouvrant et en fermant les interrupteurs. LaLEDdoits’allumerquandaumoinsundesdeuxinterrupteursestfermé.

ÀladécouvertedequelquesCId’utilisationcourante

Aujourd’hui,ontrouvesurlemarchétoutessortesdecircuitsintégrés,maisdeux types deCI en particulier sont prisés pour leur polyvalence et pourleur facilité d’utilisation : l’amplificateur opérationnel et le circuit deminuterie555.Sivousavezvraimentl’intentiondefairedel’électronique

unedevosoccupations,mêmede façonpeu intensive,vousavez intérêtàbienconnaîtrecesdeuxtypesdecircuit.

CettesectiondécritcesdeuxtypesdeCIainsiqu’unautreCI,lecompteurdécimal4017CMOS.Laminuterie555etlecompteur4017servirontdansles projets du Chapitre 17. Les paragraphes qui suivent donnent un brefaperçudeleurfonctionnement.

LesamplificateursopérationnelsLe type de CI linéaire (analogique) le plus courant est sans aucun doutel’amplificateuropérationnel,surnomméampliop,conçupourdonnerdelavigueuràunsignalfaible(pourl’amplifier).Unamplificateuropérationnelcomporte plusieurs transistors, résistances et condensateurs et produit unrésultat plus appréciable qu’un simple transistor. Il peut fournir, parexemple, une amplification uniforme sur une gamme de fréquences (oulargeurdebande)bienpluslarge.

Le plus souvent, les amplificateurs sont des DIP à huit broches (voirFigure11-12)dontdeuxbrochesd’entrée (labroche2, appelée invertinginput,etlabroche3,appeléenon-invertinginput)etunebrochedesortie(la broche 6). L’amplificateur opérationnel est un type particulierd’amplificateur différentiel : le signal de sortie produit par les circuitsqu’il contient est unmultiple de ladifférence entre les signaux appliquésauxdeuxentrées.Utiliséed’unecertaine façon,cetteconfigurationpermetd’éliminer le bruit (les tensions indésirables) dans le signal d’entrée àamplifier.

FIGURE11-12Brochaged’unampliopstandardde8brochescommeleLM741.

Vouspouvezconfigurerunampliopérationnelpourqu’ilmultiplieunsignald’entrée par un facteur de gain connu, déterminé par des résistancesexternes.Vousobtenezainsiunamplificateurinverseur,commeceluidelaFigure11-13.

FIGURE11-13Uncircuitd’amplificateuropérationnelinverseurpermetd’obtenirun

gainuniformesurunelargegammedefréquences.

Legainapportéparcecircuitestunefonctiondesrésistancesbranchéesàl’amplificateur:

Gain=–R2/R1

Le signe négatif indique que le signal d’entrée est retourné, c’est-à-direinversé, pour produire le signal de sortie. Ainsi, par exemple, siR2=10kΩetsiR1=1kΩ,alors legainest égalà–10,cequi signifiequ’avecunsignald’entréedontlatensiondecrêteestde1V,lesignaldesortieauraunetensiondecrêtede10V.

Pour faire fonctionner l’amplificateur inverseur,appliquezsimplementauxbroches d’entrée un signal (par exemple, le signal de sortie d’unmicrophone). Ce signal ressortira amplifié. Il pourra alors alimenter unhaut-parleur,parexemple.

La plupart des amplificateurs opérationnels nécessitent une tensiond’alimentationàlafoispositiveetnégative:unetensionpositivecompriseentre8et12V(sur labroche7)etune tensionnégativecompriseentre–8et–12V(surlabroche4)(vouspourreztrouverfacilementdesnoticesd’application expliquant comment faire fonctionner ces amplis op à

alimentationdualeàpartird’unesourced’énergieélectriqueunique).

On trouve toutes sortes d’amplis op sur le marché, à des prix allant dequelqueseurospourunampliopàusagesmultiplescommeleLM741,parexemple, à plusieurs dizaines d’euros pour des amplis op à hauteperformance.

UnCIpourmesurerletemps:laminuterie555Laminuterie(oubasedetemps)polyvalente555estundestypesdecircuitintégrélesplusrépandusetlesplusfacilesàutiliser.Apparueen1971,elleest toujoursaussiactuelle.Onenproduitchaqueannéeplusd’unmilliardd’unités.Ellepeutêtreutiliséedansdescircuitsanalogiquesounumériques,etsertleplussouventauminutagedeprécision(lesunitésdemesureallantdelamicrosecondeàl’heure).Dansungrandnombredeprojets(notammentplusieursprojetsprésentésauChapitre17),ellejoueunrôleindispensable.

FIGURE11-14Brochaged’uneminuterie555.

LaFigure11-14représentelebrochagedelaminuterie555.Lesfonctionsdesbrochessontlessuivantes:

» Undéclencheur.Enappliquantunefaibletensionàla

broche2,ondéclenchelefonctionnementducircuit

internedeminuterie.C’estcequel’onappelleunegâchette

activebasse.

» Unesortie.Laformed’ondedesortieestdélivréesurla

broche3.

» Uneremiseàzéro.Enappliquantunefaibletensionàla

broche4,onréinitialiselafonctiondeminuterie,etla

broched’entrée(labroche3)prendl’étatbas(tensionnulle)

(danscertainscircuits,cettefonctionestabsenteetla

broche3estliéeàl’alimentationpositive).

» Uneentréedecontrôledelatension.Pourneutraliser

lecircuitinternededéclenchement(celanesefaitpasen

tempsnormal),onappliqueunetensionàlabroche5.

Autrement,onrelielabroche5àlaterre,depréférenceen

passantparuncondensateurde0,01μF.

» Unseuil.Quandlatensionappliquéeàlabroche6atteint

unecertainevaleur(généralementlesdeuxtiersdela

tensionpositived’alimentation),lecycledeminuteriese

termine.Entrelabroche6etlabornepositivede

l’alimentation,onbrancheunerésistance.Delavaleurde

cetterésistancedeminuteriedépendraladuréeducyclede

minuterie.

» Unebrochededécharge.Àlabroche7,onbrancheun

condensateur.Dutempsdedéchargeducondensateurde

minuteriedépendladuréedesintervallesdelaminuterie.

IlexistediversmodèlesdeCIdeminuterie555.Laminuterie556estuneversiondualedela555,conditionnéesousformedeDIPà14broches.Lesdeux minuteries placées à l’intérieur se partagent les mêmes brochesd’alimentation.

En reliant les broches de votre minuterie 555 à des résistances, à descondensateursetàdesinterrupteurs,vouspouvezfaireaccompliràcepetitbijou différentes fonctions, et avec une facilité remarquable. Dans la

documentation, vous trouverez des précisions détaillées et faciles àcomprendresurlesdifférentesapplicationspossiblesdecedispositif.Nousallonsvoiricitroismanièrescourantesdeconfigureruncircuitminuteuràl’aided’uneminuterie555.

Unmultivibrateurastable(oscillateur)Lapuce555peutsecomportercommeunmultivibrateurastable,untermesavantpourdésignerunesortedemétronomeélectronique.Enreliantàcettepuce d’autres composants (selon le schéma de la Figure 11-15), vouspouvez obtenir un circuit produisant une série continue d’impulsionsalternantunetensionbasse(0volt)etunetensionhaute(latensionpositivede l’alimentation,Ua), comme l’illustre laFigure11-16 (le termeastablefaitréférenceaufaitquelecircuit,aulieudetrouverunétatstable,alternecontinuellement deux états différents). Un tel circuit est aussi appeléoscillateur.

FIGURE11-15Configurationducircuitd’unmultivibrateurastable555.

Lesapplicationsd’unmultivibrateurastable555sontvariées:

» Lumièresclignotantes:Uneséquenced’impulsions

bassefréquence(<10Hz)peutserviràcommander

l’allumageetl’extinctiond’uneLEDoud’unelampe(voir

Chapitre17,projetdeLEDclignotante).

» Métronomeélectronique:Uneséquenced’impulsions

bassefréquence(<20Hz)enentréed’unhaut-parleurou

d’untransducteurpiézoélectriquepermetdeproduireun

«clic»àintervallesréguliers.

FIGURE11-16Séquenced’impulsionsprovenantducircuitd’unmultivibrateurastable

555.L’intervalleentredeuximpulsionsdépenddescomposantsexternes.

» Alarme:Enréglantlafréquencedansunintervalle

correspondantauxapplicationsaudio(entre20Hz

et20kHz)etendirigeantlasortieversunhaut-parleurou

versuntransducteurpiézoélectrique,vouspouvezproduire

unsonstridentetinsupportable(voirChapitre17,projets

desirèneetd’alarmesensiblesàlalumière).

» Minutaged’unepucelogique:Vouspouvezréglerla

pulsationpourqu’ellecorrespondeauxspécificationsdu

signalminutantlecircuitlogiquedelapuce,parexemplele

compteurdécimal4017dontilseraquestionplusloindans

cechapitre(voirChapitre17,projetdegénérateurd’effets

lumineux).

Lafréquencef(enhertz)del’ondecarréeproduite,c’est-à-direlenombredecyclescompletsparseconde,dépendduchoixquiaétéfaitconcernantlestroiscomposantsexternes:

f=1,4/(R1+2R2)xC1

Eninversantlenumérateuretledénominateurdecetteéquation,onobtientlapériode (T), qui est le temps (en secondes) d’un cycle complet (d’unepulsation):

T=0,7x(R1+2R2)xC1

Vouspouvezmonteruncircuitaveclequellalargeurdelapartiehautedelapulsationseradifférentede la largeurde lapartiebasse.La largeurde lapartiehaute(Thaute)peutêtrecalculéegrâceàl’équationsuivante:

T=0,7x(R1+2R2)xC1

Lalargeurdelapartiebasse(Tbasse)peutêtrecalculéegrâceà l’équationsuivante:

T=0,7xR2xC1

SiR2estbeaucoupplusgrandqueR1,leslargeursdelapartiehauteetdelapartiebasseserontàpeuprèségales.SiR2=R1, lapartiehauteseradeuxfoispluslargequelapartiebasse.

VouspouvezremplacerR1etR2parunpotentiomètre(résistancevariable)etunepetiterésistancebranchésensérie,afindefairevarierlapulsation.

Pour le choixdes valeurs deR1,R2 etC1, je vous conseille de procédercommesuit:

» ChoisissezC1.Décidezquellegammedefréquencesvous

voulezproduire,etchoisissezuncondensateurapproprié.

Plusbassesserontlesfréquencesdésirées,plusfortesera

lacapacitéducondensateur(ensupposantqueR1etR2serontquelquepartdanslafourchette10kΩ–1MΩ).Pouruncertainnombred’applicationsàbassefréquence,des

condensateursdecapacitécompriseentre0,1μFet10μFconviennentbien.Pourlesapplicationsàplushaute

fréquence,choisissezuncondensateurdecapacité

compriseentre0,1μFet0,001μF.

» ChoisissezR2.Décidezquelledoitêtrelalargeurdela

partiebassedelapulsation,etchoisissezlavaleurdeR2qui

produiracettelargeurcomptetenudelavaleurdeC1déjà

déterminée.

» ChoisissezR1.Décidezquelledoitêtrelalargeurdela

partiehautedelapulsation.ÀpartirdesvaleursdeR2etC1

déjàdéterminées,calculezlavaleurdeR1quivous

permettrad’obtenirlalargeurdésiréepourlapartiehaute.

Ainsi, par exemple, pour produire une pulsation qui soit forte pendantenviron 3 secondes et faible pendant environ 1,5 seconde, vous pouvezutiliser un condensateur de 10 μF pourC1 et des résistances de 220 kΩpourR1etR2(utilisezcesvaleursdansleséquationspourThauteetTbasse,etobservezlerésultat!).

UnmultivibrateurmonostableEnconfigurantlaminuterie555commesurlaFigure11-17,vouspouvezenfaireunmultivibrateurmonostable,qui,lorsqu’ilseradéclenché,produiraune impulsionunique.En l’absencededéclencheur, cecircuitproduitunetensionbasse(nulle):c’estsonétatstable.Ledéclenchementsefaitparlafermeturedel’interrupteurentrelabroche2etlamasse.Lecircuitproduitalorsensortieuneimpulsionhaute,auniveaudelatensiond’alimentation,Va.La largeurde l’impulsion,c’est-à-diresapériodeT(laduréependantlaquellelatensionhauteestdélivréeensortie),estfonctiondesvaleursdeR1etdeC1:

T=1,1xR1xC1

FIGURE11-17Déclenchéenfermantl’interrupteurreliéàlabroche2,lecircuit

monostable555produituneimpulsionuniquedontlalargeurdépenddesvaleursde

R1etC1.

Sachant que la capacité d’un condensateur peut souvent varier et que sonimprécisionpeutatteindre20%,mieuxvautpeut-êtrenepass’enteniràlavaleurcalculéeparcetteformule.

Pourdéclencherlefonctionnementd’uncircuitlogique(commelecompteurdécimal 4017 CMOS décrit plus loin dans ce chapitre) sans prendre derisque,vouspouvezutiliserunmultivibrateurmonostable.Lesinterrupteursmécaniques ont tendance à « rebondir » quand ils sont actionnés, si bienqu’ils peuvent produire plusieurs hausses de tension qu’un CI numériquerisquerait d’interpréter comme autant de signaux de déclenchement. Afind’évitercela,lemieuxestdevousservird’uninterrupteurmécaniquepourdéclencherunmultivibrateurmonostable,dontlesignaldesortieserviraàdéclencherlefonctionnementduCInumérique.

Unmultivibrateurbistable

Siuncircuitastablen’apasd’étatstableetsiuncircuitmonostablepossèdeunétatstable,qu’est-cedoncqu’uncircuitbistable?Vousl’avezpeut-êtredeviné,c’estuncircuitavecdeuxétatsstables.

Lemultivibrateurbistable555delaFigure11-18produittantôtunetensionhaute (VCC) tantôtune tensionbasse (0V), etnepassed’unétat à l’autreque lorsqu’il y a déclenchement. Calculer la valeur des résistances n’estpasnécessaire:c’estl’activationdelagâchettequipermetdecontrôlerlaséquenced’impulsions.

Pour observer de près le fonctionnement d’une minuterie 555 enmultivibrateurbistable,assemblezlecircuitdelaFigure11-19.Pourcela,ilvousfaut:

» QuatrepilesAAde1,5V

» UncompartimentpourquatrepilesAAavecun

connecteur

» UnCIdeminuterie555

» Deuxrésistancesde10kΩ(marron-noir-orange)

» Unerésistancede470Ω(jaune-violet-marron)

» UneLED(peuimportentlatailleetlacouleur)

» UninverseurSPDT

» Uneplaqued’essaissanssoudureetdescavaliersassortis

AssemblezlecircuitenvousaidantdelaFigure11-20.Remarquezqu’uneborne de l’inverseur SPDT est reliée à la broche 2 (gâchette) de laminuterie555,quel’autreborneestreliéeàlabroche4(remiseàzéro)dela minuterie 555, et que la borne centrale est reliée à la terre. Selon laposition de son curseur, l’inverseur déclenchera la minuterie ou laréinitialisera.

FIGURE11-18Lecircuitbistable555produitunesortiehautequandilestdéclenchéparlagâchettereliéeàlabroche2etunesortiebassequandilestredémarréau

moyendel’interrupteurreliéàlabroche4.

FIGURE11-19Utilisationd’uneLEDpourvisualiserlerésultatd’uncircuitdemultivibrateurbistable.

FIGURE11-20Danscecircuitdemultivibrateurbistable,l’inverseurSPDTestutilisé

pourdéclencherlaminuterie555etpourlaréinitialiser(lesnumérosdesbrocheset

leslégendesautourducurseurontétéajoutés).

Unefoisquevotrecircuitestprêt,mettezl’interrupteurdanslapositiondudéclencheur(gâchette).LaLEDs’allume-t-elle?Reste-t-ellealluméeaussilongtemps que vous laissez l’interrupteur dans cette position ?Àprésent,mettezlecurseurdanslapositionderemiseàzéro.LaLEDs’éteint-elle,etreste-telleéteintetantquel’interrupteurestdanscetteposition?

Sachant que lemultivibrateur bistable reste dans l’état bas ou dans l’étathaut tant qu’il n’a pas été déclenché, il peut servir à stocker un bit dedonnée(c’est-à-diresoitun0soitun1,correspondantrespectivementàunetension basse et à une tension haute). Les registres servant à stocker desrésultats temporaires à différentes étapes des circuits logiques sont descircuitsbis

tables. Lesmultivibrateurs bistables sont également utilisés dans certainscircuitsdecomptagenumérique,oùilsretiennentlesbitsdansunréseauderegistres.Lessortiesdecesregistresconstituentunechaînedebits,laquellereprésentelecomptage.

Vous pouvez utiliser divers types de circuits de minuterie 555 pourdéclencher d’autres circuits de minuterie 555. Ainsi, par exemple, vouspouvez vous servir d’un oscillateur pour déclencher un multivibrateurbistable(c’estutilepourlesregistresdecadencement).Vouspouvezaussivousservird’unmultivibrateurmonostablepourproduireunsontemporaireàfaiblevolume.Quandlesons’arrête,l’étatducircuitbistablechangeetsasortiedéclencheunoscillateurquienvoieuneimpulsionàunhaut-parleur.Cegenredecircuitpeutêtreutilisépourmonterunsystèmed’alarme:aumoment où il pénètre dans lamaison, le propriétaire (ou le cambrioleur)disposededix secondes, par exemple, pourdésactiver le système (tandisqueretentitunsignald’avertissementàfaiblevolume)avantque lasirènesedéclencheetréveillelevoisinage.

Comptersurlecompteurdécimal4017LecompteurdécimalCMOS4017delaFigure11-21estunCIà16brochesqui « compte » de 0 à 9 quand il est déclenché. Lesbroches1à7et9à11passentl’uneaprèsl’autredel’étatbasàl’étathautquandunsignaldedéclenchementestappliquéàlabroche14(bienentendu,ellesnechangentpasd’étatdanslestrictsenscontrairedesaiguillesd’une

montre : pour déterminer l’ordre de changement, il faut vérifier lebrochage).Vouspouvezvousservirdelasortieducompteurpourallumerdes LED (comme dans le projet de générateur d’effets lumineux duChapitre17)oupourdéclencheruncircuitmonostablecontrôlantunautrecircuit.

Lecomptagenepeutsefairequelorsquelabroche13(celledelafonctionneutralisation, ou disable) est dans l’état bas : vous pouvez inhiber lecomptage en appliquant à la broche 13 un signal haut.Vous pouvez aussiréinitialiser le compteur (la sortie du compte « zéro », c’est-à-dire labroche3, passe à l’état haut) en appliquant à la broche14un signal haut(+V).

EnréunissantplusieursCI4017,onpeutconstruireuncircuitquicomptelesdizaines, lescentaines, lesmilliers,etc.Labroche12estdans l’étathautquandlecompteestcomprisentre0et4etdansl’étatbasquandlecompteest compris entre5 et 9, cequi revient à avoir un signaldéclencheurquidivise le comptagepardix.Si l’onbranche la sortie de labroche12 surl’entréedudéclencheur(broche14)d’unautrecompteurdécimal,cesecondcompteurcompteralesdizaines.Sil’onbranchelabroche12decesecondcompteursurlabroche14d’untroisièmecompteur,cetroisièmecompteurcomptera les centaines. Avec suffisamment de 4017, on pourrait mêmeatteindrelemontantdeladettenationale!

FIGURE11-21BrochageducompteurdécimalCMOS4017.

Vouspouvez aussi relier deuxouplusieurs sorties du compteur et utiliserdesdiodespourobteniruneséquencevariable.Pourcela,branchezchaqueanode (borne positive de la diode) à une broche de sortie, et faitesconverger toutes les cathodes (les bornes négatives des diodes) vers unerésistance.Vouspouvez,parexemple,simulerlefonctionnementd’unfeudesignalisationenreliantensemblelessorties0à4etenenvoyantlerésultat,viaunerésistance,àuneLEDrouge,brancherlasortie5suruneLEDjauneetrelierensemblelessorties6à9pourlesfaireconvergerversuneLEDverte(voirleprojetdefeudesignalisationauChapitre17).

LesmicrocontrôleursLemicrocontrôleurfaitpartiedescircuitsintégréslespluspolyvalents.Unmicrocontrôleurestunesorted’ordinateurminiaturedansunepuce.Pourleprogrammer, vous le placez sur une carte de développement, afin qu’ilpuisse être relié àvotreordinateur.Une foisquevous l’avezprogrammé,vous le montez dans votre système électronique, sur une embase. Vous yajoutez quelques autres composants (pour réaliser une interface reliant lemicrocontrôleuràvotreordinateur,àdesmoteursouàdesinterrupteurs),etvous avez un petit CI prêt à fonctionner (par exemple, à commander lesmouvements d’un robot). Ce qui est bien avec un microcontrôleur, c’estqu’il vous suffit de modifier quelques lignes de code (ou de réécrire leprogrammecomplet)pourluifairefaireautrechose:pasbesoin,pourcela,d’échangerdesfils,desrésistancesouautrescomposants.

Descentainesdemicrocontrôleurssontdisponiblessurlemarché,maisunpetitnombresontplusspécifiquementconçuspourlesdébutants.CeluidelaFigure11-22,parexemple,peutêtrevenducommeélémentd’unkitcompletcomportantuneplaquedecircuitimprimésurlaquellesontdéjàfixésunCImicrocontrôleur,descomposantsdiscretsetdesconnecteursstandard.Vouspouvez alors relier le microcontrôleur à un circuit actif, ou à votreordinateurpourfairedelaprogrammation.Ceskitscomportentaussi,biensouvent,unenvironnementdedéveloppement, incluantdesoutils logicielsdeprogrammationdumicrocontrôleur.

FIGURE11-22Lapucecarréeàgauchedelapiècedemonnaieestunmicrocontrôleur

montésuruneminiplaquedecircuitimprimé.

AutresCId’applicationcouranteParmi lesautresfonctionscourantesquepeuventremplir lesCI, ilya lesopérations mathématiques (addition, soustraction, multiplication etdivision), lemultiplexage (réunion de plusieurs sorties pour n’en formerqu’une seule) et la conversion de signaux analogiques en signauxnumériquesouinversement:

» Unconvertisseuranalogique/numérique(CAN)sertà

transformerunsignalanalogiqueensignalnumérique

pouvantêtretraitéparunordinateurouautresystème

numérique.

» Unconvertisseurnumérique/analogique(CNA)sertà

transformerunsignalnumériquetraitéensignal

analogique(vousavezbesoind’unsignalanalogique,par

exemple,pouralimenterleshaut-parleursquisont

branchéssurvotreordinateur).

Naturellement, lemicroprocesseur qui gère l’activité de votre ordinateur(et peut-êtremême votre quotidien) fait aussi partie desCI d’applicationcourante.

Le domaine des circuits intégrés dépasse de beaucoup ce qui peut êtrecouvert dans ce livre, d’autant que ceux qui conçoivent les circuits necessentdetrouverdesaméliorationsetdenouvellesidées.

S

Chapitre12Pourcomplétervotrelisted’élémentsdecircuit

DANSCECHAPITRE:

» Trouverlemeilleurtypedefilélectrique

» Alimenterlescircuitsavecdespilesetdescellulesphotovoltaïques

» Commanderlesconnexionsàl’aidedecommutateurs

» Déclencherlefonctionnementdescircuitsàl’aidedecapteurs

» Transformerl’électricitéenlumière,ensonetenmouvement

i les composants et les circuits intégrés présentés dans lesChapitres 4 à 11 constituent l’essentiel en matière de gestion et detransformation du flux d’électrons dans les circuits, divers autres

élémentssontégalementnécessaires.

Certainsdecesautreséléments,commelesfils,lesconnecteursetlespiles,sontindispensablesaufonctionnementdetoutcircuitélectronique.Sanslesfils électriques pour relier les composants les uns aux autres et sans unesourced’alimentation,vousn’iriezpasbienloin.Ilyaaussi,naturellement,desélémentsquin’interviennentquedanscertainscircuits,parexemplelessonnettesetautresronfleurs,quineserventquelorsquevousvoulezfairedubruit.

Parmilesdiverscomposantsdontilseraquestiondanscechapitre,ilenestcertainsquevousdevrez toujours avoir en réserve (tout comme lepapiertoiletteetledentifrice).Pourlesautres,àvousdevoir.

PourquecesoitbranchéPour que le courant électrique circule à travers vos composants, il fautqu’ils soient reliés les uns aux autres. Les sections qui suivent sont doncconsacrées aux fils, au câblage et aux connecteurs qui remplissent cettefonctionindispensable.

BienchoisirlesfilsetlescâblesDans les applications électroniques, le câblage utilisé est constitué desimples filsmétalliques,généralementencuivre,dont l’uniquerôleestdevéhiculerlesélectrons.Cependant,ilenexisteaujourd’huiplusieurssortes.Lessectionsquisuiventvouspermettrontdesavoirdequeltypedefilvousavezbesoindansunesituationdonnée.

Multibrinoumonobrin?Si vous démontez une lampe d’intérieur (non sans l’avoir d’aborddébranchée, bien sûr), vous trouverez deux ou trois petits faisceaux defilamentsmétalliquesenrobésdansunegaine.Ils’agitdesfilsmultibrins.Ilexisteaussides filsmonobrins.LaFigure12-1 illustrecesdeux typesdefils.

FIGURE12-1Enélectronique,onutiliseaussibiendesfilsmultibrinsquedesfils

monobrins.

Lefilmultibrinestbienplussouplequelefilmonobrin.Onchoisitcetypedefillorsquelecâblageestamenéàchangersouventdeforme(cordonsdelampesetcâblespourrelierlesélémentsdevotresystèmeaudioouvidéo).On utilise les filsmonobrins pour des liaisons qui ne seront pas souventmodifiées ou pour relier des composants sur des plaques d’essais sanssoudure (voir Chapitre 15). Vous pouvez facilement faire passer des filsmonobrins dans les trous de la plaque, tandis qu’avec dumultibrin, vousseriez obligé de torsader les brins pour qu’ils passent tous et vousrisqueriezd’enbriserunoudeuxaupassage(croyez-nous,celaarrive!),cequipourraitperturberlefonctionnementducircuit.

QuestiondediamètreL’unité de mesure du diamètre des fils (ou calibre) est laWire gauge,inversement proportionnelle à la mesure métrique du diamètre. LeTableau12-1représentelesdiamètreslespluscourants.

TABLEAU12-1Diamètredescâblagescourammentutilisésenélectronique

WireGauge

(calibre)

Diamètre(en

mm)

Utilisation

16 1,29 Applicationslourdes

18 1,02 Applicationslourdes

20 0,812 Laplupartdesprojets

électroniques

22 0,644 Laplupartdesprojets

électroniques

30 0,255 Montagesavecfilsenroulés

Danslaplupartdesprojetsélectroniques,commedanslesprojetsprésentésdanscelivre,onutilisedufildecalibre20ou22.Pourrelierunmoteuràunesourced’alimentation,ceseraplutôtdu16oudu18.Quandvousaurezacquis une certaine expérience des projets électroniques, il vous arriverapeut-êtredeconnecterdescomposantssurdessupportsspéciauxenutilisantlatechniquedesfilsenroulés(voirChapitre15).Vousutiliserezalorsdesfilsplusfins(du28oudu30).

Uncalibre20est souvent indiquésousunedes formessuivantes :20ga.,#20ou20AWG(AWGsignifieAmericanWireGauge).

Sivousvousintéressezàdesprojetspourlesquelslatensionoul’intensitédu courant sont plus fortes que pour les projets décrits dans ce livre,consultezlesinstructionsouundocumentderéférenceafindedéterminerlediamètredecâblageapproprié.LeNationalElectricalCode,parexemple,recense les diamètres convenant pour les différents types de câblagesutilisésdansunehabitation.Vérifiezaussiquevousavez lescompétencesnécessairesetuneconnaissancesuffisantedesprocéduresdesécuritépourpouvoirtravaillersuruntelprojet.

Lescâblages,unmondetoutencouleursDemêmequedesbandescoloréesvouspermettentdedécouvrirlesvaleurssecrètes des résistances, les différentes couleurs des gaines isolantes descâblagesvouspermettent devousy retrouver dans les branchements d’uncircuit. Quand on câble un circuit fonctionnant en courant continu (parexemple, quand on travaille sur une plaque d’essais sans soudure), onutilise généralement du fil rouge pour tous les branchements à la bornepositive(+V)etdufilnoirpourtouslesbranchementsàlabornenégative( – V) ou à la masse. Pour les circuits fonctionnant avec un courantalternatif,lesraccordementsàlamassesefontavecdufilvertetjaune(ouvert). Les fils jaune et orange sont souvent utilisés pour les signauxd’entrée, comme par exemple le signal provenant d’un micro. Si vousdisposezd’uncertainnombredecouleurs,vouspouvezvousenservirpourcoderlesconnexionsdevoscomposants.Ainsi,ilserabienplusfaciledecomprendrecommentlecircuitestconstitué(saufpourlesdaltoniens).

Fils,câblesetcordons

Lescâblesproprementditssontenréalitéconstituésdedeuxouplusieursfils gainés, l’ensemble étant également gainé d’un isolant. Les cordonsd’alimentation des lampes et des appareils électriques que vous utilisezchez vous sont des câbles. Il en est de même de tout le fatras debranchements derrière l’ampli de votre chaîne hi-fi, ou derrière votreordinateur.Ladifférenceentrelescâblesetlesfilsmultibrins,c’estquelesfilsquiconstituentlescâblessontisoléslesunsdesautres.

FichesetconnecteursSivousexaminezlecâblequirelievotreordinateuràvotreimprimante,parexemple, vous pouvez voir des fiches en métal ou en plastique auxextrémités,qui se fixentdansdes réceptacles solidairesdevosappareils,appelésprisesouembases.Les ficheset lesprises sontdesconnecteurs,munisdebrochesoudetrousdontlenombreetl’espacementvarientselonlesformats,etquipermettentdemettrelesfilsappropriésencontactaveclesfilsquileurcorrespondentdansl’appareil.

Il existe une grande variété de types de connecteurs, destinés à desapplications différentes. Dans vos aventures au pays des merveilles del’électronique,vousutiliserezprobablementlesconnecteurssuivants:

» Lesdominossontlesconnecteurslesplussimples.Ils

contiennentdescontacteursmunischacundedeuxvis.

Aprèsavoirfixéledominoauchâssis,voussoudez(ou

pincez)àunecossechaquefilàbrancher,puisvousglissez

lescossesdansledomino.Pourmettredeuxfilsen

contact,ilvoussuffitdelesintroduiredepartetd’autredu

mêmecontacteuretdelesfixeraumoyendesvis.

» Lesfichesetlesjacksserventàtransmettrelessignaux

audioetvidéoentredesmatérielscommeceuxdela

Figure12-2.Lescâblesaudioanalogiques(Figure12-2,à

gauche)sontconstituésd’unoudeuxfilsdesignaletd’un

blindagemétalliquequiprotègecesfilscontreles

interférencesélectromagnétiques(lebruit)enréduisantles

éventuelscourantsparasites.Lescâblesnumériques

multimédias,notammentlescâblesduformatHDMI(High

definitionmultimediainterface)(Figure12-2,àdroite)

comportentuncertainnombredefilsblindéspouvant

véhiculerdessignauxaudioetvidéo.

» Lesbarrettessontgénéralementutiliséespourbrancher

lesfilsvéhiculantlessignauxsurlescartesimprimées.Elles

sontpratiquespourlesprojetscomplexesfaisantappelà

plusieurscircuitsassemblésdefaçondurablesurdes

cartesdistinctes.Laplupartdesbarrettessontconstituées

d’uneoudeuxrangéesdebrochesmétalliquesfixéesdans

unblocdeplastique,lequelpeutêtrefixésurlacarteoula

plaquette.Surlabarrette,onenficheunconnecteur

compatible,situéàl’extrémitéd’uncâbleruban(unesérie

defilsisolésassembléscôteàcôtedemanièreàformerun

câbleplatetflexible).Laformerectangulaireduconnecteur

permetderelierfacilementlesfilsducâblerubanaux

destinationsappropriées,danslecircuit.L’identification

desdifférentsmodèlesdebarrettessefaitselonlenombre

debroches:onparlera,parexemple,d’unebarrette

de40broches.

FIGURE12-2Lecâbleaudioanalogique(àgauche)etlecâbleHDMI(àdroite)permettentla

transmissiond’informationentredeuxappareilsélectroniques.

Il existe un certain nombre de types de connecteurs dont vous n’avez pasbesoind’entendreparlertantquevousnevousintéressezpasàdesprojetsélectroniques plus complexes. Pour en savoir davantage, consultez lescataloguesdisponiblessurInternetetlessitesdesfournisseursdematériel.Chez la plupart des fournisseurs, les connecteurs représentent toute unecatégoriedeproduits.

Unesourced’alimentationélectrique

Tous les fils et les connecteurs dumonde vous seront de peu d’utilité sivousnedisposezpasd’unesourced’alimentation.LeChapitre3 traitedessources d’alimentation électrique, notamment du courant alternatif dusecteuretducourantcontinudespilesetdesbatteriessolaires(oucellulesphotovoltaïques).

Ici, nous étudions le choix d’une source d’alimentation et la façond’alimenteruncircuit.

TirersurdespilesPour la plupart des applications électroniques non professionnelles, lespiles conviennent. Sur un schéma, la pile et la batterie, constituée deplusieurs piles fonctionnant ensemble, sont représentées par les deuxsymbolesdelaFigure12-3.

FIGURE12-3Symbolessurunschéma,lapile(àgauche)etlabatterie(àdroite).

Souvent,dansunschémaélectronique,onutiliselesymboledelapilepourreprésenter une batterie. Les piles sont relativement légères et faciles àtransporter, et il est possible d’obtenir diverses formes d’alimentation encourantcontinuenassociantplusieurspilesensérie.LespilesdetypeAAA(ouLR03),AA(ouLR6),C(ouLR14)etD(ouLR20)produisentchacuneune tension de 1,5 volt. Une pile de 9 volts (ou 6LR61), de formeparallélépipédique, contient généralement six unités de 1,5 V (certainesmarques bonmarché enmettent seulement cinq). Il existe aussi des pilesde4,5V(carrées)etdespilesde6V.

BrancherlescircuitssurdespilesPourbrancherunepilede9voltssuruncircuit,onutiliseunedoublecossecommecelledelaFigure12-4.Lesdeuxcossessontsoudéesl’uneàunfilnoir, l’autre àun fil rouge.À l’autre extrémité, les fils sontdénudéspourpouvoirêtreconnectésaucircuit.Vouspouvezsoitinsérerlesextrémitésdecesfilsdansdesdominos,soitlesintroduiredansdestrousdevotreplaqued’essais,soitlessouderdirectementauxcomposants.CesdifférentesfaçonsdeprocédersontabordéesauChapitre15.

Quand on branche la borne positive d’une pile à la borne négative d’uneautrepile, la tensiontotaledélivréeparcemontageensérieest lasommedestensionsdélivréesparchacunedespiles.

FIGURE12-4Unconnecteurconstituédedeuxcossespermetdebrancherfacilement

unepilede9Vàuncircuit.

Dans les compartiments à piles comme celui de la Figure 12-5, lesconnexionsentre lespiles sontcellesd’unbranchementensérie.Certainsmodèlessontmunisd’unepairedefils,unfilnoiretunfilrouge,fournissantla tension totale.D’autres, commecelui de laFigure12-5, sontmunis dedeuxcossescommeunepiledetypePP3(commecellesservantàbrancherunepilede9volts).Vouspouvezybrancherunconnecteurcomportantlesfilsrougeetnoir.

FIGURE12-5Quatrepilesde1,5Vbranchéesensériedansuncompartimentàpiles

produisentunetensionde6voltsentrelefilrougeetlefilnoir.

LADURÉEDEVIEDESPILESQUENOUSAVONSL’HABITUDED’UTILISER

Connaissant la capacité indiquée pour une batterie, en ampères-

heures(ouenmilliampères-heures),vouspouvezfacilementavoirune

idée de ce qu’elle peut délivrer sur une certaine période. Une pile

de 9 volts, par exemple, a généralement une capacité

de 500 milliampères-heures. Elle peut donc alimenter un circuit

consommant 25milliampèrespendantune vingtained’heures avant

que sa tension commence à diminuer (nous avons pu constater

qu’unepilede9voltsayantservipendantquelquesjoursnedélivrait

plus que 7 volts). Une pile AA de capacité 1,5 ampère-heure peut

alimenter un circuit consommant 25 milliampères pendant une

soixantained’heures.

SixpilesAAbranchéesen série etproduisantdonc9 voltsdureront

plus longtemps qu’une unique pile de 9 volts. En effet, ces six piles

contiennent davantage de substance chimique qu’une seule pile (le

Chapitre3 expliquedequoi unepile est constituée et pourquoi elle

finitparneplusproduiredecourant).Sivotreapplicationconsomme

beaucoup de courant, ou si vous comptez la faire fonctionner en

permanence,peut-êtredevrez-vousenvisagerd’utiliserdespilesplus

grosses,detypeCouD,quidurerontpluslongtemps.

Unclassementdespilesenfonctiondecequ’ellescontiennentLes piles sont classées en fonction des substances chimiques qu’ellescontiennent.C’estenfonctiondecessubstanceschimiquesqu’ellessontounesontpasrechargeables.Lestypesdepilessuivantssontrépandusdanslecommerce:

» Pilesnonrechargeables:

• Lespilessalinescarbone-zincexistentdansdivers

formats(notammentAAA,AA,C,Det9volts).Elles

constituentlebasdegammeenmatièredepiles.

Ellessontbonmarchémaisnedurentpastrès

longtemps.

• Lespilesalcalinesexistentégalementdansdivers

formats.Ellesdurentenvirontroisfoisplus

longtempsquelespilessalines.Pourvos

applicationsélectroniques,jevoussuggèrede

commenceraveccetypedepiles.Sivousvous

apercevezquevousdevezlesremplacersouvent,

vouspourrezopterplutôtpourdespiles

rechargeables.

• Lespilesaulithiumproduisentdestensionsplus

fortes(environ3voltsdeplus)quelesautrestypes

depiles,etontunecapacité(enampères-heures)

plusfortequelespilesalcalines(cequisignifie

qu’ellesdélivrentlamêmetensionpendantplus

longtemps).Ellessontplusonéreuses,etlaplupart

dutemps,ellesnesontpasrechargeables.

Cependant,pourcertainesapplications(par

exemple,unpetitrobotnécessitantdespiles

légères),ellessontcequiconvientlemieux.

» Lespilesrechargeables:

• Lespilesnickel-hydruremétallique(NiMH)sont

actuellementletypedepilesrechargeablesleplus

répandu.Ellesexistentdansdesformatsvariés(AAA,

AA,C,Det9V).Ellesproduisentunetensionde1,2V

environ.Uninconvénientdecespilesestqu’ellesse

déchargentenl’espacedequelquesmoisquand

ellesnesontpasutilisées.Ilexistecependantdes

pilesNiMHàfaibledécharge.C’estletypedepileque

jevousconseillepourlesprojetsdanslesquelsdes

pilesrechargeablessontnécessaires.

• Lespileslithium-ion(Li-ion)sontletypedepiles

rechargeablesleplusrécent.Ellesproduisentleplus

souventunetensionnominalede3,7voltsetune

tensionmaximalede4,2volts.Toutesnécessitentun

chargeurspécial(unchargeurdepilesNiMHne

convientpas).Certainsmodèlesontlemêmeaspect

quelespilesAAouAAAordinaires,maisleur

dénominationestdifférente(unepileLi-ion14500,

parexemple,alesmêmesdimensionsqu’unepile

AA).Sivousoptezpourcetypedepile,prenezgarde

auxdifférencesdetensionentrecespilesetlespiles

classiques(ainsi,deuxpilesLi-ionmontéesensérie

produisentunetensionde7,4Vtandisquedeux

pilesAAmontéesensérieproduisentunetension

de3V).

• Lespilesnickel-cadmium(NiCd),commelespiles

NiMH,produisentenviron1,2volt.Aumilieudes

annéesquatre-vingt-dix,ellesétaientlespiles

rechargeableslespluscourantes,maisleurcapacité

étaitfaible,ellescontenaientunproduittoxique(le

cadmium)etellesprésentaientparfoisundéfaut

appeléeffetmémoire,quiobligeaitàlesdécharger

complètementavantdepouvoirlesrechargerà

pleinecapacité.Leurcommercialisationest

maintenantinterditedansl’Unioneuropéenne.

Prenezgardedenepasmélangerdespilesdetypedifférentdanslemêmecircuit,etn’essayezjamaisderechargerdespilesnonrechargeables.Ellespourraientéclater,libérerdel’acideoumêmeexploser.Desavertissementssontgénéralementinscritssurlespilesnonrechargeables.

En achetant un chargeur et un lot de piles rechargeables, vous pouvezéconomiser beaucoup d’argent sur une certaine durée. Assurez-vouscependantque le chargeurquevousachetezconvientpour le typedepilerechargeable que vous comptez utiliser. Vérifiez à la fois la compositionchimique(Li-ion,ouNiMH)etlatensionadmise.

Respectezbien lesconsignesde récupérationdespilesusagées.Lespilesquicontiennentdesmétauxlourdsettoxiques,commelenickel,lecadmium,leplombet lemercure,sont trèspolluantes.Lespilesnedoiventpasêtrejetées, mais rapportées dans des points de collecte comme il en existeaujourd’huidanslessupermarchés.Pourplusdedétailssurlacollectedespiles usagées, vous pouvez consulter les sites Internet des fabricants depiles,parexemple.

Capterl’énergiedusoleilSivousassemblezuncircuitdevantserviràl’extérieur,ousivousvoulezsimplementutiliserune sourced’énergiepropre, écologique,vouspouvezvous procurer un ou plusieurs panneaux solaires.Unpanneau solaire estconstitué de cellules photovoltaïques, sorte de grandes diodes appeléesphotodiodes, qui produisent du courant quand elles sont exposées à unesourcelumineusecommelesoleil(àproposdesdiodes,voirChapitre9.Unpanneau de 15 x 15 cm exposé à la lumière vive du soleil peutproduire100milliampèrespourunetensionde5volts.Sivousavezbesoinde 10 ampères, vous savez ce qu’il vous reste à faire. C’est certesencombrant,surtoutpourunepetiteapplicationmobile.

Les panneaux solaires sont parfoismunis de bornes extérieures que vouspouvez brancher sur votre circuit, comme les cosses d’une batterie.Autrement, c’est à vous de souder vos propres terminaisons aux deuxbornesdupanneau.

Poursavoirsiunpanneausolaireconviendraitàvotreapplication,posez-vouslesdeuxquestionssuivantes:

» Lepanneaurecevra-t-illalumièredusoleilquandvous

ferezfonctionnerlecircuit,ouutiliserez-vousle

panneaupourrechargerunebatterieoudespiles

rechargeables?Endehorsdecesdeuxcasdefigure,il

vousfaudrachoisiruneautresourced’alimentation

électrique.

» Lepanneausolairesera-t-iladaptéàvotre

application?Ils’agitdesavoirdequellequantitéd’énergie

votreapplicationaurabesoinetquelleestlatailledu

panneausolairepermettantdefournircetteénergie.Sile

panneaunécessaireesttropgrand,travaillezàrendrevotre

applicationmoinsgourmandeenénergie,oubienoptez

pouruneautresourced’alimentation.

Utiliseruneprisedecourant(nonrecommandé)Lecourantélectriquedusecteurpeutêtredangereuxetmêmemortels’iln’est pas utilisé avec les précautions nécessaires. Par conséquent, je nevous conseille pas de brancher vos circuits sur une prise de courant, dumoins pas directement. Par ailleurs, les applications électroniques nonprofessionnelles étant généralement alimentées par des piles, vous n’avezaucuneraisondetravailleravecducourantalternatif.

Certaines applications ont besoin d’un courant ou d’une tension que lespiles peuvent difficilement fournir. Dans ce cas, vous pouvez utiliser untransformateur-redresseurcommeceluide laFigure12-6,pourobtenirducourantcontinu.Touslesélémentsactifsdutransformateur-redresseursontenfermésdansunboîtierisolant,sibienquevousnerisquezpasd’êtreencontactavecuncourantalternatifdefortepuissance.

FIGURE12-6Cetadaptateurtransformelecourantalternatifde120voltsencourant

continude7,5voltsetfournitjusqu’à300mA.J’enaimodifiélaconnexionpour

pouvoirlebrancherplusfacilementsurmescircuits.

Vousnedevezenaucunecirconstanceouvrir lecompartimentenplastiqued’unadaptateur(transfo-redresseur)etaccéderaucircuitqu’ilrenferme.En

effet, ses condensateurs stockent des charges électriques importantes (àproposdescondensateurs,lireleChapitre7).

Cespetits transformateursproduisent un courant dequelques centainesdemilliampères à quelques ampères, et la tension continue qu’ils délivrentpeut varier, selon le modèle, de 3 volts à 20 volts. Certains modèlesdélivrent à la fois une tension positive et une tension négative. Si vousachetezuntransformateur,lisezbienlesspécificationspoursavoircommentvousdevezbranchervotrecircuit.

Pour pouvoir plus facilement alimenter vos circuits à l’aide de votretransfo-redresseur,vouspouvezretirer lafichedesortie,séparer lesdeuxfilsetlesdénuder.Ainsi,vouspourrezlesrelierdirectementàvotrecircuit(voirFigure12-6,àdroite).Procédezcommesuit:

1. Assurez-vousquecetadaptateurn’estpasbranchésur

lesecteur.

2. Àl’aidedevotrepincecoupante(voirChapitre13),

coupezl’extrémitéducâbleaurasdelafichede

branchement.

3. Àl’aided’uncanif,(oudevosongles),séparezlesdeux

filssurunelongueurd’environ5cm.

4. Àl’aidedevotrepincecoupante,coupezundesdeux

filsdetellesortequ’ilsoitpluscourtquel’autred’au

moins2,5cm.

Avecdeuxfilsd’inégalelongueur,vousévitezlerisquequ’ils

entrentencontactaccidentellementquandl’adaptateur

serabranché,carvousprovoqueriezuncourt-circuit,et

votreadaptateurseraitdésormaisinutilisable.

5. Àl’aidedevotrepinceàdénuder(voirChapitre13),

dénudezavecsoinl’extrémitédechacundesdeuxfils

surunelongueurde12mm.

6. Torsadezlesbrinsdechaquefilconducteurdetelle

sortequepasunseulbrinnes’écartedesautres.

7. Enveillantàcequelesdeuxconducteursnese

touchentpas,branchezl’adaptateursuruneprisede

courant.

8. Réglezvotremultimètresurlamesured’unetension

continueetsuruneplagedemesuresupérieureou

égaleà20V(voirChapitre16),puismettezunesonde

dumultimètreencontactavecundesdeuxfilsde

sortiedel’adaptateuretl’autresondedumultimètre

encontactavecl’autrefildesortie.

9. Lisezlatensionindiquée.

Silatensionlueestpositive,lasondepositive

(généralementrouge)dumultimètreestreliéeau

conducteurpositifdel’adaptateur.Sielleestnégative,c’est

lasondenégative(généralementnoire)dumultimètrequi

estreliéeauconducteurpositifdel’adaptateur.

Ilconvientdenoterquelatensionlueestsansdoute

significativementplusélevéequelatensionnominale

spécifiéesurl’étiquetteousurlanoticedel’adaptateur.Cet

écartestnormal,ilestdûaufaitquevousutilisezune

sourcenonréguléeetquevousmesurezlatensiondesortie

del’adaptateurenl’absencederécepteur.Unealimentation

électriquenonréguléedélivreunetensionquivarieen

fonctionducourantconsomméparlerécepteur,c’est-à-dire

parl’appareilquireçoitlecourant.Unefoisquevousaurez

branchélecircuitsurlesbornesdel’adaptateur,latension

desortiediminuera.Pourmapart,j’aimesuré10,5Vsurun

adaptateurdontlatensionnominaledesortieétaitde7,5V

(continu).

Félicitations ! Vous disposez maintenant, pour vos applicationsélectroniques, d’une source pouvant produire davantage d’énergieélectriquequelespiles.

Mêmeaprèsavoirdébranchévotreadaptateurdelaprisedecourant,vouspourrezencoremesurerpendantunpetitmomentunetensionauxbornesdesortie.Eneffet,votreadaptateurcontientuncondensateurdefortecapacitéquiretientsacharge.Ilvafinalementsedécharger,maiscelapeutprendredutemps.Pourledéchargerrapidement,prenezvotrepinceàbecfinisolée,attrapezune résistancede680Ωet enmanœuvrant avecprécautionvotrepince, mettez les bornes de la résistance en contact avec les bornes desortiedel’adaptateur,puisattendez30secondes.

SIVOUSACHETEZUN«TRANSFO»

Vouspouveztoujoursvousprocureruntransformateurouutiliser le

transformateuradaptateurd’untéléphoneportableouautreappareil

dontvousnevousservezplus.Vérifiezque levoltageet l’ampérage,

généralement inscrits sur le transformateur, conviennentpourvotre

application(attention,ilexistedesmodèlesquifournissentducourant

alternatif), et veillez à ne pas inverser la polarité (pôles négatif et

positif). Encore un avertissement : un certain nombre d’adaptateurs

délivrent un courant continu pas aussi stable que vous pourriez le

souhaiter,etcertainsnouveauxmodèlesdélivrentunealimentationà

découpage(nonanalogique)quipeutaussiêtreirrégulière.

DescapteurspourcapterPourdéclencher lefonctionnementd’uncircuitenréponseàunévénementphysique (par exemple une variation de température), on utilise descomposantsélectroniquesappeléscapteurs.Leprincipeducapteurestdetransformer une forme d’énergie comme la lumière, la chaleur ou le

mouvement en énergie électrique. Les capteurs constituent un typeparticulierdetransducteur,untransducteurétantunélémentquitransformeune forme d’énergie en une autre. Cette section présente les types decapteurslesplusutilisésdanslescircuitsélectroniques.

La Figure 12-7 représente les symboles des différents types de capteursprésentésdanscettesection.

FIGURE12-7Lessymbolescorrespondantàdiverstypesdecapteurs.

VoirlalumièreCertains composants électroniques se comportent différemment selon lalumière à laquelle ils sont exposés. Ils sont enrobés d’une protectiontransparente,afindeservirdecapteurspourdessystèmesd’alarmeantivol,des détecteurs de feu, des systèmes d’éclairage automatique ou desdispositifsdesécurité,parexemplepouréviterqu’uneportedegaragesereferme au moment où une voiture passe. Ces composants peuvent aussiservir pour les télécommandes de téléviseurs et de lecteurs deDVD : leboîtierdetélécommandeenvoiedesinstructionscodées,grâceàunediodeluminescente(ouLED,voirChapitre9)quiémetdesrayonsinfrarouges,etlerécepteurcomporteunediodeouuntransistorsensibleàlalumière,quiluipermetderecevoirlesinstructionscodées.

Voiciquelquesexemplesd’utilisationdecomposantssensiblesàlalumièreetutiliséscommecapteurs:

» Lesphotorésistancesouphotocellules,ouencore

cellulesphotoélectriques,sontdesrésistances

dépendantesdelalumière,fabriquéesdansunmatériau

semi-conducteur.Leurrésistanceestgénéralementforte

(environ1MΩ)dansl’obscuritéetrelativementfaible

(environ100Ω)àlalumièrevive,maisvouspouvezvous

servird’unmultimètre(voirChapitre16)pourdéterminer

leurrésistanceréelle.Lesmodèlescourantssontsurtout

sensiblesàlalumièrevisible,plusparticulièrementdansla

partievert-jauneduspectre.

» Lesphotodiodessont,d’unecertainemanière,le

contrairedesdiodesluminescentes(LED)décritesau

Chapitre9.Ellesnesontconductricesquelorsqu’ellessont

exposéesàunelumièresuffisante,généralementinvisible

(infrarouge).Commelesdiodesnormales,lesphotodiodes

comportentdeuxbornes.Labornelapluscourteestla

cathode(bornenégative)etlapluslongueestl’anode

(bornepositive).

» Laplupartdesphototransistorssontdesimples

transistorsàjonctionbipolaire(voirChapitre10)enrobés

d’uneprotectiontransparente,pourquelalumièrepolarise

lajonctionbase-émetteur.Cescomposantsnecomportent

généralementquedeuxpôles(alorsqu’untransistor

normalencomportetrois).Ilenestainsiparcequevous

n’avezpasbesoind’accéderàlabasedutransistorpourle

polariser:lalumières’enchargeàvotreplace.Un

phototransistoramplifielesvariationsdelalumière,mais

vudel’extérieur,ilalemêmeaspectqu’unephotodiode.

C’estpourquoiilestprudentdebiennotercequevous

faitesetavecquoivouslefaites.

Capturerlesonàl’aidedemicrosUn microphone (micro en abrégé) est un transducteur d’entrée quitransformel’énergieacoustique(c’est-à-direleson)enénergieélectrique.Dans la plupart desmicros, c’est une finemembrane ou diaphragme qui

vibreen réactionauxvariationsde lapressionatmosphériqueprovoquéespar les sons. Les vibrations de la membrane peuvent être traduites sousformedesignalélectriquealternatifdedifférentesmanières, selon le typedemicro.

» Dansunmicrophoneàcondensateur,lamembranefait

officed’armatured’uncondensateur.Lesvariationsduson

entraînentdesvariationscorrespondantesdelacapacité(à

proposdescondensateurs,voirChapitre7).

» Dansunmicrophonedynamique,lediaphragmeestfixé

àunebobinemobileàinduction,laquelleestplacéedans

unaimantpermanent.Quandlediaphragmevibresous

l’effetduson,labobinebougeàl’intérieurduchamp

magnétiqueproduitparl’aimant,etuncourantestinduit

danslabobine(cephénomène,appeléinduction

électromagnétique,estexpliquéauChapitre8).

» Dansunmicrophoneàcristal,c’estuncristal

piézoélectriquespécialquitransformelesonenénergie

électriquegrâceàl’effetpiézoélectrique,c’est-à-direune

tensionproduiteparcertainessubstancessousl’effetd’une

pression.

» Dansunmicrophoneàfibreoptique,unesourcelaser

dirigeunrayonlumineuxverslasurfaced’unminuscule

diaphragmeréfléchissant.Quandlediaphragmevibre,les

variationslumineusessontcaptéesparundétecteurquiles

transformeensignalélectrique.Lesmicrosàfibreoptique

necraignentnilesinterférencesélectromagnétiquesniles

interférencesderadiofréquences.

Sentirlachaleur

Unethermistanceestunerésistancedont lavaleurvarieenfonctionde latempérature.Elle présente deux pôles et n’a pas de polarité, vous n’avezdonc pas à vous inquiéter du sens dans lequel vous devez la placer dansvotrecircuit.

Ilexistedeuxtypesdethermistances:

» Lathermistanceàcoefficientdetempératurenégatif

(CTN),dontlavaleur(résistance)diminuequandla

températureaugmente,estletypelepluscourant.

UTILISERUNCAPTEURLUMINEUXPOURDÉTECTERLEMOUVEMENT

Ilvousestpeut-êtrearrivédemarcherdans l’obscuritévers laporte

d’un bâtiment et de vous retrouver soudainement ébloui par un

faisceau lumineux. Vous avez certainement déjà vu une porte

d’ascenseur interrompre sa course et se rouvrir au passage d’une

personneoud’unemain.Danslesdeuxcas,ils’agissaitdelaréaction

déclenchéeparundétecteurdemouvement.Un certainnombrede

détecteurs de mouvement fonctionnent grâce à un capteur qui

détecte soit la présence d’une lumière infrarouge émise par une

source de chaleur (une personne ou un animal), soit l’absence de

lumière infrarouge, quand un objet interrompt le faisceau lumineux

émisparunautreélémentdusystème.

Aux portes des habitations, des magasins, des écoles et autres

bâtiments, lesdispositifsquidéclenchent l’allumaged’une lampeau

passage d’un intrus sont des détecteurs de mouvement infrarouges

passifs. Ils sont constitués d’un capteur (comportant généralement

deuxcristaux),d’une lentilleetd’unpetit circuitélectronique.Quand

un cristal reçoit des rayons infrarouges, il produit une charge

électrique.Sachantqu’uncorpstiède(parexempleuncorpshumain)

émetdesrayonsinfrarougesdontlalongueurd’ondeestdifférentede

ceuxémisparuncorpsplusfroid(commeunmur),lesdifférencesau

niveau de la sortie du capteur peuvent permettre de détecter la

présence d’une personne ou d’un animal à sang chaud. Le circuit

électronique interprète ces différences pour déterminer si un objet

tiède et mobile est présent. Le système fait la différence entre les

événements qui affectent les deux cristaux de façon égale et

simultanée,commeunevariationdelatempératureambiante,etceux

quilesaffectentdefaçondifférente,commeuncorpstièdequipasse

àproximitéd’uncristal,puisdel’autre.

Les détecteurs de mouvement infrarouges passifs vendus dans le

commercefonctionnentsurlecourantdusecteuretsontconçuspour

être fixés à un mur ou à un projecteur. Dans une application

alimentée par des piles, il vous faut un détecteur compact

fonctionnant sur 5 volts environ. Un détecteur de mouvement

compact a généralement trois pôles : terre, alimentation positive et

sortie.Sivousalimentezvotredétecteuravecunetensionde+5V,la

tensiondesortieseraàpeuprèsnulleenl’absencedemouvement,et

elleserade5Vquandunmouvementestdétecté.Voustrouverezdes

détecteurs chez les fournisseurs de systèmes de sécurité, mais ne

confondezpasundétecteurdemouvement avecun simple capteur à

infrarouges.Ledétecteurdemouvement,grâceàunelentille,détecte

lemouvementdel’objetetnonpassimplementsaprésence.

» Lathermistanceàcoefficientdetempératurepositif

(CTP),dontlavaleur(résistance)augmentequandla

températureaugmente.

La résistance indiquée dans les catalogues des fournisseurs dethermistances estmesurée à une température ambiante de 25 oC.Mesurez

vous-même cette résistance à plusieurs températures différentes à l’aided’unmultimètre (à propos desmultimètres, voir Chapitre 16). Cela vouspermettra decalibrervotre thermistance, c’est-à-dire d’établir la relationexacte entre température et résistance. En cas de doute sur le type dethermistance, voyez si la résistance augmente ou diminue quand latempératureaugmente.

Sivouscomptezvousservird’unethermistancepourdéclencheruneactionàunecertainetempérature,mesurezbiensarésistanceàcettetempérature.

Autrestransducteursd’entréeD’autrestypesdetransducteursd’entréesontutilisésdanslesapplicationsélectroniques,notamment:

» Lesantennes:Uneantenneperçoitlesondes

électromagnétiquesettransformecetteénergieensignal

électrique(ellepeutaussifonctionnercommeun

transducteurdesortie,c’est-à-diretransformerunsignal

électriqueenondes).

» Lescapteursdepressionetdeposition:Cescapteurs

exploitentlespropriétésderésistancevariabledecertains

matériauxsoumisàdesdéformations,commelescristaux

piézoélectriques.

» Lesaccéléromètres:Ilpeuts’agir,parexemple,d’un

dispositifquidétectel’orientationdevotresmartphone

d’aprèslesvariationsdecapacitancequirésultentdu

déplacement,sousl’effetdeforcesd’accélération,d’une

minusculeplaquecapacitivereliéeparunressortàune

plaquefixe.

Laclassificationdestransducteursestsouventétablieenfonctiondutypedetransformation de l’énergie. On distingue donc les transducteursélectroacoustiques, électromagnétiques, photoélectriques et

électromécaniques.Danslesapplicationsélectroniques,touscesdispositifsapportentdespossibilitésconsidérables.

D’AUTRESMOYENSDEPRENDRELATEMPÉRATURE

Ilexisted’autrestypesdecapteursdetempérature:

Le capteur de température à semi-conducteur : C’est le type de

capteurdetempératurelepluscourant.Satensiondesortiedépend

delatempérature.Ilcomportedeuxtransistors(voirChapitre10).

Le thermocouple : Un thermocouple comporte deux fils demétaux

différents(parexemple,unfildecuivreetunfilenalliagedenickelet

decuivre) soudésenunpoint. Le thermocouplegénèreune tension

qui varie avec la température. La variation de tension dépend des

métaux utilisés. Un thermocouple peut servir à mesurer des

températurestrèsélevées.

Lecapteurdetempératureàinfrarouges:Cetypedecapteurmesure

lerayonnementinfrarougedégagéparunobjetsituéàdistance.Ilest

utile, par exemple, lorsque l’objet en question est entouré d’un gaz

corrosif. Les thermocouples et les capteurs à infrarouges sont

courammentutilisésdanslesusinesetdansleslaboratoires.

L’électroniqueetcequipeutensortir

Les capteurs ou transducteurs d’entrée transforment une certaine formed’énergie en énergie électrique servant à alimenter l’entrée d’un circuitélectronique.Lestransducteursdesortiefontlecontraire:ilstransformentlesignalélectroniqueensortied’uncircuitenuneautreformed’énergie :son, lumière oumouvement par exemple (lemouvement étant une énergiemécanique).

Sans le savoir, vous avez probablement l’habitude de vous servir d’uncertainnombredetransducteursdesortie,commelesampoulesélectriques,les LED, les moteurs, les haut-parleurs, les écrans à cristaux liquides(LCD)etautresappareilsquitransformentl’énergieélectriqueenuneformedifférented’énergie.En l’absencede toutes cesmerveilles, vouspourriezpasser vos journées à faire circuler du courant à travers des fils et descomposantssans jamais tirerpartide toutceque l’électroniquepeutvousapporter. Ce n’est qu’en transformant l’énergie électrique en une formed’énergie pratique (et utilisable) que vous pourrez vraiment profiter desfruitsdevosefforts.

LessymbolesdestroistransducteursdesortieprésentésdanscettesectionsontreprésentéssurlaFigure12-8.

FIGURE12-8Symbolesdestransducteursd’entréelespluscourants

Enparlantdehaut-parleursUnhaut-parleurtransformedessignauxélectriquesenénergiesonore.Leshaut-parleurs sont le plus souvent constitués simplement d’un aimantpermanent,d’unélectro-aimantetd’uncône(Figure12-9).

FIGURE12-9Lehaut-parleurleplussimpleestconstituédedeuxaimantsetd’un

cône.

L’électro-aimant,constituéd’unebobineenrouléeautourd’unnoyauenfer,est fixéaucône.Quanduncourantalternatifparcourt labobine, l’électro-aimantsubitunepousséevers l’aimantpermanent,puisensens inverse (àpropos des électro-aimants, voyez le Chapitre 8). Le mouvement del’électro-aimant faitvibrer lecône,et lesvibrationsproduisentdesondessonores.

Le plus souvent, les deux bornes d’un haut-parleur sont interchangeables.Dansdesapplicationsplusexigeantes,parexempledansledomainedelahaute-fidélité,ilconvientderespecterlespolaritésindiquéessurleshaut-parleurs.

Lescritèresdeclassificationdeshaut-parleurssontlessuivants:

» L’amplitudedesfréquences:L’amplitudedes

fréquencesémisesparunhaut-parleur,quiestcomprise

danslespectredesfréquencesaudibles(de20Hzenvironà

20kHz),dépenddesesdimensionsetdelafaçondontilest

conçu.Danschaqueenceinteacoustiqued’unechaîne

haute-fidélité,ilyaura,parexemple,unhaut-parleurpour

lesgraves(boomer),unhaut-parleurpourlesfréquences

intermédiaires(medium)etunhaut-parleurpourlesaigus

(tweeter).

» L’impédance:L’impédanceestunemesuredela

résistanceduhaut-parleuraucourantalternatif.Ontrouve

facilementsurlemarchédeshaut-parleursde4Ω,8Ω,16Ωet32Ω.Ilimportequel’impédanceduhaut-parleur

choisicorrespondeàlaspécificationd’impédancede

l’amplificateur(voustrouverezcetteinformationsur

l’amplificateur,danssonmoded’emploiousurlesite

Internetdufabricant).Sil’impédanceduhaut-parleurest

tropforte,vousn’obtiendrezpasunvolumesonore

suffisant,etsielleesttropfaible,vousrisquezde

provoquerunesurchauffedevotreamplificateur.

» Lapuissanceindiquée:Lapuissanceindiquéeestla

puissance(intensitéxtension)quelehaut-parleurpeut

supportersanssubirdedommage.Cettepuissancepeut

êtrede0,25watt,0,5watt,1wattou2watts.Vérifiezbienla

puissancemaximalequel’amplificateurpeutdélivrer,et

choisissezunhaut-parleurdontlapuissancesoitaumoins

égaleàcettevaleur.

Pour des applications non professionnelles, des haut-parleurs miniatures(d’environ 5 à 8 cm de diamètre) avec une impédance d’entrée de 8 Ωconviennentgénéralementbien.Veillezcependantànepas lessoumettreàunepuissanceexcessive.Ilssupportentgénéralement¼ou½watt.

DessonnettesquisonnentUn ronfleur, c’est-à-dire une sonnette, produit aussi du son, maiscontrairement à un haut-parleur, il produit toujours le même son

insupportable,quellequesoitlatension(raisonnable)appliquée.Mêmesilesignald’entréeprovientd’unmicroenregistrantunemusiquedeMozart,leronfleurnevousferajamaisentendreduMozart.

Untypeparticulierderonfleur,le«buzzer»piézoélectrique,comporteunemembranefixéeàuncristalpiézoélectrique.Soumisàunetension,lecristalsedilateousecontracte(c’estcequel’onappellel’effetpiézoélectrique),ce qui fait vibrer lamembrane, laquelle produit alors des ondes sonores(c’est tout l’inverse du fonctionnement d’un microphone à cristal, voirprécédemmentdanscechapitre).

Les « buzzers » ont deux bornes et peuvent se présenter de diversesmanières. La Figure 12-10 montre un modèle type. Pour branchercorrectementunronfleurouunesonnette,n’oubliezpasquelefilrougedoitêtrereliéàunetensioncontinuepositive.

Troisspécificationssontàprendreencompte:

» Lafréquencedusonémis:Laplupartdesronfleurset

autres«buzzers»délivrentunsondontlafréquenceest

constante,compriseentre2et4kHz.

» Levoltage:Vérifiezquelemodèlequevousallezacheter

estcompatibleaveclatensiondélivréeparvotre

application.

FIGURE12-10Cepetitronfleurbienbruyantesttrèsfacileàfairefonctionner.

» Leniveausonore,endécibels(dB):Pluscettegrandeur

estélevée,pluslesonémisserafort(etinsupportable).

Unetensionplusforteproduitunsonplusfort.

Prenez garde de ne pas risquer de détériorer votre acuité auditive.L’expositionàunsonsupérieurouégalà90dBpendantunlapsdetempsprolongépeutentraîneruneperted’acuitépermanente,mêmesileseuildedouleurn’estatteintqu’à125dB.

DebonnesvibrationsavecdesmoteursàcourantcontinuNe vous êtes-vous jamais demandé ce qui faisait vibrer votre téléphoneportable ?Non, ce n’est pas un pois sauteur duMexique.C’est plutôt unmoteur à courant continu. Un moteur transforme l’énergie électrique enmouvement, ce mouvement pouvant être aussi bien la rotation des rouesd’un robot que les vibrations d’un téléphone portable ou d’un récepteurd’appels.Vouspouvezutiliserunmoteuràcourantcontinuchaquefoisquevousvoulezobtenirunmouvement,quelqu’ilsoit.

Lesélectro-aimantsjouentunrôleimportantdanslesmoteurs.Unmoteuràcourant continu est essentiellement constitué d’un électro-aimant pouvanttourner sur un axe entre deux aimants permanents, comme l’illustre laFigure12-11.

FIGURE12-11Lefonctionnementd’unmoteuràcourantcontinusimple.

Lemoteurestreliéauxbornespositiveetnégatived’unepile,detellesortequechaquebornede l’électro-aimantait lamêmepolaritéqu’undesdeuxaimantspermanents,sachantquedeuxpôlesdemêmesignese repoussent.Ce phénomène de répulsion fait pivoter l’électro-aimant sur son axe (ourotor),ainsilespôlespositifetnégatifdel’électro-aimantéchangentleurspositions,sibienquelarotationsepoursuit,sousl’effetdesaimants.

Unmécanismesimpleprovoquel’interversiondesconnexions.Ils’agitd’uncommutateur (une roue comportant deux segments reliés chacun à uneextrémité de l’électro-aimant) frotté par des brosses, reliées l’une à laborne positive de la pile, l’autre à la borne négative.Les brosses restentimmobilestandisquelecommutateurtourne.

Si vous voulez voir plus concrètement comment est conçu le mécanismed’un moteur à courant continu, vous pouvez toujours vous procurer unmoteurbonmarchéetlemettreenpièces.

L’axed’unmoteuràcourantcontinutourneàlavitessedeplusieursmilliersde toursparminute.Pour laplupartdesapplications,c’estunpeurapide.Vouspouvezvousprocurerunmoteuréquipéd’unréducteurdevitesse,quiréduiralenombredetoursparminute,commelefaituneboîtedevitessesdansunevoiture.

Si vous devez choisir un moteur électrique, tenez compte plusparticulièrement, parmi les spécifications, des deux caractéristiquessuivantes:

» Lavitesse:Lavitessederotation(entours/min)dont

vousavezbesoindépenddevotreapplication.S’ils’agit

d’unevoitureradiocommandée,parexemple,unevitesse

de60tr/minpourraconvenir(cequicorrespondraàun

tourderoueparseconde).

» Latensiond’utilisation:Danslesapplicationsnon

professionnelles,lesmoteursfonctionnentsousune

tensiongénéralementcompriseentre4,5Vet12V.Notezla

tensionnominaleindiquéeparlefabricant,ainsiquela

vitessederotation.Lemoteurtourneàcettevitesse

lorsquelatensionappliquéeestégaleàlatension

nominale.Silatensionappliquéeestinférieureàlatension

nominale,lemoteurtourneramoinsvite.Sielleest

supérieure,iltournerapeut-êtreplusvite,maisilrisquefort

degriller.

Lesmoteursà courant continuontdeux terminaisons,positiveetnégative.L’utilisationd’unmoteurestsimple,iltournequandlatensionestappliquéeet s’arrête quand la tension est supprimée. Sa vitesse de rotation estfonctiondelatension(continue)appliquée.

Pourgérerlavitessedumoteur,unemeilleureméthodeconsisteàutiliserlamodulation de largeur d’impulsion. La tension est alors délivrée parimpulsions rapides. Plus les impulsions sont longues et plus le moteurtournevite.Sivousconstruisezuneapplicationcommandéeparunmoteur(par exemple un robot), il convient de prévoir ce type de système decontrôledelavitesse.

Sivousassociezàunmoteurdes rouesouunehélice,parexemple, faitesattentiondebienfixercesélémentsavantdemettrelemoteursoustension.Autrement,l’accessoireenquestionrisquedevoleretdevousblesseroudeblesserquelqu’unauvisage.

IIIPasserauxchosessérieuses

DANSCETTEPARTIE…

Installerunatelierd’électronique

Apprendrelelangagedelaschématique

Maîtriserl’artdelasoudure

Assemblerdescircuitsprêtsàemploisuruneplaque

d’essaissanssoudure

Fabriquerdescircuitsdurables

Étudierlefonctionnementdescircuitsgrâceàun

multimètre

Réaliserdesapplicationspourcontrôlerdessignaux

lumineux,fairesonnerunealarme,fairedelamusique,

etc.

T

Chapitre13Installerunatelieretjouerlasécurité

DANSCECHAPITRE:

» Définirunespacedetravailapproprié

» Disposerdesoutilsetdesfournitures

» Constituerunjeudecomposantsélectroniquespourdémarrer

» Prendreconsciencequelaloid’Ohms’appliqueaussiaucorpshumain

» Éviterdes’électrocuter

» Éviterdetransformerlescomposantsenmorceauxdecharbon

outes ces histoires de résistances, de transistors et autres composantsélectroniquessontbienintéressantes,maissivouslimitezvotrepassionpourl’électroniqueàesquisserdesschémasdecircuitsetàrêverdeflux

d’électrons invisibles,vousneferez jamais riensonner,éclairer,biper,nibouger.Ilfautbienquevouscommenciezàmanipulerdescomposantsréels,à fairecirculerducourantetàobserver le fonctionnementd’uncircuitentroisdimensions.Cependant,avantdevousprécipiterdansunmagasindefournitures électroniques, prenez le temps de vous préparer à cetteexpérienceuniquequevousallezbientôtvivre.

Dans ce chapitre, je vous donne des conseils pour installer un petitlaboratoired’électroniqueàvotredomicile.Jevousindiquelesoutilsetlematérieldontvousavezbesoinpourpouvoir assemblerdescircuits, et jevous propose une liste de composants à acheter pour posséder de quoiréaliserdifférentesapplications.

La réalisationdecircuitsélectroniquesn’estpaspour lescraintifs (mêmeuncourantfaiblepeutprovoquerunchoc).C’estpourquoi jevousprécise

icitoutcequevousdevezsavoirsivousvoulezvousadonnergaiementàcehobbyentoutesécurité.

Il ne faut pas un courant très fort pour se blesser, nimême pour se tuer.Même les professionnels les plus aguerris prennent les précautionsappropriées pour éviter tout risque. Je vous suggère fortement (et avecinsistance)de lireavecattention lesconsignesdesécuritéque j’aipris lapeinederassemblerici;prenezlapeineaussiderelire,audébutdechaqueprojet, la liste de contrôle présentée à la fin de ce chapitre. Vous mepromettezdelefaire?

Trouverunendroitappropriépourvostravauxd’électronique

L’emplacementdevotreatelieraautantd’importanceque lesapplicationsque vous allez réaliser et les outils que vous allez utiliser. La questionessentielle, comme pour trouver un logement, est de savoir où. C’est enchoisissant l’endroit qui convient le mieux que vous pourrez être bienorganisé et prendre vraiment du plaisir à faire des expériencesd’électronique. Travailler dans le désordre, au milieu d’un fatras, sanséclairagesuffisantetdansuneatmosphèreviciée,c’estcequ’ilpeutyavoirdepire.

LesprincipalesconditionsàréunirLesprincipauxcritèrespourdisposerd’unlaboratoiredignedecenomsontlessuivants:

» Unpostedetravailconfortable,avecunetableetunbon

siège

» Unbonéclairage

» Desprisesdecourant,etunminimumde15ampères

» Desétagèresoudestiroirsàportéedemain,poury

rangerlesoutilsetboîtesàoutilsnécessaires

» Unairsainetpeuhumide

» Unplandetravailsolide,netetbienplat

» Lapaixetlecalme

Ilestsouhaitablequepersonneneviennedérangervotreespacedetravailenvotreabsence.Ilfautaussiquevotreplandetravailsoithorsd’atteintedevosenfants.Lacuriositédesenfantset l’électroniquesontdeuxchosesquidoiventresterbienséparéesl’unedel’autre!

Ungarageestl’endroitidéal,carcelavouslaisselapossibilitédefairedela soudure et d’autres travaux salissants sans avoir à vous préoccuper deprotéger le tapis, lamoquetteou lemobilier.Vousn’avezpasbesoind’ungrandespace : 1mx1,50m, celadevrait suffire.Si vousnepouvezpasdégager cet espace dans votre garage (ou si vous n’avez pas de garage)vouspouvezopterpourunedeschambresdelamaisonoudel’appartement,mais tâchezde limiter cet espace à un coin ou à unepartie précise de lapièce. S’il y a unemoquette, vous pouvez éviter l’électricité statique enétendant sur le sol un tapis antistatique, par exemple. J’y reviendrai endétailplusloindanscechapitre.

Si d’autres membres de votre famille fréquentent la pièce dans laquellevousavezinstallévotrelaboratoire,trouvezunmoyendeteniràdistancedevotre matériel les personnes non averties, et plus particulièrement lesjeunes enfants (les problèmes de sécurité sont abordés plus loin dans cechapitre). Conservez vos applications, vos outils et vos fournitures ensécurité,etfaitesattentiondenepaslaissersurlesoldescircuitsintégrésouautresélémentscoupants:onpourraitseblesserenmarchantdessus!

Les conditions climatiques sont un facteur à ne pas négliger. Destempératures extrêmes ou un excès d’humidité peuvent avoir un impactnégatifnonnégligeablesurvoscircuits.Si l’endroitquevousavez trouvén’estpaschauffé,s’ilesttropchaufféous’ilesthumide,faiteslenécessairepour y remédier, ou bien renoncez-y.Peut-être devrez-vous envisager destravaux préalables d’isolation, installer un climatiseur ou undéshumidificateur.Votreplande travail nedoit pas être situé tropproched’uneporteoud’unefenêtre,afind’éviterquel’airpuissedevenirhumideouchangerrapidementdetempérature.Enfin,pourdesraisonsdesécurité,netravaillezjamais–jedisbienjamais–dansunendroitdontlesolseraitmouilléoumêmelégèrementhumide.

L’essentielpourunpostedetravailcorrectLes dimensions du plan de travail dont vous avez besoin dépendent destypes d’applications sur lesquelles vous comptez travailler.La plupart dutemps, une table ou autre surface planemesurant aumoins 60 cm x 1msuffira,voiremêmeunpetitbureauouunepetitetable.

Vouspouvez très facilement fabriquervotreplande travail, en récupérantpar exemple une ancienneporte.Àdéfaut, vous pouvez acheter uneportebonmarché, creuse ou pleine. Vous pouvez aussi utiliser comme plan detravailunpanneaudecontreplaquéoud’aggloméré.

Vous pouvez fabriquer des pieds, ou bien utiliser une paire de tréteaux.L’avantagedestréteauxestquecelavouspermetdedémontervotreplandetravail en un instant et de le ranger dans un coin quand vous ne vous enservezpas.Parsécurité,attachezleplandetravailauxtréteauxàl’aidedetendeurs.

Pensezquevousypasserezsouventplusieursheuresd’affilée.Vouspouvezfaire des économies sur lesmatériaux du plan de travail,mais procurez-vousunbonsiège,sivousn’enpossédezpasdéjàun.Réglezbienlahauteurdu siègepar rapport à la hauteur duplande travail.Un siègenon adaptépeutvousoccasionnerdesmauxdedosetdelafatigue.

LesoutilsetfournituresàacquérirTouteactivitédeloisirsupposeunensembled’instrumentsetdefournituresadaptés,etl’électroniquenefaitpasexception.Vousytrouverezbienplusde plaisir si vous disposez des bons outils, du simple tournevis à laperceuse,etd’unassortimentdefournituresrangéesavecsoin,detellesortequevoustrouviezrapidementcedontvousavezbesoinaumomentoùvousenavezbesoin,etsansdevoirtoutmettreendésordre.

Cette section vous indique précisément les outils et les fournitures dontvous avez besoin pour mener à bien des applications électroniques deniveaudébutantetmoyen.

Sivousavezchezvousunendroitdédiédefaçonpermanenteàvostravauxd’électronique,vouspouvezaccrocher aumurouàunpanneaumuralunepartiedesoutilsdontilseraquestionici.Réservezceprivilègeauxoutils

que vous utilisez le plus souvent. Pour les autres outils, surtout ceux depetitedimension,unepetiteboîteàoutilsferal’affaire.Cetteboîtepourraéventuellementrestersurvotreplandetravail.Uneboîteenplastiquemuniede nombreux petits compartiments et d’un compartiment de grande taille,commecellesutiliséespourlapêche,feradevousunepersonneorganisée.

AcquérirunmultimètreUninstrumentessentielpourvousestlemultimètre,quipermetdesavoircequisepassedansuncircuit.Ils’utiliseavecuncourantcontinuoualternatifetpermetdemesurerlatension, larésistanceet l’intensité.Laplupartdesmodèles actuels sont numériques (voir Figure 13-1), ce qui signifiesimplementquel’affichageestnumérique(vouspouvezvousenservirpourétudier des circuits aussi bien analogiques que numériques). Sur lesmodèles anciens, la mesure était donnée par une aiguille dans un cadrancomportantplusieurséchellesgraduées.

FIGURE13-1Unmultimètrepermetdemesurerlatension,larésistanceetl’intensité.

Toutmultimètrepossèdedeuxbornes:unebornenoire(pourlaterre)etuneborne rouge (pour le pôle positif). Sur les grandsmodèles, contrairementaux petitsmodèles de poche, il est possible de débrancher les deux fils.

Chaque fil est terminéparuneélectrodeconique.Vouspouvezaussivousprocurerdespincesquivousfaciliterontlatâche.

Unmultimètre coûte entre 10 et plus de 100 euros. Lesmodèles les pluschers comportent des fonctions supplémentaires, ils peuvent notammenttester lescondensateurs, lesdiodeset les transistors.Jevousconseilledevousprocurer lemeilleurmodèlepossible.Ainsi, quandvosapplicationsdeviendront plus complexes, vous pourrez continuer à contrôler le bonfonctionnementdechaquecomposant.

LeChapitre16expliquecommentutiliserunmultimètre.

SeprocurerunmatérieldesoudureLasoudureestlaméthodeutiliséepourcréerdesconnexionsplusoumoinspermanentes entre les composants d’un circuit. Elle remplace le collagedansledomainedel’électronique.Elleconsisteàappliquerauxextrémitésconductricesàjoindre,àl’aided’unferàsouder,unmétalfonduappelélasoudure(oubrasure)etquiassureuneliaisonconductrice.

Lematérielnécessairepoursouderserésumeàquelquesoutilssimplesetpeut coûter en toutmoins de 10 euros, quoiqu’un bonmatériel coûte pluscherquecela.Auminimum,vousaurezbesoindumatérielsuivant:

» Unferàsouder:Ilestconstituéd’unmancheisolant,

d’unsystèmedechauffe(leplussouventunerésistance)et

d’uneextrémitémétalliqueconductriceappeléepanne(voir

Figure13-2).Choisissezunmodèlede25ou30wattsavec

panneremplaçableetfichedebranchementàtroispôles,

pouravoirleraccordementàlaterre.Certainsmodèles

permettentd’alternerdespannesdetailledifférente,et

certainspermettentaussidevarierlapuissance(c’est

intéressant,maispasabsolumentnécessaire).

FIGURE13-2Certainsmodèlesdefersàsoudersontmunisd’unréglagede

températureetd’unsupport.

» Unsupportdeferàsouder:Lesupportpermetd’éviter

quelapanneduferàsoudersoitencontactavecunobjet

ouaveclasurfaceduplandetravail.Certainsmodèlessont

vendusavecleursupport(onparlealorsdestationsde

soudure).Lesupportdoitêtrelesté.Danslecascontraire,

fixez-leàvotreplandetravail.Lesupportestunélément

indispensable,sivousnevoulezpasfairebrûlervotre

circuit,votrebureau,etvousbrûlerparlamêmeoccasion!

» Delasoudure:Lasoudure(oubrasure)estunalliagemou

quel’onchauffeàl’aided’unferàsouderetqu’onlaisse

ensuiterefroidir,pourformerunejonctionconductrice.La

soudurestandardutiliséeenélectroniqueestla

soudure60/40ànoyauenrésine,constituéeà60%environ

d’étainet40%deplomb(évitezlessouduresdestinéesàla

plomberie,quicorrodentlescomposantsetlescircuits).Le

fluxdebrasage,quiressembleàdelacire,permetde

nettoyerlesmétauxquevousallezsouder,etilpermetàla

soudurefonduedemieuxcouleretdemieuxadhéreraux

composantsetauxfils.Lasouduresevendsousformede

bobines,etjevousrecommandelecalibre22(diamètre

0,7mm)oulecalibre16(diamètre1,4mm).

Leplombcontenudanslasoudure60/40ànoyauenrésine

peutreprésenterundangerpourvotresantésivousne

manipulezpascematériauavecsuffisammentde

précautions.Lorsquevoustouchezlasoudure,neportez

pasensuitelamainàlaboucheniàl’œil.Etsurtout,ne

tenezpaslematérielentrelesdents,mêmesivosdeux

mainssontoccupées.

Je vous recommande aussi de vous procurer les outils et accessoiressuivants:

» Uneéponge:Vousvousservirezd’uneépongehumide

pouréliminerlasoudureenexcèsetlefluxprovenantde

l’extrémitéduferàsouder.Certainsmodèlessontvendus

avecunsupportetuneéponge,maisautrement,une

épongeménagèrepropreconvienttrèsbien.

» Desoutilspouréliminerlasoudure:Unepompeà

dessouderestunaspirateuràressortpermettantde

supprimerunesoudureetd’éliminerlesdébordementsde

souduredansuncircuit.Faitesfondrelasoudurequevous

voulezéliminer,placezrapidementl’extrémitédelapompe

surlasoudureenfusionetaspirez.Vouspouvezaussi

utiliserunetresseàdessouder.Ils’agitd’unetressedefils

decuivrequel’onappliquesurlessoudurespourlesfaire

chauffer.Lorsquelasoudureatteintlepointdefusion,elle

adhèreauxfilsdecuivre.Ilsuffitensuited’enleverlatresse.

» Unnettoyeurdepanne:Pourquel’extrémitédevotre

feràsoudersoitbienpropre.

» Unproduitpouréliminerlefluxdebrasage:

Conditionnésousformedeflaconoudepulvérisateur,à

utiliseraprèslasoudurepouréliminertoutrestedefluxet

éviteruneoxydation(c’est-à-direunerouille)quirisquerait

defragiliserlasoudure.

» Despannesderechange:Leplussouvent,unepetite

panneconiqueouciselée(derayon1,2mmà2,8mm)ou

simpleconvient,maisdespannesplusgrandesouplus

petitesserventpourcertainesapplicationsparticulières.

Choisissezlemodèleleplusadapté,etremplacezlapanne

quandelleprésentedessignesdecorrosionouquandson

revêtementsedétache:unepanneuséetransmetmoins

bienlachaleur.

LeChapitre15expliqueendétaill’utilisationduferàsouder.

Unepanoplied’outilsàmainLesoutilsàmainsontlabasemêmedetouteboîteàoutils.Cesonteuxquivous permettent de mener à bien les tâches les plus élémentaires, parexemple serrer des vis, couper des fils, ou tordre de petitsmorceaux demétal.Lesoutilssuivantsdevrontnécessairementresteràportéedemain:

» Unepincecoupante:Voustrouverezpartoutdespinces

coupantes,maismieuxvautinvestirquelqueseurosde

plusetchoisirunepincecoupantepourcâblage

électronique,commecelledelaFigure13-3,quivous

permettradefairedescoupuresplusprécises.

FIGURE13-3Unepincecoupantepourcouperlesfilsélectriques.

» Unepinceàdénuder:Souvent,vousaurezbesoinde

dénuderdesfilssuruncentimètreenviron,pourpouvoir

effectuerunesoudureoupourpouvoirlesinsérerdansles

trousd’uneplaqued’essaissanssoudure(voirsection

suivante,danscechapitre).Unebonnepinceàdénuder

vouspermetdedénuderdesfilsdedifférentsdiamètres

(voirChapitre12)sansentaillerlefildecuivrelui-même.

Certainsmodèlesserventàlafoisàcouperetàdénuder

lesfils,maisc’estàvousdebiencontrôlercequevous

faitespourréussiràcouperlagaineisolantesansrompre

nientaillerlefildecuivre.

» Deuxpincesplates:Pourtordrelesfils,pourinsérerles

extrémitésdesfilsdanslestrousdesplaques,etpour

maintenirunélémentenplace.Choisissezunepairemini

(de12cmdelong)pourlestravauxminutieuxetunmodèle

detaillestandardquivousserviraquandvousaurezbesoin

depresseravecdavantagedeforce.

» Destournevisdeprécision:Ilvousfautaussibiendes

tournevisplatsquedestourneviscruciformes,et

notammentdescalibresassezpetitspourl’électronique.

Afindenepasruinerlestêtesdesvis,utiliseztoujoursle

tournevisdelatailleappropriée.Untournevismagnétique

peutvousrendrelatâcheplusfacilequandlesvissont

petites.Vouspouvezaussiplacerdanslatêtedelavisun

peudemasticavantd’ycalerlatêtedutournevis.C’esttrès

efficace.

» Uneloupe:Uneloupegrossissanttroisfois,ouplus,vous

permettradevérifierlessouduresetdelirelescodes

imprimésentoutpetitsurlescomposants.

» Unetroisièmemain:Non,ilnes’agitpasdefaireappelà

uncopain.Ils’agitd’unoutilquisefixeauplandetravailet

quiestmunidepincesréglablespouvantmainteniren

placedescomposantsouuneloupependantquevous

travaillez.Destâchescommelasouduredeviennentbien

plusfacilesquandvousavezunetroisièmemain(voir

Figure13-4).

FIGURE13-4Unetroisièmemaingarniedepincesetd’uneloupe.

Chiffonsetproduitsd’entretienSi vos circuits, vos composants et le reste ne sont pas maintenusparfaitementpropres,toutcelarisquedenepasfonctionneraussibienqueprévu. Il importe particulièrement d’avoir du matériel propre quand onsoude. La poussière gâte les soudures, et demauvaises soudures font demauvaiscircuits.

Pourgardervotrematérielpropre,voicicequ’ilvousfaut:

» Unchiffondouxoudelagaze:Vouschasserezla

poussièreàl’aided’unchiffondouxoud’unebandedegaze

stérile.N’utilisezpasdebombesantipoussière,carelles

sontsouventsourcesdechargesélectrostatiquesqui

peuventfairedesdégâts.

» Del’aircomprimé:Pourchasserlapoussièredes

endroitsdélicats.Sivousoptezpourlesbombonnesd’air

comprimé,gardez-lesàdistanceetenlieusûrquandvous

nevousenservezpas:utiliséparerreureninhalations,l’air

comprimépeutêtremortel.

» Unnettoyantàbaseaqueuse:Pourdécrasseret

nettoyerlesoutils,leplandetravailetlessurfacesexternes

devotreapplication.Nel’utilisezpassuruncircuit

alimenté,vousrisqueriezdeprovoqueruncourt-circuit

quelquepart.

» Unnettoyant/dégrippantélectronique:N’utilisezqu’un

produitconçuspécifiquementpourlenettoyagedes

composantsélectroniques.

» Despinceaux:Unpetitpinceauetunpinceaulargevous

serontutilespourchasserlapoussière.Évitezcependant

lespinceauxbonmarchéquiperdentleurspoils.Une

brosseàdentssècheetproprepeutaussiconvenir.

» Unebrossepourlampedephotographe:Vous

trouverezdanslesmagasinsdephotocetaccessoirequi

associel’actiondebalayagedupinceauàl’action

nettoyanted’unsouffled’air.

» Unnettoyeurdecontacts:Ils’agitd’unpulvérisateurqui

nettoielescontactsélectriques.Pulvérisezsurunebrosse

ouunpinceau,quevouspasserezensuitesurlescontacts.

» DesCotons-Tiges:Pouréliminerl’huile,lelubrifiantoule

produitnettoyantenexcès.

» Desbâtonnetsàcuticulesetdeslimesàongles:

Nettoyez,frottez,grattezpouréliminertoutescorie,puis

accordez-vousuneséancedemanucure!

» Unegommerose:Idéalepournettoyerlescontacts

électriquesenlesfrottant,surtoutlescontactscontaminés

parl’acided’unepileoud’unebatteriequifuit.Ilfautqu’elle

soitrose:lesautresgommeslaissentdesrésidusdontil

estdifficiledesedébarrasser.Évitezdefrotterlagomme

surunecarteouunsupportdecircuit,carvousrisqueriez

deproduiredel’électricitéstatique.

DequoilubrifierDans les applications électroniques, les moteurs et autres éléments demécaniqueontbesoind’unecertainequantitédegraissepourfonctionner,etils doivent être lubrifiés régulièrement. Deux types de lubrifiants sontgénéralementutilisésdanslesapplicationsélectroniques.Ilexisteaussiuntypedelubrifiantquevousdevezéviterd’utiliser.

N’utilisezpasdelubrifiantsynthétiqueenpulvérisateur(commeWD-40ouLPS). Vous ne pourriez pas maîtriser l’étendue de la pulvérisation, etcertains composants recevraient duproduit alors qu’ils nedoivent pas enrecevoir. Par ailleurs, certains lubrifiants synthétiques ne sont pasconducteurs et une fine couche peut suffire à couper des contactsélectriques.

Lesbonslubrifiantssontlessuivants:

» L’huiledemachinelégère:Utilisezcetyped’huilepour

lespartiesquitournent.Évitezleshuilescontenantdes

ingrédientsantirouillequirisqueraientderéagiravecle

plastiqueetdelefairefondre.Uneseringueàlubrifierest

l’idéalpourlesendroitsdifficilesd’accès.

» Lagraissesynthétique:Utilisezdelagraisseaulithium

ouuneautregraissesynthétiquepourlespartiesqui

s’engrènentouquiglissent.

Vous trouverez ces lubrifiants chez les fournisseurs de composantsélectroniques ainsi que dans des magasins de musique, de machines àcoudreetdediversmatérielsélectroniques.

N’utilisez un lubrifiant que si vous êtes sûr qu’il s’agit d’une partiemécanique qui en a besoin.Certainsmatériaux peuvent éclater au contact

d’un lubrifiantd’originepétrochimique.SivousentreprenezderéparerunlecteurdeCD,parexemple,vérifiezlesinstructionsdufabricantconcernantl’utilisationdelubrifiants.

QuandilfautcollerDansdenombreusesapplicationsélectroniques,desélémentsdoiventêtrecollés.Vousaurezpeut-êtrebesoin,parexemple,defixeruncircuitimpriméde petite dimension à l’intérieur d’un objet. Selon l’application, vousutiliserez:

» Lacolleblanche,quiconvientsurtoutpourcollerlebois

etautresmatériauxporeux.Ilfaudraattendre20à

30minutespourquelacollesoitsèche,etunedouzaine

d’heurespourquelecollagetienne.

» Lacolleépoxyde,quipermetderéaliserdescollages

solides,quirésistentàl’humidité;elleconvientpourtous

matériaux.Attendez5à30minutespourquelacollesoit

sèche,etunedouzained’heurespourquelecollagetienne.

» Lacolleaucyanoacrylate,ouSuperGlue,quicolle

fortementetpresqueinstantanémentpresquetout(y

comprislesdoigts,c’estpourquoiilimportedeprendrede

grandesprécautions).Utilisezlacolleaucyanoacrylate

ordinairepourcollerdessurfaceslissesetentrelesquelles

lecontactestparfait;sinon,utilisezlaformuleépaissie.

» Lerubanadhésifdouble-faceestunmoyenrapidede

fixerunsupportdecircuitàuncadreoudemainteniren

placeuncomposantmalfixé.

» Unpistoletàcolle,quiprésentel’avantaged’untempsde

séchaged’environ30secondesseulement.Ils’agitd’une

collerésistanteàl’eau,conditionnéedansuncylindrequ’il

fautglisserdanslepistolet.Celui-cichauffelacolleàune

températureassezchaudepourvousbrûler,maispas

assezpourfairefondrelasoudure.

AutresoutilsetfournituresJe ne saurais trop vous recommander d’acquérir également, avant toustravauxélectroniques:

» Deslunettesdeprotection:Leslunettesdeprotection

enplastiquenesontjamaisdémodées.Ellessontcedont

vousavezbesoinpourprotégervosyeuxdesboutsdefil

quivolent,deséclatsdesoudure,desexplosions,etc.Si

vousportezdeslunettesdevue,mettezdeslunettesde

protectionpar-dessuspourprotégertoutletourdesyeux.

» Unbrassardantistatique:Cebrassardnevouscoûtera

pascher,maisilprotégeravoscomposantssensibles

contrelesdéchargesélectrostatiques.J’yreviendraiunpeu

plusloindanscechapitre.

» Unetroussedesecoursetunguide:Quandontravaille

surdescircuitsélectroniques,ilexistetoujoursunrisque

debrûlure(oupire).Ilestdoncjudicieuxd’avoiràportéede

mainlenécessaireencasd’accident.Prévoyezaussides

instructionspoursavoirtoutdesuitecommentprocéder.

Unjour,vousvoudrezintégrerdel’électroniquedansunesortedeboîtier,avec des fils qui en sortiront, ou avec des boutons. Supposons que vousfabriquiez une guirlande lumineuse pour les fêtes, avec un clignotementréglable.Vouschoisirezsansdoutedeplacerlecircuitdansuneboîtedontla façade sera traversée par le bouton d’un potentiomètre (résistancevariable).Oubien,supposonsquevousvouliezfabriquerunsystèmepourdétecterlesintrusquiouvrentvotreréfrigérateur.Vouspourriezdissimuler

lecircuitdansuneboîteàpain,parexemple.Danstouslescas,vousaurezbesoindequelquesoutilssupplémentaires:

» Uneboîteprêteàemploi:Vouspourreztrouverdes

boîtesenboisdansdesmagasinsd’artisanat,oudes

boîtiersenplastiquechezlaplupartdesfournisseursde

composantsetaccessoiresélectroniques.Vouspouvez

aussifabriquervotrepropreboîteavecdesmorceauxde

contreplaquéoudePVCquevousassemblerezenutilisant

unecolleappropriée.

» Dessupportsdecâble:Despetitssupportsfixésaux

paroisdelaboîteparleursadhésifsmaintiendrontlesfils

enplaceàl’intérieur.

» Desattache-câbles:Pourattacherlesfilslesunsaux

autresoupourlesattacheràdesaspérités.

» Uneperceuseélectrique:Uneperceusemunied’un

mandrinde3/8pouceconviendrapourfairelestrous

permettantdefixerlesboutonsetlepotentiomètre,par

exemple.

» Dessciesàmain:Vouspouvezutiliserunescieàmétaux

pourcouperleboisouleplastiqueservantàfabriquerla

boîte,etunescieàdétourerpourypratiquerdes

ouvertures.

SeprocurerdescomposantsVousavezmaintenantvotreplande travail,vos tournevis,pincesetautresoutils, vos produits d’entretien, vos lunettes de protection et votre fer àsouder.Quemanque-t-il?Lescomposants!

Engénéral,onneserendpasdansunmagasinpouracheterlescomposantsmentionnéssurunschémadecircuitdonné.Onachèteplutôtunassortimentdecomposants,pourpouvoirensuiteconstruireplusieursapplicationssansêtreobligéderetournerfréquemmentacheterteloutelcomposantmanquant.C’est un peu comme pour la cuisine. Vous constituez une réserved’ingrédientsdebasecommelafarine,lesucre,l’huile,lerizetlesépices.Vousremplissezvosplacardsetvotreréfrigérateurpourlasemaine.

Danscettesection,jevousprécisedequelsélémentsvousdevezdisposer,et en quelles quantités, pour être en mesure de vous consacrer à desapplicationsélectroniquesdebase.

Desplaquesd’essaissanssoudureUneplaque d’essais sans soudure (appelée aussi platine Labdec) est unpeucommeuneplaquedeLego.C’estunesurfacesurlaquellevouspouvezassembler des circuits de façon temporaire, simplement en plantant descomposantsdansdestrousdisposésenlignesetencolonnes.Unefoisquevousavezmontéuncircuit,vouspouvez très facilement ledémonteretenmonterunautrecomplètementdifférent,surlamêmesurface.

Ilnes’agitpasdesimplestrous.Cesontdestrousdecontact,reliésàdesconducteursencuivredetellesortequelescomposantsenfichésdansdeuxouplusieursdecestroussurunemêmerangéesoientreliéssouslasurfacede la plaque. Il suffit d’enficher correctement vos composants discrets(résistances, condensateurs, diodes et transistors) et vos circuits intégrés(CI), et vous obtenez un circuit dont tous les éléments sont reliés sansqu’aucune soudure ne soit nécessaire.Quand ce circuit ne vous intéresseplus, il vous suffit de retirer les éléments un par un, et vous pouvezassemblerautrechosesurlamêmeplaque.

La Figure 13-5 représente une petite plaque d’essais sans soudure surlaquelleestbranchéuncircuitalimentépardespiles.LestrousdelaplaquesontreliésselonuncertainschémaexpliquéauChapitre15,quitraiteausside l’assemblage de circuits sur les plaques sans soudure. Pour l’instant,sachezsimplementqu’ilexistedesplaquesdedifférentesdimensions,avecunnombredetrousdecontactvariable.

Unepetiteplaquesanssoudurecomportegénéralement400trousdecontact,etconvientpour l’assemblagedepetitscircuitsnecomportantpasplusdedeux CI (plus d’autres composants discrets). Une plaque de taillesupérieurecomportegénéralement830trousdecontactetsertàassembler

des circuits plus complexes.Vous pouvez aussi relier ensemble plusieursplaques, en branchant un ou plusieurs fils sur les trous de contacts d’uneplaqueetsurceuxdel’autre.

Je vous conseille de vous procurer aumoins deux plaques sans soudure,dont au moins une de grande dimension (de 830 trous). Procurez-vouségalementdesbandesVelcropourfixerlesplaquesàvotreplandetravail.

FIGURE13-5Ilnefautquequelquesminutespourassembleruncircuitsurunepetite

plaquesanssoudure.

Lesplaquesd’essaissanssoudureserventgénéralementà testerdes idéesdecircuitetàsefamiliariseravec lefonctionnementdescircuits.Sivousavez créé un circuit sur une plaque et si vous voulez le conserver, vouspouvez le refaire sur une plaque avec soudures ou sur une plaquette decircuit imprimé (PCB).Une PCB comporte non pas des trous de contact,maisdes trousordinairesentourésd’unegarnituremétalliqueet reliésparrangéespardesfiletsmétalliquesgravés.Pourréaliserdesconnexions,onsoudelesbornesdescomposantsauxgarnitures,surunemêmerangée.Dansce livre, on s’intéresse uniquement aux assemblages de circuits sur desplaquessanssoudure.

LenécessairepourcommenceràassemblerdescircuitsIlvousfautunassortimentdecomposantsélectroniquesdiscrets(àdeuxoutroisbornes),quelquesCI,unepetiteréservedepilesetunebonneréservede fil électrique. Certains composants, surtout les résistances et lescondensateurs, sont vendus par lots de dix ou plus. Heureusement, ils nesontvraimentpaschers.

Pourunrappeldelanaturedecescomposantsetdeleurfonctionnement,seréférer aux autres chapitres : pour les résistances et potentiomètres, auChapitre 5 ; pour les condensateurs, au Chapitre 7 ; pour les diodes (ycomprislesLED),auChapitre9,etpourlestransistors,auChapitre10.Lescircuitsintégrés(CI)sonttraitésauChapitre11,etlespilesetlecâblageauChapitre12.

Jevousrecommande,pourcommencer,lescomposantssuivants:

» Résistancesfixes(àpelliculedecarbone¼wattou½

watt):Dixàvingt(unoudeuxlots)dechaquemodèle:

1kΩ,10kΩ,100kΩ,1MΩ,2,2kΩ,22kΩ,220kΩ,33kΩ,470Ω,4,7kΩ,47kΩ,470kΩ.

» Potentiomètres:Deuxdechaquemodèle:10kΩ,50kΩ,100kΩ,1MΩ.

» Condensateurs:Dix(unlot)dechaquemodèle:0,01μFet0,1μFnonpolarisé(polyesteroudisquedecéramique);

dix(unlot)dechaquemodèle:électrolytiques1μF,10μF,100μF;troisàcinqcondensateursélectrolytiquesde220μFet3à5de470μF.

» Diodes:Dix(unlot)diodesderedressement1N4001(ou

autremodèledelasérie1N400x),dixdiodespetitssignaux

1N4148,unediodeZenerde4,3volts(ouautrediodeZener

de3à7volts).

» LED(diodesluminescentes):Dix(unlot)diodesrouges

etautantdediodesjaunesetdediodesvertesde5mm.

» Transistors:Troisàcinqtransistorsbipolairestous

usagesdefaiblepuissance(parexemple2N3904NPNou

2N2906PNP)ettroisàcinqtransistorsbipolairesde

puissancemoyenne(parexempleNTE123ANPNou

NTE159MPNP).

Je vous conseille d’acquérir aussi une partie aumoins desCI de la listesuivante:

» CIdeminuterie555:Troisàcinqunités.Vousles

utiliserez!

» CId’ampliop:Unoudeux,parexemplel’amplificateur

toususagesLM741.

» CIcompteurdécimal4017CMOS:Unseulsuffira(nous

enutilisonsundansundesprojetsduChapitre15).Prenez-

endeuxsivousvoulezfabriqueruncompteurdedizaines

(voirChapitre11)ousivouspensezquevousrisquez

d’endommagerlepremieraccidentellement,parune

déchargeélectrostatique.

N’oubliezpascesaccessoiresindispensables:

» Piles:Unassortimentdepilesde9Vetde1,5V(pourla

tailleetletype,toutdépendpendantcombiendetemps

vouspensezquevotrecircuitdevrafonctionner).

» Clips(connecteurs)etcompartimentsporte-piles

(blocs-piles):Cesaccessoiresvouspermettentderelier

plusfacilementvotrecircuitauxpiles.Procurez-voustroisà

cinqclipsadaptésauxmodèlesdepilesquevouscomptez

utiliser.

» Filélectrique:Unebonnequantitédefilmonobrinde

calibre20ou22.Voustrouverezdesrouleauxdefil

monobrindegrandelongueuretdedifférentescouleurs

pourquelqueseuros.Vouscouperezleslongueursdont

vousaurezbesoin,etvousdénuderezlesextrémitéspour

effectuervosbranchements.Vouspourrezsoitsouderces

extrémitésauxterminaisonsdescomposants,soitles

insérerdanslestrousdecontactdevotreplaquesans

soudure.Ontrouveparfoisdanslesmagasinsdeskits

comportantdessectionsdecâblagededifférentes

couleurs,précoupéesetdénudées.C’estlemeilleurchoix

pourlesapplicationssurplaquessanssoudure.Unkit

comportantentre140et250pairesdecâblesvouscoûtera

peut-êtreunedizained’euros,maiscelavousfera

économiserdutemps(etéviterdesdifficultés),puisque

vousn’aurezpasbesoindecoupernidedénuderlesfils

vous-même(sanscompterquevousaureztoutun

assortimentdecouleurs!).

Vouspouvezvousservird’unmorceaudefilenguised’interrupteur.Ilvoussuffitd’inséreruneextrémitédufildansvotreplaquesanssoudure,puisdeplacerouderetirerl’autreextrémitépourfermerououvrirlecircuit.

QuelquechoseàajouterIl existe encore un grand nombre d’éléments avec lesquels vous pouvezenrichirvotrepalette,notamment:

» Despincescrocodiles:Appeléesainsiparcequeleur

formefaitpenserauxmâchoiresd’uncrocodile,cespinces

isolantessontbienpratiquespoureffectuerdes

branchements.Achetez-enunedizaine.

» Deshaut-parleurs:Sivousvoulezuneapplication

sonore,unoudeuxhaut-parleursminiaturesde8ohms

s’imposent(leshaut-parleurssonttraitésauChapitre12).

» Desinterrupteurs:Procurez-vous5à10inverseursSPDT

avecunespacementde0,1pouceentrelesbornes,

utilisablessuruneplaqued’essaissanssoudure.Ils

pourrontvousservird’interrupteursmarche/arrêt.Vous

pouvezaussiacheterquelquesboutons-poussoirs(à

contactmomentané).Sivouspensezpouvoirinclureune

ouplusieursapplicationsdansunboîtiermunid’untableau

decontrôle,deuxinterrupteursdetypeSPST(unseul

contactd’entréeetunseulcontactdesortie)vousseront

utiles.Vousentrouverezàdesprixautourd’unoudeux

euros,certainsavecuneLEDintégréequis’allumequand

l’interrupteurestenposition«on»(pourplusdedétailssur

desinterrupteurs,consulterleChapitre4).

Unpeud’organisationGarder tout cet ensemble d’accessoires et de composants en ordre estessentiel,saufsivousêteslegenredepersonneàaimerfouillersansarrêtdans ses tiroirs à la recherche d’un petit accessoire ou composantindispensable.Unesolutionfacileconsisteàvousprocurerunouplusieurséléments de rangement à tiroirs. Ensuite, collez une étiquette sur chaquetiroir, qui sera réservé à un certain composant (ou à une catégorie decomposants,commelesLED,oulesrésistancesde10à99Ω,etc.)Ainsi,uncoupd’œilvoussuffirapoursavoiroùvoscomposantssontrangésetcequevousdevezracheterd’urgence.

Protégez-vousetprotégezvoscircuits

VoussavezsansdoutequeBenjaminFranklina«découvert» l’électricitéen1752enjouantaucerf-volantsousunorage.Enréalité,Franklinsavaitdéjà ce qu’était l’électricité, et quelle puissance – et quel danger – ellepouvaitreprésenter.Aucoursdecettefameuseexpérience,ilavaitprissoindes’isolerdesmatériauxconducteursreliésàsoncerf-volantetderesterausecdansunegrange.

Quandonseconsacreàl’électronique,il importederesterhumbledevantlepouvoirde l’électricité.Danscettesection,vousallezvouspréoccuperd’assurer votre propre sécurité – et celle de votre matériel. Voilà unesectionquevousdevriezvraimentlireattentivementdudébutàlafin,mêmesivousavezdéjàuneexpériencedel’électronique.

Tout en lisant cette section, n’oubliez pas que le courant électrique peutprendredeuxformes:

» Lecourantcontinu:Lesélectronscirculentdansunseul

sens,àtraversuncâbleouuncircuit.

» Lecourantalternatif:Lesélectronscirculentdansun

sens,puisdansl’autre,selonuncycleininterrompu.

Pour plus de détails sur ces deux formes de courant électrique, voyezChapitre1.

L’électricitépeutvraimentfairemalLeplusgranddangeravecl’électronique,c’estdeloinl’électrocution.Unchoc électrique est ce qui se produit quand notre organisme réagit à uncourant électrique.Cette réaction peut prendre la formed’une contractionintense desmuscles (et notamment du cœur) et d’une chaleur extrême aupoint de contact entre la peau et le courant.Cette chaleur occasionnedesbrûlures qui peuvent entraîner la mort ou de graves lésions. Même uncourantfaiblepeutperturberlerythmecardiaque.

Ladangerositéd’unchocélectriquedépendd’uncertainnombredefacteurscomme l’âge, l’état de santé, la tension et l’intensité du courant. Si vousaveznettementplusde la cinquantaineou sivousêtes enmauvaise santé,vous ne supporterez sans doute pas un choc électrique aussi bien qu’unjeuneathlète.Cependant,mêmesivousêtesjeuneetenparfaitesanté,vouspouvez très bien vous électrocuter. C’est pourquoi il importe que voussachiezquelssontexactementlesrisques.

Lesdeuxtrajetslesplusdangereuxàtraverslecorpshumainsontletrajetentrelesdeuxmainsetletrajetentrelamaingaucheetundesdeuxpieds.Eneffet,uncourantquipassed’unemainàl’autrepasseparlecœur,etuncourant qui passe de la main gauche au pied droit ou au pied gauchetraverseégalementlecœurainsiqued’autresorganes.

VousêtescommeunerésistancedegrandetailleVotrecorpsprésenteunecertainerésistanceaucourantélectrique,enraisonprincipalement de la mauvaise conductivité de la peau sèche. Cetterésistance peut être extrêmement variable, selon lemétabolisme de votrecorps,ledegréd’humiditédevotrepeau,lecheminetd’autresfacteurs.Leschiffres varient facilement de 50 000 ohms à 1million d’ohms pour unepersonnemoyenne(lanotionderésistanceestexpliquéeauChapitre5).

Si vous avez une peau humide (les mains moites, par exemple), si vousportez une bague enmétal ou si vous êtes debout dans une flaque, votrerésistanceestàcoupsûr trèsdiminuée.Ellepeutdescendreauxalentoursde100ou300ohms,mesuréed’unemainàl’autreoud’unemainàunpied.Commerésistance,c’estplutôtfaiblard.

Pire,sivousêtesencontactavecuncourantalternatifàhautetension(vousnedevriezpas),larésistancedevotrepeau,mêmesèche,nevousprotégerapasdutout.Quandvousêtesencontactavecdumétal,votreorganismeetlemétal forment un condensateur : le tissu qui est sous votre peau estassimilableàunedesdeuxarmaturesdececondensateur, l’autrearmatureétantconstituéepar lemétal.Votrepeauestassimilableaudiélectrique(àproposdes condensateurs, voirChapitre7). Si le filmétallique que voustouchezest traverséparuncourantalternatif,votreorganisme,en tantquecondensateur,formeuncourt-circuit.Uneélectrocutiondeplusde240voltsprovoquedesbrûluresautroisièmedegréauxpointsdecontact.

Soyezconscientdudangerquereprésententlatensionetl’intensitéducourantVousavezdéjàvucesécriteaux«DANGER!HAUTETENSION».Vouspensez peut-être que c’est la tension qui peut faire du mal, alors qu’enréalité,c’estlecourant.Maisalors,pourquoicesécriteauxd’avertissementmentionnent-ils la tension?Parcequeplus la tensionestélevée,plus fortest lecourantpouvant traverserunecertainerésistance.Sachantquevotreorganisme est comparable à une résistance, vous avez tout intérêt à vousteniréloignédeslignesàhautetension.

Quellequantitédecourantfaut-ilpourqu’ilyaitunréeldanger?Unefaiblequantité suffit. Le Tableau 13-1 donne une idée de l’intensité nécessairepour affecter le corps humain, dans le cas d’un courant continu et d’uncourant alternatif. Notez bien que l’intensité est exprimée ici enmilliampères (mA),unité représentant lemillièmed’unampère.Attention,ce ne sont que des estimations (ces chiffres ne proviennent pas d’essaisréellement pratiqués sur des humains), chacun pouvant être affectédifféremmentselonsonâge,sonétatdesantéetd’autresfacteurs.

TABLEAU13-1Effetsducourantélectriquesurlecorpshumainmoyen

Effet Courant

continu

Courant

alternatif

Légèresensationdepicotement 0,6–1,0mA 0.3–0.4mA

Sensationévidente 3,5–5,2mA 0,7–1,1mA

Douleur,maiscontrôlemusculaire

conservé

41–62mA 6–9mA

Douleuretincapacitédelâcherlemétal 51–76mA 10–16mA

Difficultésrespiratoires(paralysiedela

cagethoracique)

60–90mA 15–23mA

Fibrillationcardiaque(dansles3

secondes)

500mA 65–100mA

Commel’indiqueleTableau13-1,l’êtrehumainmoyenestquatreàsixfoisplus sensible au courant alternatif qu’au courant continu. Alors qu’uncourant continu de 15 mA n’est pas dangereux, un courant alternatifde15mApeutêtremortel.

Concrètement,quellessontpourvouslesimplicationsdetoutcela?Vousensavezsansdouteassezpourresteràdistancedescourantsàhautetension,mais qu’en est-il exactement des courants à basse tension ?Ces courantspeuventaussiêtredangereux,plusoumoinsselonvotreproprerésistance.

Rappelonsla loid’Ohm(voirChapitre6),selon laquelle la tensionest leproduitdel’intensitéparlarésistance:

tension=résistancexintensité

U=RxI

Supposons que vous ayez les mains sèches, que vous ne portiez aucunebagueenmétal,quevousnesoyezpasdeboutdansuneflaqued’eauetquelarésistanceentrevosdeuxmainssoitvoisinede50000ohms(sachantquevotrerésistancedanscesconditionspeut,enréalité,êtreplusfaible).Vouspouvezcalculeruneestimation(jedisbienuneestimation)delatensionquiseradangereusepourvousenmultipliantcetterésistanceparlesdifférentesintensités du Tableau 13-1. Ainsi, par exemple, si vous ne voulez paséprouver la moindre sensation de picotement dans les doigts, évitez toutcontactlorsquelatensionatteint30V(soit0,6mAx50000Ω).Pouréviterlescontractionsmusculairesinvolontaires(quivousempêcheraientdevousdécrocher d’un câble), il faudrait que le courant alternatif reste inférieurà 10 mA. Vous devrez éviter de vous trouver proche d’une conduitede500volts.

Sivousn’êtespas trèsprudent, sivousportezunebagueenmétal toutentravaillantsuruneapplicationélectroniqueousivousavezlepieddansuneflaque, vous risquez d’abaisser la résistance de votre corps à un niveaudangereux.Sivotrerésistancen’estplusquede5000ohms–etellepeutmêmedescendreau-dessousdecettevaleur–uncourantcontinude17,5Vsuffira pour que vous éprouviez une sensation de picotement (5 000 Ωx 0,0035 mA = 17,5 V), et un courant de 120 V alternatif suffira à

déclencher chez vous une perte de contrôle musculaire et une paralysiethoracique(eneffet,120V/5000Ω=0,024A=24mA).

En Europe, la tension du secteur, dans les habitations, est compriseentre 220 et 240 volts. C’est une tension mortelle. S’il vous arrivait detravailler sur le courant du secteur (ce qui est déconseillé), vous devriezdoncfairepreuved’uneprudenceextrême.

Tantquevousn’aurezpasacquisuneexpériencesolide,évitezdetoucheràuncircuitfonctionnantdirectementsurlecourantdusecteur.Tenez-vous-enauxcircuitsalimentéspardespiles,ouparuntransformateur(àproposdessourcesdecourantcontinu,voirChapitre12).Àmoins de commettre unevéritable sottise, comme lécher les bornes d’une pile de 9 V (de quoirecevoirunchocélectrique),vousnerisquezpasgrand-chose.

Le principal danger avec le courant du secteur, c’est l’effet qu’il peutexercer sur lesmusclesducœur.Uncourant compris entre65et100mAsuffitàprovoquerunefibrillationcardiaque,c’est-à-direunphénomènedecontractionmusculaire incontrôlée et non coordonnée : dès lors, le cœurcessedepomperlesang.Àdesniveauxd’intensitébienmoindres(de10à16 mA), le courant alternatif peut déjà provoquer des contractionsmusculaires sévères, si bien qu’un vague contact avec un câble à hautetension(justepourledéplacerlégèrement,parexemple)peutengendrerunetétanisation.Croyez-moi:vousneseriezpluscapabledelâcherprise.Or,unepriseplusfortesignifieunemoindrerésistance(lesélectronstraversentplus facilement votre main et votre corps), et une moindre résistancesignifieuncourantplusdangereux,et souvent fatal.Cesontdes situationsquiseproduisentvraiment.L’organismesecomportecommeunerésistancevariable, la valeur de la résistance chutant rapidement quand la main seresserresurlecâble.

Les dangers potentiels des courants continus ne doivent pas nonplus êtreignorés.Lesbrûluressontlaformedeblessurelapluscourante.Sachezquelecourantn’apasbesoindeprovenird’unecentralepourêtredangereux.Mêmeunepilede9Vmériterespectetconsidération:sivousprovoquezun court-circuit entre ses bornes, elle peut surchauffer etmême exploser.L’explosiond’unepileprojettegénéralementdeminusculeséclatsavecunegrande force et peut provoquer des brûlures de la peau et des blessuresoculaires.Uncertainnombredegenssesontdéjàbrûlésenmélangeantdansunemêmepochedevêtementunepileetdespiècesdemonnaie,desclésoud’autres objets métalliques. Quand les bornes d’une pile sont en court-circuit,lapilechauffetrèsvite.

SIVOUSTRAVAILLEZSURUNCIRCUITALIMENTÉENCOURANTALTERNATIF

Je vous recommande fortementd’éviterde travailler surdescircuits

alimentésdirectementparuneprisedecourant,mais jesaisquece

neserapastoujourspossible.Voicidesconseilspouréviterdevous

électrocuter:

Utilisez une source de courant indépendante. Dans la mesure du

possible, utilisez par exemple un transformateur plutôt que

directement le courant du secteur. Ce sera bien moins dangereux.

Vouspouvezutiliserundecespetitsadaptateursnoirscommecelui

quivoussertàrechargervotretéléphonemobile.

Séparez bien courant alternatif et courant continu. En séparant

physiquement la partie alternative de la partie continue de vos

circuits, vous éviterez le risque de choc électrique lié à un contact

accidentel.

Couvrezvoscircuits fonctionnantencourantalternatif.Unpetitpeu

deplastiquepeutfaireunegrandedifférence.

Utilisezlebonfusible.N’utilisezpasunfusibled’ampéragetropélevé,

et ne court-circuitez jamais le fusible, quel que soit l’appareil ou le

systèmequ’ilestdestinéàprotéger.

Avant de brancher le courant, procédez à toutes les vérifications,

plutôtdeux foisqu’une.Demandezàunconnaisseurd’inspectervos

branchements avant de mettre votre circuit sous tension pour la

première fois. Si vous voulez continuer à le tester, débranchez en

retirantlafichedebranchementdelaprisedecourant.

Quand vous recherchez la cause d’une panne de circuit, gardez

toujours unemain dans la poche. En utilisant une seulemain pour

tester vos applications, vous éviterez le risque d’avoir unemain en

contact avec la terre et l’autre avec un conducteur parcouru par un

courantalternatif,quivoustraverseraitlecœur.

Quandvousenfermezuncircuit,prenezdesprécautions.N’utilisezun

boîtier ou compartimentmétalliqueque s’il est bien relié à la terre.

Vous devrez alors utiliser un câblage et une fiche de branchement

avecterre.Fixezbienlefilvert(duraccordementàlaterre)aumétal

du boîtier. Si vous n’avez pas la possibilité d’assurer un bon

raccordement à la terre, utilisez plutôt un boîtier en plastique, qui

vousisolerad’unéventuelfilbaladeuretvouséviteraderisquerd’être

électrocuté. Pour les applications qui ne sont pas reliées à la terre

comme il convient, n’utilisez qu’une source d’énergie isolée, par

exempleuntransformateurmural.

Protégeztoutlecâblageinternedevotreapplication.Utilisezunserre-

câbleouunsupportdecâblagepourprotégerlecâblageconduisantle

courantalternatifetéviter lesrisquesdecourt-circuit.Unserre-câble

permetd’éviterquelecâbledépasseduboîtier.

Inspectez régulièrement vos circuits fonctionnant en courant

alternatif. Vérifiez qu’il n’y ait pas quelque part un fil usé, abîmé,

rompu ou égaré, et procédez rapidement aux réparations

nécessaires–lecircuitétantdébranché,biensûr!

Necraignezpasdepécherparexcèsdeprudence.N’oubliezpaslaloi

deMurphy:siunproblèmepeutsurvenir,ilsurviendra.Protégezbien

votre espace de travail contre tout liquide et contre les chiens, les

chats et les jeunes enfants. Placardez des instructions de premier

secours.N’effectuezaucuntravailquandvousêtesfatiguéoudistrait.

Quandvoustravaillezsuruneapplicationélectriqueouélectronique,

soyeztoujourssérieuxetconcentré.

Underniermot:sivousavezbesoind’utiliseruncourantalternatif,ne

travaillezpasseul.Ayezprèsdevousquelqu’unquipuisseappelerles

secourssivousvousretrouvezallongéausol,sansconnaissance.

Pourunmaximumderésistance–etdesécuritéQuand vous travaillez sur des applications électroniques, il n’est jamaisinutile de maximiser votre résistance, au cas où vous vous retrouveriezaccidentellementencontactavecunfildénudé.Veillezàutiliserdesoutilsisolants,pourréduirelesrisques.

Prenezdesprécautionssimplespourgarderausecvotreespacedetravail.Neposezpasunverred’eauniunetassedecafétropprèsdevotreespacede travail : en renversant ce verre ou cette tasse par mégarde, vousrisqueriezde réduirevotre résistanceoudeprovoqueruncourt-circuit auniveaud’uncomposant.

DesinstructionsdepremiersecoursàproximitéMêmesivousêtesd’unnatureltrèsprudent,ilestconseillédeplacarderàproximité de votre espace de travail une de ces listes de consignes depremiersecoursquivousindiquentcequevousdevezfaireencasdechocélectrique.VousentrouverezsurInternet,oubiendansdesfourniturespourlesécolesetlesusines.

Poursauverunepersonneélectrocutée,ilpeutêtrenécessairedepratiquerlarespirationartificielle.Faitesensorted’êtrecorrectementforméàcela.Pour trouver une formation aux premiers secours, vous pouvez aussiconsulterInternet.

Soudersansprendrederisques

Un fer à souder pour applications électroniques fonctionne à unetempératuredépassant370oC(àproposdessoudures,voirChapitre15)etcomparableà la températured’uneplaquedecuissonélectrique régléeaumaximum. Vous pouvez imaginer combien vous vous blesseriez à soncontact.

Quand vous utilisez un fer à souder, respectez les consignes de sécuritésuivantes:

» Nesoudezquedansunespacebienaéré.Lasoudure

dégagedesfuméesrelativementcaustiquesettoxiques,

susceptiblesd’irriterlesyeuxetlagorge.

» Portezdeslunettesdeprotection.Ilarrivequ’ilyaitdes

éclaboussuresincandescentes.

» Reposeztoujoursvotreferàsoudersurunsupport

prévuàceteffet.Nelereposezjamaisdirectementsur

unetableousurunplandetravail.Vousrisqueriezfortde

provoquerunincendieoudevousbrûlerlesmains.

» Prenezgardedenepasaccrocherlecâbleélectriqueà

latableouàunobjetquelconque.Leferpourraitglisser

ettomberparterre.Pire,ilpourraitvoustombersurles

genoux!

» Réglezcorrectementvotrematériel.Silatempérature

devotreferàsouderestréglable,faitesbienleréglage

correspondantautypedesoudureconcerné.Unechaleur

excessivepourraitcauserdesdégâts.Ceseraitdommage

pourvotrecircuit.

» Nepratiquezjamaisdesouduresuruncircuitsous

tension.Vousrisqueriezd’endommagerlecircuitouleferà

souder,etvousrisqueriezaussiderecevoiruneméchante

déchargeélectrique.

» N’essayezjamaisderattraperunferàsouderqui

dégringole.Gardezvosdistancesetlaissez-letomber.

Vousenrachèterezunnouveausinécessaire.

» Utilisezéventuellementdelasoudureàl’argent.Si

vousvousinquiétezdesrisquespourvotresanté–ousi

vousaveztendanceàporterlesdoigtsàlaboucheouà

vousfrotterlesyeux–vouspréférerezpeut-êtreéviter

d’utiliserunesoudurecontenantduplomb.Danscecas,

utilisezunesoudureàl’argentspécifiquementprévuepour

l’électronique(n’utilisezjamaisunfluxdebrasageavec

acide,vousruineriezvoscircuits).

» Débranchezvotreferàsouderquandvousavezfinide

vousenservir.

Craindrel’électricitéstatiquecommelapesteS’il existe un risque quotidien de se blesser et d’endommager sescomposants électroniques, c’est aussi le risque lié à l’électricité statique.L’électricitéstatiqueestappeléeainsiparcequ’ellerestepiégéedansdescorpsisolants,mêmeaprèslasuppressiondelasourced’énergie.Ellefinitgénéralement par se dissiper avec le temps, mais il arrive qu’elle seconserve très bien. La foudre est une des formes les plus courantesd’électricitéstatique.

Quand vous frottez vos semelles sur unemoquette, votre corps accumuleunechargestatique.Sivoustouchezensuiteunobjetenmétal,parexempleunepoignéedeporteouunéviereninox,l’électricitéstatiquesedéchargerapidement.Vous ressentez alorsun léger chocélectrique.Cettedéchargeélectrostatique peut atteindre 50 000 V. Le courant qu’elle produit estfaible–del’ordredequelquesμA–comptetenudelaforterésistancedel’air,etilnedurepas.C’estpourquoicegenredechocn’estgénéralement

pasdangereuxpourvous,maispeutfacilementdétruirecertainscomposantsélectroniquesquisonttrèssensibles.

Cependant, les chocs électrostatiques provenant de certains composantspeuventfairemal.Lecondensateur,uncomposantélectroniquequistockedel’énergiedansunchampélectrique,estconçupourconserverunechargeélectrostatique.Dans les circuits, les condensateurs stockentgénéralementunetrèspe

LISTEDECONTRÔLEDESÉCURITÉ

Après avoir lu toutes les consignes de sécurité contenues dans ce

chapitre, et avantde vous lancerdansuneapplication, révisez cette

liste de contrôle simple comportant les exigences minimales de

sécurité. Mieux encore, vous pouvez, pour mieux veiller à votre

sécuritéetà la sécuritédevosapplications,en faireunecopieet la

placarder.

Dansvotreespacedetravail:

» Uneaérationsuffisante

» Unesurfacedetravailsècheetunsolsec

» Pasde liquide,pasd’animaletpasdepetit enfantdansun

rayondetroismètres

» Outilsetmatériauxdangereuxsousclef

» Instructionsdepremiersecoursvisibles

» Téléphone(etuneautrepersonne)àproximité

» Feràsouderraccordéàlaterreetsupportlesté

Survous:

» Lunettesdeprotection

» Brassardantistatique(reliéàlaterre)

» Pasdemontre,baguesouautresbijoux

» Vêtementsencotonouenlaine

» Mainssèches(ouutilisezdesgants)

» Êtrealerteetreposé

tite charge pendant un temps extrêmement court, mais certainscondensateurs,commeceuxutilisésdanslescentralesélectriques,peuventstockerdeschargeslétalespendantplusieursminutes,voiremêmependantplusieursheures.

S’ilvousarrived’approcheruncondensateurcapabledestockerunechargeimportante, prenez garde de ne pas recevoir un choc électrique trèsdésagréable.

LasensibilitéauxdéchargesélectrostatiquesQuandvousfrottezvossemellessurlamoquetteouquandvousvouscoiffezpar temps sec, vous pouvez provoquer une décharge électrostatique deplusieurs milliers de volts. Pour vous, cela ne va pas au-delà d’unpicotement désagréable pendant un instant (et peut-être un problème decoiffure), mais pour vos composants électroniques, le résultat peut êtredésastreux. Les transistors et les circuits intégrés (CI) à base de métal-oxyde-semi-conducteurs (MOS) y sont particulièrement sensibles, quellequesoitl’intensitéducourant.

Un MOS comporte une couche fine de verre isolant qu’une déchargede 50 V peut largement volatiliser. Si vous ne prenez pas soin de vousdécharger et de décharger vos vêtements et vos outils de toute électricitéstatique, le transistor MOS à effet de champ (MOSFET) ou le MOScomplémentaire (CMOS) que vous comptiez utiliser risque de faire longfeu.Lestransistorsbipolaires,quinesontpasconçusdelamêmemanière,sont moins vulnérables. D’autres composants, comme les résistances,condensateurs, inducteurs, transformateurs et diodes, ne craignentapparemmentpasl’électricitéstatique.

Jevousconseilledeprendrel’habituded’éviterl’électricitéstatique,quelsque soient les composants que vousmanipulez, qu’ils soient sensibles ounon.

Luttercontrel’électricitéstatiqueIl y a de fortes chances pour que les applications électroniques que vouscomptez réaliser comportent des composants qui craignent les déchargesélectrostatiques.Pourprotégervosapplicationscontrel’électricitéstatique,vouspouvez:

» Utiliserunbrassardantistatique.Ladragonne

antistatiquedelaFigure13-6vousrelieàlaterreetvous

permetd’éviterl’accumulationdechargeélectrostatique.

C’estundesmeilleursmoyensd’éliminerl’électricité

statique,etcetaccessoireestpeucoûteux(moins

de10euros).Remontezvosmanches,enlevezvosbagues,

bracelets,montreetautresobjetsmétalliques,passezle

brassardetserrez-le.Ensuite,fixezsolidementleclipsur

uneborneconvenablementreliéeàlaterre.Cepeutêtrele

boîtier(nonpeint)devotreordinateur(branché)ou

simplementuneprisedeterrecorrectementinstallée.Ne

manquezpasdelirelanoticed’emploidubrassard.

FIGURE13-6Unbrassardantistatiqueréduitgrandementlerisquededécharge

électrostatique.

» Porterdesvêtementsnongénérateursd’électricité

statique.Danslamesuredupossible,portezdes

vêtementsenétoffesnaturelles,cotonoulaine.Évitezle

polyesteretl’acétate.

» Utiliseruntapisantistatique.Ilenexistedesmodèles

pourétendresurunetableetd’autrespourposersurlesol.

Engénéral,pouréviterlesdégâtsdesdéchargesélectrostatiques,ilsuffitdeporterdesvêtementsencotonetd’utiliserunbrassardantistatique.

ReliezvosoutilsàlaterreLes outils dont vous vous servez peuvent aussi accumuler de l’électricitéstatiqueenquantiténonnégligeable.Sivotreferàsouderfonctionnesuruncourantalternatif,reliez-leàlaterre.Nonseulementvouséviterezlerisquededéchargeélectrostatique,maissivoustouchezunfilconducteuraveclefer,lerisquedechocélectriqueseraréduit.

Lesfersàsouderlesmoinschersn’ontpasderaccordementàlaterre.Surlesautresmodèles,lapannen’estpastoujoursraccordée,mêmesilerestel’est.Lemieuxestdevousprocurerunferàsouderdequalitéavecfichederaccordementàlaterre,mêmesiceladoitvouscoûterunpeupluscher.JevousrecommandeleWellerWES51,unmodèleprotégéetabordable.

Dans la mesure où vous utilisez un brassard antistatique, vous n’avezgénéralement pas besoin de raccorder vos autres outils (tournevis, pincescoupantes)àlaterre.L’électricitéstatiquequecesoutilspeuventproduireestdissipéeàtraversvotrecorpsetlebrassard

V

Chapitre14Lirelesschémasélectroniques

DANSCECHAPITRE:

» Comprendrelerôledelaschématique

» Connaîtrelessymboleslesplususités

» Jouer(modérément)aveclapolaritédescomposants

» Examinerquelquescomposantsspécialisés

» S’amuseravecdesschémasprovenantdumondeentier

ousimaginez-vousroulerenpleinecampagne,dansunerégionquevousneconnaissezpas,sanscarteroutière?Vousauriezdeforteschancesdevous égarer et de tourner en rond. Pour assembler des circuits

électroniques,vouspouvezvousaiderdelaschématique,c’est-à-diredesschémasdecircuits,quisontunpeul’équivalentdescartesroutièresetquivousindiquentlafaçondontlesdifférentsélémentsdescircuitssontreliésentre eux. Ces schémas sont constitués de symboles représentant lescomposantsélectroniquesetdelignesreprésentantlesliaisonsconductricesentrecescomposants.

Tous les circuits existants ne sont pas représentés par des schémas,maisbeaucoup le sont. Si vous comptez vous initier sérieusement àl’électronique,vousaurezbesoin(tôtoutard)desavoirlireunschémadecircuit.Heureusement,lelangagedelaschématiquen’estpasbiendifficile.La plupart des schémas ne sont constitués que d’un petit nombre desymboles,quireprésententsurtoutdesrésistances,descondensateursetdestransistors.

Cechapitrevousexpliquetoutcequevousavezvraimentbesoindesavoirpour pouvoir lire pratiquement n’importe quel schéma de circuitélectronique.

Qu’est-cequ’unschémadecircuit,etpourquois’enpréoccuper?

Unschémadecircuitreprésentetouslesélémentsquiformentcecircuit,ycomprislessourcesd’énergieélectriqueetlesliaisonsélectriquesentrelesdifférents éléments. Sur un schéma, il importe d’étudier avant tout cesliaisons, ou connexions, sachant que la position d’un composant sur unschéma ne correspond pas nécessairement à celle qu’il occupephysiquementdanslecircuit.Dansuncircuitrelativementcompliqué,elleamêmepeudechancesdereflétersapositionréelle.Souvent,pouruncircuitcomplexe, il est nécessaire de disposer de schémas d’implantationphysiquedescomposants.

Leschémad’uncircuitélectroniqueestconstituédesymbolesreprésentantles résistances, transistorsetautrescomposants,etde lignes indiquant lesconnexionsentrecescomposants.Sivoussavezlirelessymbolesetsuivrelesconnexions,vousêtescapabled’assembler lecircuit représenté sur leschéma.Unschémapeutaussivousaideràcomprendrecommentuncircuitfonctionne,cequiestbienutilelorsqu’ils’agitdeletesteroudeleréparer.

Apprendre à lire des schémas électroniques est un peu comme apprendreune langue étrangère. Globalement, on s’aperçoit que la plupart desschémas suivent à peu près lesmêmes conventions. Cependant, demêmequel’ondistinguesouventplusieursdialectes,lelangagedelaschématiqueestloind’êtreuniversel.Ilpeutvarierenfonctiondel’époqueàlaquelleleschéma a été réalisé, du pays d’origine, de la fantaisie du concepteur etd’autresfacteursencore.

CelivreutiliselesconventionslespluscourammentadmisesenAmériqueduNord,maispourquelesvariationsquevouspourrezrencontrernevousposent pas de réel problème, je traite aussi des autres conventions,notammentcellescourammentutiliséesenEurope.

UnpointdevueglobalIl existe en électronique une règle tacite concernant l’orientation decertainespartiesduschémad’uncircuit,surtoutlorsqu’ils’agitd’uncircuitcomplexe. Les piles et autres sources d’énergie électrique sont presquetoujours orientées verticalement, la borne positive vers le haut. Sur les

schémas complexes, les sources d’énergie sont représentées par deuxsymboles (comme on le verra plus loin), mais la borne positive estgénéralementàlapartiesupérieureduschéma(elleestparfoisreprésentéeparunelignehorizontale)etlabornenégativeàlapartieinférieure(parfoiségalement représentéeparune lignehorizontale).Lesentréessont souventreprésentéessurlapartiegauche,etlessortiessurlapartiedroite.

Un certain nombre de systèmes électroniques, comme par exemple lerécepteur de radio de la Figure 14-1, sont représentés sous forme deplusieursschémassuccessifs(mêmelorsqu’ils’agitenréalitéd’ununiquecircuitcomplexe).Onreprésentealors lessous-circuitscorrespondantauxdifférentsstadesdetraitementdusignalselonuneprogressiondegaucheàdroite (par exemple le tuner à gauche, le détecteur au centre etl’amplificateur à droite), la sortie du premier sous-circuit alimentantl’entréedudeuxièmesous-circuit,etainsidesuite.Cegenredeconventionpermetderendrelescircuitscomplexesplusfacilesàcomprendre.

FIGURE14-1Schémafonctionneld’unsystèmederéceptionradiophonique.

ToutestdanslesconnexionsSur tout schéma de circuit, simple ou complexe, les composants sontdisposés de la façon la plus claire possible et les connexions sontreprésentéespardes lignesdroites, éventuellementbriséespardesanglesà 90o (trajectoires courbes et gribouillis ne sont pas autorisés !). Il estabsolument essentiel de comprendre la signification précise de tous cestraits–etcettesignificationn’estpastoujoursévidente.

Plusunschémaestcompliqué,plusilestprobablequecertainesliaisonssecroiseront(espaceàdeuxdimensionsoblige).Ilimportedesavoirlesquelsdecescroisementsreprésententdesjonctions.Danslemeilleurdescas,ladistinction entre liaisons qui se rencontrent et liaisons qui ne font que secroiserseferadelafaçonsuivante:

» Uneinterruptionouunedéviation(pensezàunpont)d’un

desdeuxtraits,auniveaudel’intersection,signifiequeles

deuxconducteursnedoiventpasserencontrer.

» Unpointauniveaudel’intersectiondedeuxtraitssignifie

quelesdeuxconducteursdoiventserencontrer.

LaFigure14-2représentelesformesd’intersectionlespluscourantes.

La façon dont les connexions sont représentées n’est pas universelle. Àvousdesavoirquelsfilsdoiventêtreounepasêtrereliés,enidentifiantlaméthodedereprésentationutiliséepourtracerleschémaquevousétudiez.Si vous voyez un simple croisement de deux lignes sans point, vous nepouvezpassavoirs’ils’agitounond’uneconnexion.Poursavoircommentvousdevez interpréter cette intersection, lemieuxest encorede consulterl’auteurduschéma.

Pourréaliserphysiquementlesconnexionsreprésentéessurunschéma,vousutiliserezgénéralementdesfilsgarnisd’unegaineisolante,oubiendefinstraçagesmétalliquessurunecarte.Laplupartdutemps,iln’estpasfaitdedistinctionconcernantlafaçondeconnecterlescomposants.Toutdépenddelaméthodequevousavezchoisiepourassemblervotrecircuit.Leschémavousindiquesimplementquelscomposantsdoiventêtrereliésl’unàl’autre.

FIGURE14-2Lescroisementsquisontounesontpasdesconnexionspeuventêtre

représentésdedifférentesmanières.

ReprésenterlecircuitleplussimpleLaFigure14-3 représenteuncircuit simple constituéd’unepilede1,5ValimentantencourantcontinuunerésistanceR1.Labornepositivedelapile(+) est reliée àunebornede la résistance, labornenégativede lapile àl’autrebornedelarésistance.Lecourantcirculedelabornepositiveàlabornenégativedelapileenpassantparlarésistance.

FIGURE14-3Unschémaélémentairereprésentantlesconnexionsentreunepileet

unerésistance.

Sur un schéma de circuit, le courant représenté est le courantconventionnel,c’est-à-direunfluxdechargespositivesensensinversedufluxréeldesélectrons(pourplusdedétails,voyezleChapitre3).

Pourêtreau«courant»dessymbolescourants

Uncircuitpeutêtrealimentéparunesourcedecourantalternatif,commelecourantdu« secteur»,ouparune sourcedecourant continu, c’est-à-direune pile électrique ou un transformateur-redresseur. Dans un circuitalimenté en courant continu, par rapport à la référence 0 volt qui est lamasse,l’alimentationpeutêtrepositiveounégative.LaFigure14-4indiquelesdiverssymboles

FIGURE14-4Symbolesdésignantlessourcesdecourantetlamasse

servantàreprésenterl’alimentationetlesliaisonsàlamasse.Cessymbolessontexpliquésplusendétaildanslesdeuxsous-sectionsquisuivent.

Surun schémacomplexe, distinguer lesdiverses connexions àune sourceestparfoisdéjàunetâcherelativementdifficile.Lebutdecettesectionestdeclarifiercepoint.Aucoursdevotrelecture,référez-vousàlaFigure14-4pourbiencomprendrequelssontlessymbolesutilisés.

SavoirremonteràlasourceIlexisteparfoisplusd’unefaçondereprésenterunesourced’alimentationencourantcontinu:

» Lasymbolisationd’unepileoud’unecellule

photovoltaïque.Chaquesymboledepileoudebatteriede

laFigure14-4représenteunesourcedecourantcontinu

avecdeuxbornes.Techniquement,lesymbolecomprenant

deuxtraitsparallèlesreprésenteunepileélectrochimique

simple,tandisquelesymbolecomprenantplusieurstraits

(ledeuxième)représenteunebatterie(constituéede

plusieurspiles).

Surdenombreuxschémas,onreprésentelabatterieen

utilisantlesymboledelapilesimple.

Chaquesymbolecomporteunebornepositive(leplus

grandtraithorizontal)etunebornenégative(lepluspetit

trait).Lapolarité(+et–)etlatensionnominalefigurent

généralementàcôtédecesymbole.Latensionàlaborne

négativeestsouventsupposéeégaleà0volt,saufsielleest

clairementdistinguéedelaréférence0volt(lamasse

commune,voirplusloindanscechapitre).Lecourant

conventionnelcirculedelabornepositiveverslaborne

négativedelapile,quandcelle-ciestreliéeaurestedu

circuitdemanièreàformeruncircuitcomplet.

» Lasymbolisation«éclatée»d’unesourcedecourant

continuetdelamasse.Parsoucidesimplification,une

sourcedecourantcontinuestsouventreprésentéepar

deuxsymbolesàlafois:unpetitcercleàl’extrémitéd’un

traitpourreprésenteruneterminaisondelasource,avec

ousansindicationdetension,etunsymboledemasse(un

traitverticalettroistraitshorizontauxàl’extrémité

inférieure)pourreprésenterl’autreterminaison,dontla

valeurest0volt.Danslescircuitscomplexescomportant

plusieursconnexionsàlasource,laterminaisonpositivede

lasourceestparfoisreprésentéeparunebarrehorizontale

surtoutelapartiesupérieureduschéma,avecl’indication

+V.Unetellereprésentation«éclatée»delasourcepermet

d’éliminerduschémaungrandnombredeconnexionsqui

lerendraientillisible.

Le circuit de la Figure 14-3 peut aussi être représenté en utilisant dessymbolesdistinctspourlasourced’alimentationetlamasse,commesurlaFigure14-5. Remarquez bien que la Figure 14-5 représente en réalité uncircuitcomplet(fermé).

Un circuit alimenté en courant continu utilise souvent plusieurs sources(+5V, +12V etmême – 5V ou – 2V), c’est pourquoi les symboles desource de tension, sur les schémas, sont souvent accompagnés d’unemention de la tension nominale. Quand la tension n’est pas spécifiée, ils’agitsouvent(maispastoujours)d’unetensionde5V.Enfin,n’oubliezpasque sauf mention contraire, le courant est presque toujours un courantcontinu,etnonpasalternatif.

FIGURE14-5Unefaçonplussimpledereprésenterlesconnexionsentreunepileet

unerésistance.

Certainscircuits (par exempledescircuitsd’amplificationopérationnelle,voirChapitre11)nécessitentàlafoisunesourced’alimentationpositiveetunesourcenégative.Vousverrezsouventlasourcepositivereprésentéeparun cercle ouvert accompagné de l’indication +V et la source négativereprésentéeparuncercleouvertavecl’indication–V.Silatensionn’estpasspécifiée,cepeutêtre+5Vou–5Vcontinu.LaFigure14-6estunexempled’illustrationdecespointsdeconnexionàlasource.

FIGURE14-6Certainscircuitsnécessitentunesourcepositiveetunesourcenégative.

Unesourcedecourantalternatifestgénéralementsymboliséeparuncercleavec deux terminaisons, avec ou sans forme d’onde et indications depolarité:

» Uncercleavecuneformed’onde:Unelignebriséeou

autreformeàl’intérieurd’uncercleouvertreprésenteun

cycledetensionalternative

produiteparlasource,quiestgénéralementuneonde

sinusoïdale,maisquipeutaussiêtreuneondecarrée,

triangulaireouautre.

» Uncercleavecindicationdepolarité:Surcertains

schémas,unoudeuxindicateursdepolaritésonttracésà

l’intérieurouàl’extérieurducercleouvert.Ilnes’agitque

d’uneindication,etvouspouvezassimilerlesensdu

courantausensdesvariationsdetension.

Un circuit peut être alimenté à partir d’une source de courant alternatifcomme lesprisesdecourantdevotrehabitation.Engénéral,onutiliseuntransformateur-redresseurpourproduireunetensionréduiteetcontinue.Leschéma des circuits d’un lecteur de DVD ou autre appareil électroniquedomestiqueindiquerasouventàlafoislasourcedecourantalternatifetlasourcedecourantcontinu.

ÊtreàlamasseL’ambiguïté vous fait-elle peur ?Dans la schématique des circuits, il estcourantd’utiliser le symbolede la terre (levrai raccordement à la terre)pourreprésenterlamassecommune(lepointderéférencepourunetensionde0volt:àproposdelaterreetdupointderéférence,voirChapitre3).Leplussouvent,danslescircuitsàbassetension,lespointsderaccordementàla « terre » ne sont pas réellement reliés à la terre : ils sont simplementreliés entre eux, d’où l’expressionmasse commune. Une tension définiepourunpointdonnéducircuitestcenséeêtredéterminéeparrapportàcettemassecommune(nepasoublierquelatensionestunemesuredifférentielleentredeuxpointsd’uncircuit).

Par conséquent, quel symbole devrait-on réellement utiliser pourreprésenter les points de référence qui ne sont pas vraiment reliés à laterre ? Le symbole de masse châssis. La masse commune est parfoisappeléemassechâssisparcequedanslesmatérielsplusanciens,lechâssismétallique de l’appareil (ampli, poste de télévision ou autre) servait demassecommune.

Ilestdevenuaujourd’huimoinscourantd’utiliserunchâssismétalliqueenguisedemasse,maisletermecontinued’êtreutilisé.

Lesymboledemassedusignalsertaussi,parfois,àreprésenterunpointderéférence0voltpour les signaux (formesd’ondeporteusesd’information,voirChapitre 2) circulant à travers deux conducteurs. L’un est relié à cepointderéférence,l’autreestsoumisàunetensionvariablequireprésentelesignal.Làencore,surlesschémas,iln’estpasrarequel’onutiliseplutôtlesymboleduraccordementàlaterre.

Danscelivre,jen’utilisequelesymboledelaterre,sachantquec’estceluiquel’onretrouveaujourd’huisurlaplupartdesschémas.

Commel’indique laFigure14-7, il existe plusieurs façonsde représenterlesconnexionsàlamasse:

» Pasdesymbole:Parfois,lecircuitestreprésentéavec

simplementdeuxbornesd’alimentation.Quandlecircuit

estalimentéparunepile,onsupposequelamasse

communeestlabornenégativedelapile.

» Unseulsymboledemasse:Touteslesconnexionsàla

massesontreliéesàunpointunique.Laoulessources

(parexemplelapile)nesontpastoujoursreprésentéesde

façonvisible,maisondoitsupposerquelamasseestreliée

àlabornepositiveounégativedessourcesdecourant

continu(commelemontrelaFigure14-6).

» Plusieurssymbolesdemasse:Surlesschémasplus

complexes,ilestgénéralementplusfaciledereprésenter

plusieurspointsdemasse.Danslecircuitréel,tousces

pointssontreliés.

Lareprésentationdescomposantsd’uncircuit

Il existe littéralement des centaines de symboles de composantsélectroniques, car il existe des centaines de types de composants àreprésenter.Heureusement, sur les schémasdesapplicationsélectroniquesdeloisirs,onn’enutilisegénéralementqu’unpetitnombre.

FIGURE14-7Différentesfaçonsdesymboliserlesconnexionsàlamassecommune

dansuncircuit.

Le symbole d’un composant particulier peut s’accompagner d’une ouplusieurs indications permettant d’identifier ce composant de façonunivoque:

» Lecodederéférence:C’estunidentifiant,parexemple

R1ouQ3.Parconvention,onutiliseuneouplusieurslettres

pourreprésenterletypedecomposantetunsuffixe

numériquepourdistinguerentreeuxlescomposantsdu

mêmetype.LescodeslespluscourantssontRpourune

résistance,Cpouruncondensateur,Dpourunediode,L

pouruninducteur,Tpouruntransformateur,Qpourun

transistoretUouCIpouruncircuitintégré.

» Lenumérod’identifiantducomposant:Ils’agitd’un

codederéférencedonnéparlefabricantoud’unidentifiant

standard.Parexemple2N2222(typedetransistor

courammentutilisé)ou555(typedeCIutilisédansdes

applicationsdeminuterie).

» Lavaleur:Lavaleurd’uncomposantestparfoisindiquée,

s’ils’agitd’uncomposantpassif(résistanceou

condensateur)sanscodificationconventionnelle.Pourune

résistance,parexemple,lavaleur(enohms)pourraêtre

indiquéeàcôtédusymboledelarésistanceoudunuméro

d’identifiant.Leplussouvent,vousverrezsimplementla

valeur,sansindicationdel’unitédemesure(ohms,

microfarads,etc.).Lavaleurd’unerésistanceestcensée

êtreenohms,etlacapacitéd’uncondensateurestcensée

êtreenmicrofarads.

» Autreinformation:Unschémapeutcomporterdes

spécificationssupplémentairesconcernantunouplusieurs

composants,parexemplelapuissanced’unerésistance,si

cettepuissanceestdifférentedesvaleurshabituellesde¼

et⅛dewatt.Sivousvoyezl’indication«10W»àcôtédela

valeurd’unerésistance,voussavezqu’ilvousfautune

résistancedefortepuissance.

Souvent,lesschémasn’indiquentquelecodederéférenceetlesymboledechaquecomposant,maisilssontassortisd’unelisteséparéecomportantdesdétailssurlesdifférentscomposants.

LescomposantsélectroniquesanalogiquesLes composants analogiques contrôlent le flux des signaux électriques(analogiques) sous formedecourantcontinu.LeTableau14-1 indique lessymboles servant à représenter les composants analogiques de base. Latroisième colonne du tableau indique le chapitre de ce livre dans lequelvoustrouverezdesdétailssurlafonctionducomposantconcerné.

LARÉFÉRENCEENTERMESDERÉFÉRENCE

Surunschémadecircuitélectronique, lescomposantssontsouvent

identifiés par un code alphabétique, par exemple C pour

condensateur,suivid’unidentifiantnumérique(1,2,3,etc.)permettant

de distinguer les différents composants de même type. Ces codes

formentensembleuncodederéférencequisertd’identifiantunivoque

pour un condensateur ou autre composant donné. Si ce code ne

figurepasàcôtédusymboleducomposant,nevous inquiétezpas :

vous pourrez le trouver sur une liste. Les codes alphabétiques

suivantssontsansdoutelesplususités:

C Condensateur

D Diode

CI(ou

ICouU)

Circuitintégré

L Inducteur

LED Diodeélectroluminescente

Q Transistor

R Résistance

RLY Relais

T Transformateur

XTAL Cristal

TABLEAU14-1Symbolesdescomposantsanalogiques

Composant Symbole Chapitrede

référence

Résistance Chapitre5

Résistancevariable

(potentiomètre)

Chapitre5

Cellulephotoélectrique Chapitre12

Condensateur Chapitre7

Condensateurpolarisé Chapitre7

Composant Symbole Chapitrede

référence

Condensateurvariable Chapitre7

Inducteur Chapitre8

Transformateuràair Chapitre8

Transformateurànoyau

solide

Chapitre8

Cristal Chapitre8

Transistor(bipolaire)NPN Chapitre10

Transistor(bipolaire)PNP Chapitre10

Composant Symbole Chapitrede

référence

MOSFETdetypeN Chapitre10

MOSFETdetypeP Chapitre10

Composant Symbole Chapitrede

référence

Phototransistor(NPN) Chapitre12

Phototransistor(PNP) Chapitre12

Diodestandard Chapitre9

DiodeZener Chapitre9

Diodeélectroluminescente

(LED)

Chapitre9

Photodiode Chapitre12

Amplificateuropérationnel

(ampliop)

Chapitre11

Lesymboledel’ampliopreprésentel’interconnexiondeplusieursdizainesdecomposantsunitairesformantuncircuitpresquecomplet(l’alimentationétant extérieure). En schématique, on utilise toujours un symbole uniquepour représenter ce circuit tout entier, qui prend la forme d’un circuitintégré(CI).Lesymboledel’ampliopestsouventutilisépourreprésenterdiversamplificateurs,commel’amplificateurdepuissanceaudioLM386.

LescomposantsnumériqueslogiquesetlesCILes composants électroniques numériques – notamment les porteslogiques – traitent des signaux numériques, c’est-à-dire des signauxconstitués de deux niveaux de tension seulement (haut et bas). Chaquecomposant numérique est lui-même un circuit pratiquement complet (necomprenant pas l’alimentation qui est externe) constitué de transistors ouautres composants analogiques.Les symboles des composants numériquesreprésentent l’interconnexiondeplusieurscomposantsunitairesconstituantlalogiqueducircuit.Vouspouvezcréercettelogiquevous-mêmeouvouslaprocurer sous forme d’un circuit intégré. Les CI logiques comportentgénéralement plusieurs portes (qui ne sont pas nécessairement toutes dumêmetype),dontl’alimentationestcommune.

La Figure 14-8 indique les symboles des différentes portes logiquesnumériques.Pourplusdedétailssurlerôledechaqueportelogique,voyezleChapitre11.

FIGURE14-8Symbolesdesporteslogiques.

Surcertainsschémas,chaqueportelogiqueestreprésentée.Surd’autres,ona les connexions au circuit intégré complet, lequel est représenté par unrectangle. La Figure 14-9 montre un exemple de chacune de ces deuxméthodes.

LeCI74HC00delaFigure10-6estuneporteNON-ETquadCMOSàdeuxentrées. Sur le premier schéma, chacune des portes NON-ET portel’indication « ¼ 74HC00 » car elle fait partie d’un ensemble de quatreportesNON-ET(ce typed’indicationpour lesportes logiquesestcourantdans la schématique des circuits numériques). À noter que la quatrièmeporteNON-ETnesertpasdanscecircuit(raisonpourlaquellelesbroches11,12et13nesontpasutilisées).Queleschémareprésentelesdifférentesportesouqu’il représente leCI toutentiersousuneformesynthétique, lesconnexionsexternesàl’alimentationsontgénéralementnotées.Danslecascontraire, il vous faut vous référer au brochage du composant, sur ladocumentationduCI,afindesavoircomment ilconvientde lebrancheràl’alimentation (pour plus de détails concernant le brochage et ladocumentation,voirChapitre11).

FIGURE14-9Deuxreprésentationsdifférentesd’unmêmecircuit.

Il existe bien d’autres CI numériques que ceux constitués uniquement deportes logiques. Il existe aussi des CI linéaires (analogiques) comportantdescircuitsanalogiquesetdesCIà signalmixtecomportantà la foisdescircuits analogiques et des circuits numériques. La plupart des CI (lesamplisopfaisantexception)sontreprésentésdelamêmemanière,souslaformed’unrectangleportantlecodederéférence(parexempleCI1)oulenuméro de composant (par exemple 74CH00), avec des connexions debrochesnumérotées.La fonctiond’unCIestgénéralement indiquéepar lenumérodecomposant,àmoinsqu’ellesoitpréciséeentouteslettres.

Composantsdivers

La Figure 14-10 représente les symboles des interrupteurs et des relais.Pour des informations détaillées sur ces composants, référez-vous auChapitre4.

FIGURE14-10Symbolesdesinterrupteursetdesrelais.

LaFigure14-11 représente les symboles de divers transducteurs d’entrée(capteurs) et de sortie (certains de ces symboles apparaissent égalementdans leTableau14-1). Pour plus de détails sur ces composants, voyez leChapitre12,etàproposdesLED,voyezleChapitre9.

Certainscircuitsreçoiventdessignauxd’entréeprovenantd’autrescircuitsou appareils et envoient des signaux de sortie à d’autres circuits ouappareils.Surunschémadecircuit, lesentréeset lessortiesapparaissentsouvent comme des extrémités reliées à rien du tout. Il est généralementécrit«signald’entrée»ou«sortie»,etc.Voussavezquevousêtescensébranchercelaquelquepart(undesdeuxfilsaupointd’entrée, l’autreàlamassedusignal).Certainsschémascomportentunsymbolereprésentantunconnecteurparticulier(voirChapitre12).

FIGURE14-11Symbolesdestransducteursd’entréeetdesortie.

LaFigure 14-12 présente des exemples de représentation des connexionsd’entréesetdesortiessurlesschémasdecircuits.Lessymbolespeuventnepasêtrelesmêmesd’unschémaàunautre.Ceuxutilisésdanscelivrefontpartie des plus courants. Le style peut varier, mais l’idée est toujours lamême:indiqueruneconnexionversunélémentexterne.

FIGURE14-12Symbolesdesconnexionsàd’autrescircuits.

SavoiroùprendrelesmesuresVousaurezpeut-êtrel’occasiond’utiliserunschémacomportantlesymboled’uninstrumentdetest,parexempleunvoltmètre(quimesurelatension)unampèremètre (qui mesure l’intensité) ou un ohmmètre (qui mesure larésistance).Commel’expliqueleChapitre16,unmultimètreestunappareilqui remplit ces trois fonctions et d’autres encore. Ces symbolesapparaissent généralement sur des schémas publiés sur des documents ousites Internet àvocationéducative. Ilsvous indiquent lespointsprécisoù

vousdevezplacer lesélectrodesdevotreappareilpourpouvoireffectuerunemesurecorrecte(l’abréviationTP,pourtestpoint,c’est-à-dire«pointdetest»,estsouventutiliséepourindiqueroùlamesuredoitêtreeffectuée).

Quandvousreconnaîtrez,surunschéma,undessymbolesdelaFigure14-13, n’oubliez pas que ce symbole représente un instrument de test, et nonpasquelquecomposantélectroniquemystérieux.

FIGURE14-13Symbolesdesinstrumentsdemesurelespluscourants.

Étuded’unschémadecircuitMaintenantquevousconnaissezleB-ABAdelaschématique,ilesttempsdecommenceràétudierlesschémasdecircuits.LeschémadelaFigure14-14 représente la centrale clignotante étudiée au Chapitre 17. Ce circuitpermetdefaireclignoteruneLEDetdecontrôlerlavitesseduclignotemententournantleboutond’unpotentiomètre(ourésistancevariable).

L’interprétationdeceschémaestlasuivante:

FIGURE14-14Leschémaetlalistedescomposantsduprojetdecentraleclignotante

expliquéauChapitre17.

» AucœurducircuitsetrouveIC1,unCIminuteur555à

8brochesquisonttoutesreliéesàd’autresélémentsdu

circuit.Lesbroches2et6sontreliéesl’uneàl’autre.

» Lecircuitestalimentéparunesourcede9volts,quipeut

êtreparexempleunepilede9V.

• Labornepositivedecettesourceestconnectéeaux

broches4et8d’IC1etàunedesdeuxbornesfixes

delarésistancevariable(potentiomètre)R1ainsi

qu’àsonextrémitévariable(levariateur).

• Labornenégativedecettesource(représentéesous

formedeconnexionàlamassecommune)est

connectéeàlabroche1d’IC1,àlabornenégativedu

condensateurC1,àcelleducondensateurC2etàla

cathode(bornenégative)delaLED.

» R1estunpotentiomètredontlabornefixeest

connectéeàlabroche7d’IC1etàlarésistanceR2,tandis

quel’autrebornefixeetlaborneduvariateursont

connectéesàlabornepositivedelapile(ainsiqu’aux

broches4et8d’IC1).

» R2estunerésistancefixedontuneborneestconnectée

àlabroche7d’IC1etàunebornefixedeR1,l’autreborne

étantconnectéeauxbroches2et6d’IC1ainsiqu’àlaborne

positiveducondensateurC1.

» C1estuncondensateurpolarisédontlabornepositive

estconnectéeàR2etauxbroches2et6d’IC1,etlaborne

négativeestconnectéeàlabornenégativedelapile(ainsi

qu’àlabroche1d’IC1,aucondensateurC2etàlacathode

delaLED).

» C2estuncondensateurnonpolariséconnectéd’uncôté

àlabroche5d’IC1,etdel’autrecôtéàlabornenégativede

lapile(ainsiqu’àlabornenégativeducondensateurC1,àla

broche1d’IC1etàlacathodedelaLED).

L’anodedelaLEDestconnectéeàlarésistanceR3,etla

cathodedecetteLEDestconnectéeàlabornenégativede

lapile(ainsiqu’àlabornenégativeducondensateurC1,à

celleducondensateurC2etàlabroche1d’IC1).

» R3estunerésistancefixebranchéeentrelabroche3

d’IC1etl’anodedelaLED.

» Enfin,lasortiereprésentéeauniveaudelabroche3d’IC1

peutservirdesignald’entréeàuncircuitconstituantle

stadesuivantduprocessus.

Danslalistequiprécède,chaqueélémentconcerneuncomposantducircuitetsesconnexions.Lamentionrépétéedesmêmesconnexionsestconformeaubonusage:ilestbondevérifierlesconnexionsplutôtdeuxfoisqu’uneet de s’assurer que les branchements sont corrects au niveau de chaqueborne ou broche de chaque composant. Quand il s’agit de brancher descomposantsencircuit,onn’estjamaistropprudent.

Desvariantesdanslessymbolesdecomposants

Les symboles de schématique qui apparaissent dans ce chapitre sontconformesàl’usagecourantenAmériqueduNord(etplusparticulièrementaux États-Unis) et au Japon. Cependant, les pays d’Europe et l’Australieutilisent dans certains cas des symboles différents. Selon l’origine descircuitsetdesschémasquevousétudierez, ilvousfaudraparfois traduireunsymboleparunautre.

La Figure 14-15 représente quelques symboles communément utilisés enEurope. Notez les différences, surtout en ce qui concerne les résistancesfixesetvariables.

FIGURE14-15SymbolesutilisésenEurope.

Il existe aussi unedifférencedans la présentationdesvaleurs.AuxÉtats-Unis, lorsque la valeur d’une résistance dépasse 1 000 Ω, on écrit parexemple6.8kou10.2k.Danscertainspaysd’Europe,notammentenGrande-Bretagne,onécrirasouvent6k8ou10k2(lek,quisignifiekilo-ohm,sertdeséparateurdécimal).

Vous rencontrerez peut-être d’autres variantes, mais ces diversesconventions de représentation sont assez parlantes et ne diffèrent passubstantiellement les unes des autres. Quand on maîtrise un langage, lesvariantesdeviennentfacilesàcomprendre.

V

Chapitre15Assemblerdescircuits

DANSCECHAPITRE:

» Apprécierl’intérêtd’utiliseruneplaqued’essaissanssoudure

» Créeruncircuitsansproblèmeàl’aided’uneplaqued’essaissanssoudure

» Souder–entoutesécurité–commeunpro

» Reconnaîtreetréparerseserreurs(commeunpro)

» Inscriresescircuitsdansladuréeavecuneplaqueàsouderouuneplaqueperforée

» Atteindrelenirvanadel’électronicienamateur:votreproprecircuitimprimé

ousvousêtesappliquéàinstallervotreplandetravail,votrematérieletvosnouveauxjoujoux–pardon,vosoutils,histoired’impressionnervosamis,vousavezdégotédesrésistancesetautrescomposantsàdesprix

avantageux,etvousvoilàprêtàmettrelamainàlapâteetàassemblerdescircuitsqui feront clignoterdespetites lampesouqui émettrontdespetitsbruits. Il s’agit donc, à présent, de traduire un schéma bidimensionnel encircuit électronique bien réel, qui fonctionne (peut-être même avec dumouvement).

Dans ce chapitre, je vousmontre plusieurs façonsde relier entre euxdescomposants électroniques, pour obtenir des circuits qui vous obéissent. Ils’agirad’aborddeconstruiredescircuitstemporairesetdémontables,grâceaux plaques d’essais sans soudure qui permettent d’assembler et debrancherlesélémentsenuntournemainetconstituentlesupportidéalpourtesteretmettreaupointvosapplications.Ensuite,jevousexpliquecommentsouder les composants en utilisant une substance toxique en fusion sansprendre de risque. Enfin, je vous précise les possibilités qui s’offrent à

vous de créer des circuits permanents en soudant les éléments ou enenroulantlesfils,etjevousprésentequelquesmodèlesdesupports.

Armez-vousdoncdevostournevis,devospincesetdevotreferàsouder,sansoubliervos lunettesprotectrices etvotrebrassardantistatique :vousêtessurlepointdepénétrerdansunezonedeconstructionsélectroniques!

Essayerlesplaquesd’essaisLesplaquesd’essaissanssoudurepermettentdemonter (etdedémonter)descircuitstemporairesavecunegrandefacilité(voirFigure15-1).Cesontdesgrillesenplastiqueréutilisables,deformerectangulaire,quicomportentplusieurscentainesdepetitstrousdeformecarrée.Cestroussontautantdepointsdeconnexionoutrousdecontactdanslesquelsvouspouvezenfichervoscomposants (résistances,condensateurs,diodes, transistorsoucircuitsintégrés).Ilssontreliésentreeuxparrangéesaumoyendebandesdemétalflexibles qui courent sous la surface de la plaque. Il suffit d’introduirel’extrémitédechaquefilconducteuroudechaquecomposantaubonendroitetderaccorderlaplaqueàunesourced’énergieélectriqueaumoyend’unepairedefilspourassembleruncircuitprêtàfonctionner,sansavoirbesoinderéaliserdesliaisonspermanentes(ensoudantparexemple).

Je ne saurais trop vous recommander d’utiliser une ou deux plaquesd’essaissanssoudurelorsquevousdébutez.Ainsi,vouspourreztestervotrecircuit, vérifier qu’il fonctionne correctement et procéder aux correctionsnécessaires. Souvent, il est possible d’améliorer le fonctionnement d’uncircuitsimplementenjouantsurlescaractéristiquesdecertainscomposants.Ce sont des petits changements que vous pouvez facilement réaliser enretirant simplement un composant et en le remplaçant par un autre, sansavoir à dessouder ni à ressouder. Une fois que vous êtes sûr que votrecircuitfonctionnecommevouslevouliez,vouspouvezfabriqueruncircuitpermanentenutilisantunautretypedesupport.

FIGURE15-1Ilexistedesplaquesd’essaissanssoudurededifférentestailles.Celle-cicomporte830trous,quatrerailsd’alimentationettroisbornespourlaliaisonavec

unesourced’alimentationexterne.

Lesplaquessanssouduresontconçuespoursupporterdescircuitsàbassetension. N’utilisez jamais une plaque sans soudure pour faire circuler uncourantalternatifde220volts.Unetensionexcessiveouuncourantexcessifpourraientfairefondreleplastiqueouprovoquerunarcentredeuxcontacts.Votre plaque serait rapidement hors d’usage, et vous risqueriez de vousretrouverencontactavecuncourantdangereux.

L’intérieuretl’extérieurd’uneplaquesanssoudureLa photo de la Figure 15-2 représente unmodèle simple de plaque sanssoudure,surlaquelledeslignesjaunesontétéajoutéespourvouspermettrede visualiser les connexions entre les trous de contact. La plupart desplaquesd’essaisprésententtroiscaractéristiquesnotables:

» Desrangsdebornes:Danslesdeuxpartiescentralesde

laplaque,lestroussontreliéshorizontalementparblocs

decinq,appelésborniersourangsdebornes,comme

l’indiquentleslignesjaunessurlaFigure15-2.Dansla

rangéeno1,parexemple,lestrousdescolonnesa,b,c,d

ete,sontreliésensemble,demêmequelestrousdes

colonnesf,g,h,ietj.Iln’yapasdeconnexionsverticales

danscesdeuxpartiescentrales.Ainsi,parexemple,le

trou1an’estpasreliéélectriquementautrou2a.

» Unespacecentral:Aucuneconnexionnetraverse

l’espacequiestaucentrepourrelierlesrangéesEetF.De

nombreuxcircuitsintégrés(CI)sontauformatDIP(dual

inlinepackage).Lorsqu’unboîtierDIPestenfichéàcheval

surcetespace,sesbrochessontinstantanémentreliéesà

deuxsériesdeconnexionsindépendantes.

» Desrailsd’alimentation:Laplupartdesplaquesd’essais

comportentquatrecolonnesdetrousdecontactreliés

verticalement,soitdeuxcolonnesdechaquecôté.Ces

colonnes,positivesd’uncôtédelaplaqueetnégativesde

l’autre,sontappeléesbusourailsd’alimentationcarelles

serventàdistribuerl’alimentationélectriquetoutlelongde

laplaque.Vouspouvezutiliserl’alimentation(oulamasse)

enlareliantàunseultroudanschacunedecescolonneset

enreliantparunfiln’importequelautretroudansces

colonnesàuntroud’unrangdebornes.

Enobservantsimplementlaplaqued’essais,iln’estpas

possibledesavoircombiendetroussontreliésentreeux

danschaqueraild’alimentation.Surcertainsmodèles

commeceluidelaFigure15-2,touslescontactsdechaque

raild’alimentationsontreliésélectriquement,maissur

d’autresmodèles,laconnexions’arrêteàmi-cheminde

chaquecolonne.Sic’estlecas,vouspouvezbrancherunfil

entredescontactsvoisinspourrelier,danschaque

colonne,lesdeuxsériesséparéesdeconnexions.

Concernantlesrailsd’alimentation,iln’yariende

particulieràmentionnerendehorsdesindications

identifiantlescolonnes,etvouspouvezybrancherceque

vousvoulez.Ilestcependantjudicieuxdetenircomptede

cesindicationspourmieuxidentifiervosbranchements.Je

vousrecommandedebrancherl’alimentationpositiveau

raild’alimentationpositivesuruncôtédelaplaque,etde

relieràlamasseleraild’alimentationnégativesituéde

l’autrecôtédelaplaque.

Vouspouvezvousservird’unmultimètrepourvérifiersideuxpointsd’unerangée, ou deux points de deux rangées différentes, sont reliésélectriquement.Enfichezdanschaque trou l’extrémitéd’unmorceaude filconducteur,puismettezunedessondesdumultimètreencontactavecunfilet l’autre sonde en contact avec l’autre fil. Si l’appareil indique unerésistance faible, cela signifie qu’il existe une connexion entre ces deuxpoints.S’il indiqueune résistance infinie, cela signifiequ’il n’yapasdeconnexion(àproposdelafaçondetesterdesélémentsd’uncircuitàl’aided’unmultimètre,voirChapitre16).

FIGURE15-2Uneplaqued’essaissanssoudureestconstituéederangéesdetrousdecontactreliésélectriquementparpetitsgroupessoussasurface.

L’espaceentredeuxtrousdecontactestde1/10depouce,justecequ’ilfautpourlesCI,pourlaplupartdestransistorsetpourdescomposantsdiscretscommelescondensateursetlesrésistances.Pourcréervotrecircuit,ilvoussuffitd’enficherlesCI,lesrésistances,lescondensateurs,lestransistorsetdes bouts de fil conducteurmonobrin de calibre 20 ou 22 dans les bonstrousdecontact.Engénéral,lesdeuxpartiescentralesdelaplaqueserventà relier les composants, tandis que la partie supérieure et la partieinférieureserventàrelierl’ensembleàl’alimentation.

Les bandes de contact des plaques d’essais sans soudure sont fabriquéesdansunmétal flexible recouvert d’une coucheprotectricepour éviterqueles contacts s’oxydent.La souplesse dumétal vous permet d’enficher desbrochesetdesextrémitésdefildedifférentsdiamètressansrisquerdetropdéformer les contacts. Sachez cependant que vous risquez d’abîmer cescontactssivous tentezd’utiliserdes filsdecalibresupérieurà20oudescomposantsdontlesextrémitésseraienttropépaisses.Siunconducteuresttropépaispourêtreenfichédansuntroudelaplaque,neforcezpas.

Quandvousnevousservezpasdevotreplaque, rangez-ladansunsacenplastique avec fermeture à glissière, afin de la garder à l’abri de lapoussière.Quandlescontactssontsales,lesconnexionssontmauvaises.Ilest bien sûr possible de dépoussiérer et de nettoyer les contacts à l’aided’undégrippant,maislemieuxestdegardersesplaquespropres.

DifférentsmodèlesdeplaquessanssoudureIlexistedesmodèlesdeplaquesdedifférentesdimensions.Lesplaqueslespluspetites (comportant entre400et550 trous)permettentdemonterdescircuits comportant jusqu’à trois ou quatre CI et quelques composantsdiscrets. Les plaques plus grandes, comme la plaque de 830 trous desFigures 15-1 et 15-2, permettent de disposer d’un espace plus ample etaccueillentfacilementcinqCI,etmêmedavantage.Sivousêtessurlepointdetravaillerréellementsurdesapplicationsélaborées,vouspouvezacheterdesplaquesdegrandedimension,quicomportententre1660et3200trousdecontactetsurlesquellesvouspourrezmonterunedizaine,unevingtaineoupeut-êtreunetrentainedeCI,sanscompterlescomposantsdiscrets.

Nedonnezpasdansladémesure!Sic’estpourassemblerdescircuitsdepetite ou moyenne taille comme ceux du Chapitre 17, vous n’avez pasbesoind’uneplaquesanssouduredela tailledelaplacedelaConcorde.D’autrepart,si,aumilieudevotreassemblage,vousvousapercevezquelasurfacevavousmanquer,vouspouvez toujours fairedesconnexionsentredeux plaques. Certains modèles de plaques ont même des bordsemboîtables, pour qu’il soit possible de réunir plusieurs plaques afin deformeruneplaqueplusgrande.

Assemblerdescircuitssurdesplaquesd’essaissanssoudure

Leprinciped’utilisationdesplaquesd’essaissanssoudureestd’yenficherdes composants, de relier la plaque à une source d’énergie électrique etd’ajouter des connexions à l’aide de fils. Il existe toutefois des règles àrespecter.Cette section vous indique quel type de fil vous devez utiliser,quelles sont les techniques les plus efficaces et comment assembler votrecircuitdefaçonclaireetlogique.

PréparervotrematérieletvosoutilsAvantdecommenceràplanterdesélémentssurvotreplaque,assurez-vousd’avoirsouslamaintoutcedontvousallezavoirbesoin.Passezenrevuelalistedesélémentsnécessaires,etprépareztouslescomposants.Rassemblezlesprincipauxoutils:pincecoupante,pincesàdénuder,pincesplates(voirFigure15-3).

Vérifiezqueles terminaisonsdetousvoscomposantssoient inséréesdanslestrousdecontact.Coupezlesterminaisonsenleurlaissantunelongueursuffisantepourquelescomposantspuissentêtrebienallongéssurlaplaque(sivousrisquezdenepaspouvoir lesréutiliserpourunautrecircuit,peuimporte : ils ne coûtent pas grand-chose). Certains composants, lespotentiomètresparexemple,n’aurontpeut-êtrepasde terminaisons :vousdevrez alors souder des filsmonobrins à leurs bornes. Familiarisez-vousauxpolaritésdestransistors,despotentiomètresetdesCI.Enfin,préparezlecâblaged’interconnexion(voirlasectionquisuit).

FIGURE15-3Lesoutilsdumétier,dehautenbaspincecoupanteetàdénuder,petite

pinceàbecfin,pinceàdénuder,pinceàbecfin.

GagnerdutempsgrâceauxfilsprécoupésetdénudésUnegrandepartiedesconnexionsentre lescomposants installés survotreplaque sont réalisées par la plaque elle-même, sous sa surface, maislorsqu’iln’estpaspossibledeconnecterdirectementdeuxélémentsparlaplaque, on utilise des fils d’interconnexion (ou ce qu’on appelle descavaliers).Ilconvientd’utiliserdufilmonobrindecalibre20à22.Lesfilsplus épais ou plus fins ne seront pas satisfaisants sur une plaque sanssoudure:desfilstropépaisn’entreraientpasdanslestrous,etavecdesfilstropfinslescontactsélectriquesseraientdéfectueux.

Suruneplaquesanssoudure,n’utilisezpasdefilmultibrin.Unepartiedesbrinspourraitsebriseretdesmorceauxpourraientrestercoincésdanslescontactsmétalliquesdelaplaque.

Profitez de l’achat de votre plaque d’essais sans soudure pour vousprocurer également un lot de fils précoupés et dénudés, comme je l’aisuggéréauChapitre13 (ne lésinezpas là-dessus : cen’estpasdu toutunachatinutile).Vousentrouverezdedifférenteslongueurs.Vouspouvez,parexemple, choisir un lot de 14 longueurs différentes, de 1/10 pouceà 5 pouces, avec 10 fils de chaque longueur (voir Figure 15-4). Un lotcomportantentre140et350filsprécoupésvouscoûteraentre5et12euros,mais c’est une faible dépense comparée au temps que cela vous feraéconomiser. L’autre possibilité est d’acheter un paquet de câblage, d’encouperdessegmentsde longueursvariéesetd’endénuderminutieusementunelongueurdeseptmillimètresàchaqueextrémité.

FIGURE15-4Desfilsprécoupésetdénudéspeuventvousfairegagnerdutempset

vousfaciliterlatâche.

Même si vous vous êtes procuré une bonne quantité de fils précoupés etdénudés, vous serez sans doute amené un jour ou l’autre à devoirconfectionnervous-mêmeunoudeuxfilsdebranchement.Coupezunfildecalibre 20 ou 22 à la longueur désirée. Utilisez de préférence un outiladapté au calibre du fil, afin d’éviter d’endommager le fil quand voussectionnez la gaine isolante. Vous risqueriez de fragiliser le fil, le filpourraitsecoincerdansletroudecontactetvousauriez…dufilàretordre.

Pourfabriquervospropresfilsdebranchement,procédezcommesuit:

1. Àl’aided’unepincecoupanteadaptée,coupezlefilàla

longueurdésirée.

2. Dénudezlefilsurenviron7mmàchaqueextrémité.

Sivousutilisezunoutilspécifiqueaucalibredufil,insérez

uneextrémitédufildansl’outil,tenezl’autreextrémitéà

l’aided’unepinceàbecfinettirezlefilàtraversl’outilà

dénuder.Sivousutilisezunoutilmulti-usage,dosezbienla

pressionautourdufil.Sivouspresseztrop,vousallez

abîmerlefil.Sivousnepressezpasassez,vousnecouperez

pascomplètementlagaineisolante.

3. Tordezlapartiedénudéeàangledroit.Pourcefaire,

vouspouvezvousservirdelapinceàbecfin.

FIGURE15-5Couper,dénuderettordreunfild’interconnexion.

DévelopperuncircuitVousavezpréparévotrematérieletvosoutils,vousavezvotreplaquesanssoudure et votre schéma sous les yeux et vous êtes prêt à commencerl’assemblage du circuit,mais par quoi commencer ?Quel est lemeilleurmoyendeprocéder?

Bienvenuedans lemondede la réalisationdes schémasdecircuits.Nousabordonsl’artd’assignerlaplacedechaqueélémentsurunsupportdetellesortequetoutcorrespondeetquetoutsoitpropreetsanserreur.Attendez-vousàcequevotrecircuitréelneseprésentepasexactementcommesurleschéma:ceseraitnonseulementdifficileàréaliser,maispeupratique.Vouspouvezcependantorienterlesprincipauxélémentsducircuitdetellesorte

que celui-ci soit plus facile à comprendre et que les erreurs soient plusfacilesàcorriger.

Quandvousassemblezuncircuitsuruneplaquesanssoudure,préoccupez-vousdavantagedesconnexionsentrelescomposantsquede leurpositionsurleschéma.

Procédezdepréférencecommesuit:

» Orientezvotreplaqued’essaisdetellesortequeles

railsd’alimentationsoientdisposésauxparties

supérieureetinférieure,commesurlaFigure15-1.

Utilisezunedesbandesdecontactdelapartiesupérieure

(rangéeslongues)pourl’alimentationpositive,etunedes

bandesdecontactdelapartieinférieurepourlamasse(et

pourl’alimentationnégativelecaséchéant).Cesbandesde

contactsontconstituéesd’unassezgrandnombredetrous

decontact,pourquevouspuissiezfacilementrelierles

composantsàl’alimentationélectriqueetàlamasse.

Orientezlesentréesducôtégauchedelaplaqueetles

sortiesducôtédroit.Organisezvotrecircuitdemanièreà

réduirelenombredefilsdeconnexionnécessaires.Plus

vousdevrezutiliserducâblage,plusvotreplaquesera

encombréeetdifficileàcomprendre.

Placezd’abordlesCI,surl’espacesituéaucentre.Disposez

aumoinstroiscolonnesdetrous,etdepréférenceune

dizaine,entredeuxCI.PouréviterdedétériorervosCIen

lesmanipulant,vouspouvezutiliserunoutilspécial

d’insertionetd’extractiondecircuitsimprimés.

SivousutilisezdespucesCMOS,n’oubliezpasderelier

votreoutilàlamassepouréliminerl’électricitéstatique

(voirChapitre13).

» Complétezl’installationdechaqueCIencommençant

parlabroche1eteninsérantlescomposantsqui

doiventêtrereliésàchaquebroche.Ajoutezensuite

lescomposantssupplémentairespourcompléterle

circuit.Servez-vousd’unepinceàbecfinpourtordreles

terminaisonsetlesfilsàangledroitetpourlesinsérer

danslesréceptacles.Lesterminaisonsetlesfilsdoivent

resteraussiprèsdelaplaquequepossible,afind’éviterle

risquedecontactsindésirables.

» Sivotrecircuitnécessitedespointsdeconnexion

communs,outrel’alimentation,etsivousnedisposez

pasd’unnombredepointssuffisantdansunecolonne

detrous,utilisezdesmorceauxdefildeplusgrande

longueurpourreliercetteconnexionàuneautre

partiedelaplaque,làoùilvousrestedavantage

d’espace.Vouspouvezétablirlepointdeconnexion

communesuruneoudeuxcolonnesentredeuxCI,par

exemple.

LaFigure15-6représenteuncircuitsimpleconstituéd’unerésistance,d’unfil de connexion (ou fil de pontage) et d’une diode électroluminescente(LED) enfichés dans une plaque d’essais sans soudure. Le circuit estreprésenténonalimenté(àgauche)etalimenté(àdroite).

FIGURE15-6Dénudezettordezàangledroitlesextrémitésdufildepontage,et

enfichezlesterminaisonsdescomposantsdanslaplaquedetellesortequ’ilssoient

bienfixés.

Nevousinquiétezpasdel’étalementducircuitsurvotreplaque.Mieuxvautespacerlescomposantsquelesdisposerlesunssurlesautres.Ménagerdel’espaceentrelesCIetlesautrescomposantsfaciliteaussilamodificationet lamise aupointducircuit.Celavouspermetd’ajouterplus facilementdesélémentssansdevoirbousculercequevousavezdéjàinstallé.

Un câblage désordonné rend le circuit difficile à corriger et accroît lerisque d’erreur. Les fils ont aussi tendance à s’arracher au plusmauvaismoment, ou bien leur prolifération favorise les dysfonctionnements. Pouréviter ce genre de désordre, prenez le temps de planifier et d’assemblerminutieusementvoscircuits.Celavousdemanderauneffortsupplémentaire,mais vous économiserez beaucoup de temps et vous éviterez bien desdéceptions.

MONCIRCUITSANSSOUDURENEFONCTIONNEPASCORRECTEMENT!

En construisant des circuits sur des plaques d’essais sans soudure,

vousrisquezd’êtreconfrontéàunproblèmeassezcourant,lacapacité

parasite, c’est-à-dire un phénomène de stockage indésirable de la

chargeélectriquedansun circuit. Tout circuitprésenteune capacité

inhérente évitable,mais quand il est parcouru de fils dans tous les

sens, cette capacité peut augmenter de façon imprévue, jusqu’à

atteindrelepoint(différentd’uncircuitàunautre)oùelleentraînedes

dysfonctionnements.

Lesplaquesd’essaissanssoudurecomportentdesbandesdemétal

etnécessitentl’utilisationdeterminaisonsrelativementlonguespour

les composants, c’est pourquoi elles ont tendance à favoriser la

constitutiond’unecertainecapacitéparasite,mêmedans lescircuits

lesplussûrs.L’utilisationd’uneplaquesanssoudurese traduitdonc

souvent par une altération des caractéristiques de certains

composants, notamment les condensateurs et les inducteurs. Le

comportementducircuitrisqued’enêtreaffecté.Sachez-le,surtoutsi

vous travaillez surdes circuitsde radiofréquences (RF),parexemple

un circuit de réception ou de transmission radio, sur des circuits

numériques qui traitent des signaux changeant très rapidement (de

l’ordre de deux millions de hertz) ou sur des circuits sensibles de

minuteriedontlefonctionnementdépenddel’exactitudedelavaleur

descomposants.

Sivoustravaillezsurcegenredecircuitdontlefonctionnementrisque

plusparticulièrementd’êtreaffectéparunecapacitéparasite, ilvous

faudrapeut-être renoncer à assemblerd’abord votre circuit surune

plaqued’essaissanssoudure,etopterdirectementpourunautretype

desupport.

Éviterd’endommagerlescircuitsPourquevoscircuitssurplaquessanssoudurefonctionnentbien,respectezaussilesconsignessuivantes:

» Sivotrecircuitdoitcomporteruneouplusieurspuces

CMOS,installezcesélémentsendernier.Aubesoin,

servez-vousd’unCIfictifdetypeTTLpourvérifierquevos

branchementssontcorrects.LesCIdetypeTTLsontbien

moinsfragilesquelesCMOSetautresCIstatiques.

N’oubliezpasdeprévoirdesconnexionsàl’alimentation

positiveetnégativeetdereliertouteslesentrées(celles

quevousn’utilisezpas,reliez-lesàlabandedecontact

d’alimentationpositiveounégative).Unefoisqu’ilnevous

resteplusqu’àtestervotrecircuit,retirezleCIfictifet

remplacez-leparCICMOS.

» N’exposezjamaisuneplaquesanssoudureàla

chaleur,carvousrisqueriezd’abîmerdéfinitivementle

plastique.DesCIetautrescomposantsquichaufferaient

beaucoup(parsuited’uncourt-circuitoud’unexcèsde

courant,parexemple)pourraientfairefondreleplastique

delaplaquesurlaquelleilssontfixés.Aprèsavoirmisvotre

circuitsoustension,toucheztouslescomposantspour

vérifierqu’aucunnechauffeexcessivement.

» N’utilisezjamaisuneplaqued’essaissanssoudure

pouruncircuitbranchésurlesecteur(220volts

alternatif).Desarcsrisqueraientdeseproduireentreles

contacts,cequiendommageraitlaplaqueetconstituerait

undanger.

» Siunpetitmorceaudemétalsedétached’une

terminaisonoud’unfilélectriqueetsecoincedansun

troudecontact,retirez-ledélicatementàl’aided’une

pinceàbecfin,nonsansavoircoupélecourantau

préalable.

» Vousnepourrezpastoujourscommenceràassembler

uncircuit,letermineretletesterenuneseuleséance

detravail.Sivousdevezlaisserdecôtévotre

assemblagependantuncertainlapsdetemps,tenez-

lehorsdeportéedesenfants,desanimauxetdesgens

tropcurieux.

Lasoudure,premierspasLasoudure (ousoudage,maiscesdeux termesdésignent improprementceque l’on devrait plutôt appeler brasage) est la méthode habituelle pourréaliserdesconnexionsentrelescomposantsetlesfilsélectriques.Àl’aided’un fer à souder, on fait fondre un composémétallique appelé soudure,afin que cette matière se répande autour des deux extrémitésmétalliquesqu’ils’agitdejoindre.Quandonretireleferàsouder,lasoudurerefroiditetformeentrelesdeuxfilsouterminaisonsunjointconducteurdecourant,qu’onappelleunesoudure(eh,oui,décidément…).

Quandvousprévoyezd’utiliseruneplaquesanssoudure,devez-voustoutdemême envisager de pratiquer des soudures ? La réponse est oui. Danspratiquementtouteapplicationélectronique,lasoudures’impose.Ilsepeut,par exemple, que vous achetiez des composants (potentiomètres,interrupteurs, microphones, etc.) sans broches. Vous devrez alors souderdes fils aux terminaisons de ces composants, afin de pouvoir les relier àvotreplaque.

Biensûr,vousemploierezaussicettetechniquepourassemblerdescircuitspermanents sur des plaques à souder, sur des « perfboards » (plaquesd’expérimentation)ousurdescartesàcircuitsimprimés.

SeprépareràsouderPour pouvoir effectuer vos soudures, il vous faut un fer à souder(de 25 ou 30 watts), une certaine quantité de soudure standard pourcalibre16ou22(60/40ànoyauenrésine),unsupportfiableetunepetiteéponge (pour des conseils détaillés concernant le choix du matériel desoudure,voirChapitre13).Assurez-vousquevotreferàsouderreposebien

sursonsupportetquelàoùilse trouveinstallé,personnenerisquedelefairebasculer.

Je vous recommande de consulter le Chapitre 12 pour savoir commentchoisir le matériel de soudure qui vous permettra de réaliser vosapplications électroniques. Vous y trouverez notamment des précisionsconcernant l’utilisation de la soudure 60/40 à noyau en résine plutôt quel’utilisationdesouduresansplomb.

Rassemblez quelques autres accessoires utiles, comme des lunettes deprotection (pour protéger vos yeux des éclats possibles de soudure), unepince crocodile (qui servira aussi dedissipateurde chaleur), unbrassardantistatique(voirChapitre13), de l’alcool isopropylique, dupapier et uncrayon,etdurubanadhésif.Placezsurlepapiertouslesélémentsquevousallezsouder,etfixez-lesàl’aided’unpeuderubanadhésif.Àproximitédechaqueélément,écrivezsurlepapiersadésignationtellequ’ellefiguresurle schéma (par exemple, R1). Mettez vos lunettes de protection et votrebrassard antistatique, et assurez-vous que votre espace de travail estsuffisammentaéré.

Mouillez l’éponge et pressez-la pour éliminer le surplus d’eau.Mettez leferàsoudersoustension,laissez-lechaufferuneminuteenviron(à370oCàpeuprès),puishumidifiezl’extrémitéduferenlemettantencontactpendantuninstantavecl’éponge.Silapanneestneuve,ilimportedel’étameraupréalable,pouréviterqu’ilseformeunamasadhésifsursonextrémité(unesoudurepoisseuserisqueraitdeformerunesortedebulle,quipourraitfairedes ravages si elle tombait sur votre circuit). Pour étamer la panne,appliquezdessusunpeudeflux,puisenlevezl’excèsdesoudureàl’aidedel’éponge.

Étamez périodiquement la panne de votre fer à souder, afin qu’elle restepropre. Si, malgré ce soin, votre panne s’encrasse, vous pouvez aussiacheter,parexemple,unnettoyeurdepannes.

SoudercommeunproPourbienréussirvossoudures,ilvousfautprocédercommesuitetacquérirbeaucoup d’expérience. N’oubliez pas que le temps joue un rôlefondamentalquandonsoude.Enlisantlesinstructionsquisuivent,accordezunegrandeattentionauxtermesrelatifsautemps,comme«immédiatement»ou«quelquessecondes»,quidoiventêtreinterprétésaupremierdegré:

1. Nettoyezlessurfacesmétalliquesàsouder.

Essuyezlesterminaisons,lesextrémitésdesfilsetles

plaquesgravées(voirplusloindanscechapitre)avecde

l’alcoolisopropylique,pourquelasoudureadhèremieux.

Avantdesouder,laissezcessurfacessécher.

2. Immobilisezbienlesélémentsàsouderensemble

Vouspouvezvousservird’unetroisièmemain(voir

Chapitre13),d’unétauoud’unepincecrocodilepour

immobiliseruncomposantdiscretletempsd’ysouderun

fil,oubienvouspouvezmainteniruncomposantenplace

suruncircuitàl’aided’unepinceàbecfin.

3. Positionnezleferàsouder

Toutentenantlefercommevoustiendriezunstylo,

positionnezlapanneafinqu’elleformeaveclasurfacede

travailunanglede30à45o(voirFigure15-7).

FIGURE15-7Appliquezleferàsouderselonuncertainanglepourchaufferlespartiesmétalliquesàsouder,puisappliquezlasoudurefroideàl’endroitoùlejointdoitêtre

réalisé.

4. Appliquezl’extrémitédelapanneaujointquevous

voulezréaliser(n’utilisezpasdesoudureàcestade).

Mettezbienl’extrémitédelapanneencontactaveclesdeux

partiesàsouder(parexemple,uneborned’unerésistance

etuncontactencuivreaudosd’uneplaquedecircuit

imprimé).N’appliquezpaslachaleurdirectementàla

soudure.Laissezd’abordlemétalchaufferquelques

secondes.

5. Appliquezlasoudurefroideàlasurfacemétallique

chauffée.

Lasoudurefondraetcouleraauboutd’uneàdeux

secondes.

6. Retirezimmédiatementlasoudure,puisretirezlefer.

Maintenezenplacelesélémentsjusqu’àcequelasoudure

aitrefroidietquelejointsesoitsolidifié.

7. Replacezleferàsoudersursonsupport.

Neposezjamaisunferàsouderchaudsurvotresurfacede

travail.

8. Àl’aided’unepinceàcoupediagonale,coupezaussi

prèsquepossibledelasoudurelesextrémitésdes

contactsquidépassent.

Veillezàn’utiliserquelaquantitédesoudurenécessaire(vousdevezdoncn’appliquer le ferquependant lebon lapsde temps) : si vous enutiliseztroppeu,votreconnexionserafragile,etsivousenutiliseztrop,lasoudurerisquedeformerdespaquetsquiprovoquerontdescourts-circuits.

Sivousexposezdescomposantsélectroniquesàunechaleurprolongéeouexcessive,vousrisquezdelesendommager.Vousdevezdoncprendresoinde n’appliquer le fer à souder que le temps de chauffer suffisamment la

terminaisonpourpouvoirlasoudercorrectement:niplus,nimoins.

Pouréviterd’endommagerdescomposants sensiblesà lachaleur (commeles transistors), accrochez une pince crocodile à la terminaison entre lejointàréaliseretlecorpsducomposant.Ainsi,toutexcèsdechaleurseraabsorbéparlapinceetn’endommagerapaslecomposant.Ensuite,avantdevousresservirdelapince,n’oubliezpasdelalaisserrefroidir.

VérifierlejointAprèsavoirsoudé, inspectez le jointpourvousassurerqu’ilestsolideetconducteur.Lasoudurerefroidiedoitêtrebrillanteetnonpasterne,etelledoit pouvoir supporter une petite secousse. Si vous avez soudé uneterminaison à une plaque de circuit imprimé, le joint doit former un clin(amasdesoudureenformedevolcan).Sivousvoyezdelasoudureterneoudes pics dentelés, c’est que vous avez réalisé ce que l’on appelle unesoudure froide. Les soudures froides sont plus fragiles que les soudurescorrectementréalisées,etellesneconduisentpaslecourantaussibien.

Unesoudurefroidepeutseformersivousfaitesbougerlecomposantalorsquelasouduren’apasfiniderefroidir,silejointestsaleouhuileux,ousivous n’avez pas chauffé correctement votre soudure. Quand on soude ànouveau sans avoir d’abord dessoudé, on obtient souvent une soudurefroide,carlasoudureinitialen’apasétéchaufféesuffisamment.

Encasdesoudurefroide, lemieuxestd’enlevercomplètement lasoudureexistante, de nettoyer les surfaces avec de l’alcool isopropylique et derefaireunenouvellesoudure.

Dessouderlorsquec’estnécessaireAucoursdevostravauxd’électronique,voussereztôtoutardconfrontéàunincident:unesoudurefroide,uncomposantsoudéàl’envers,etc.Pourcorrigerl’erreur,vousserezobligédedessouderlejointetdeleressouder.Pouréliminer lasoudure,vouspourrezutiliserunepompeàdessouderouunetresseàdessouder.

La tresse à dessouder est une tresse plate en fil de cuivre, qui permetd’éliminer la soudure dans les endroits difficiles à atteindre.On la placesurlasoudureàsupprimeretonappliquedelachaleur.Quandlasoudure

atteintlatempératuredefusion,elleadhèreaufildecuivre.Ilneresteplusqu’àretirerlatresseetàlanettoyer.

Quandvousutilisezune tresse àdessouder, soyezprudent.En touchant latressechaude,vousrisqueriezdevousbrûlergravement:lecuivreconduittrèsbienlachaleur.

Lapompeàdessouderaspirelasoudureexcédentairequeleferfaitfondre.Ilenexistedeuxtypes:

» Lapompeàsouderàpiston:Armezlepistonet

positionnezl’emboutsurlejointàsupprimer.Ensuite,

positionnezavecprécautionl’extrémitéduferàsoudersur

lejointpourfairechaufferlasoudure,enévitanttout

contactavecl’emboutdelapompe.Aumomentoùla

soudurecommenceàcouler,relâchezlepistonpourquela

souduresoitaspirée.Enfin,expulsezlasoudure(dansun

réceptacleadéquat)enpressantànouveaulepiston.

Répétezceprocessusaussisouventquenécessaire,pour

enleverleplusdesoudurepossible.

Nerangezpasvotrepompeàdessouderenlaissantle

pistonarmé.Lejointencaoutchoucrisqueraitdese

déformer,etlapompenefonctionneraitplus.

» Lapompeàsouderàpoire:Lefonctionnementest

presquelemême,saufquevouspressezunepoirepour

fairelevideetvouslarelâchezpourquelasouduresoit

aspirée.L’utilisationdecettepompedevientplusfacile

lorsquelapoireestmontéesurleferàsouder.Unferà

dessouderestunferàsoudermunid’unconduitterminé

parunepoire.

Laisserrefroidirensuite

Prenezl’habitudededébrancher–etnonpassimplementd’éteindre–votrematérielquandvousavezfinidesouder.Essuyezl’extrémitédevotreferàsouderencoretièdeàl’aided’uneépongehumidepouréliminerlestracesdesoudure.Unefoisleferrefroidi,vouspouvezéliminerlesimpuretésquirestent en utilisant un produit adéquat. Pour finir, prenez trois bonneshabitudes:

» Avantderangervotreferàsouder,vérifiezqu’ilest

complètementrefroidi.

» Rangezvotrerouleaudesouduredansunepochetteen

plastique,pouréviterqu’ilsesalisse.

» Lavez-voustoujourslesmains,carlasoudurecontient

généralementduplomb,etleplombestunpoison.

SouderentoutesécuritéMême pour une seule soudure, ne négligez jamais de prendre lesprécautions appropriées, afin de vous protéger et de protéger votreentourage.N’oubliezpasquevotre fer à souderatteindraune températurevoisinede370oCetquelasoudurecontientgénéralementduplomb,quiesttoxique. Toute impureté ou bulle d’air accidentelle est susceptible deprovoquer des éclaboussures. Une seule petite éclaboussure de souduredansunœil,ouunferàsoudermalmaintenuquidégringolesurunpied,etvoilàdequoigâcherlajournée,seretrouveràl’hôpital,oudequoibriseruneamitié.

Pensez toujours à votre sécurité et à celle des autres. Ne négligez pasl’aération, prenez soin de bien caler le fer à souder dans son support, etdisposezbien le câblagedemanière à éviter tout risqued’accroc.Quandvous soudez, portez des chaussures (pas desmules ni des nu-pieds), deslunettesdeprotectionetunbrassardantistatique.Évitezdetropapprocherlevisagedelasoudurechaude,afindenepasrisqueruneirritationdevosvoiesrespiratoiresouuneéclaboussure.Gardezlevisagedumêmecôtéetutilisez,lecaséchéant,uneloupe,pourmieuxvoircequevousêtesentraindesouder.

Ne pratiquez jamais une soudure sur un circuit alimenté en électricité !Avant de vous servir de votre fer à souder, assurez-vous d’avoir bien

débranché l’alimentation. Si votre fer à souder est muni d’un réglage detempérature,réglez-leenfonctiondelasoudurequevousutilisez.Sivotreferserenverseaccidentellement,retirez-vousetlaissez-letomber.Selonlaloi de Murphy, si vous essayiez de le rattraper, vous le prendriezinévitablementparl’extrémitébrûlante.

Enfin,dèsquevousavez terminé,débranchezvotre fer à souder ethâtez-vousdevouslaverlesmains.

Inscrirevosréalisationsdansladurée

Vousavezmisaupointuncircuitmagnifique,etvousvoulezleconserver.Ils’agitmaintenantdesavoircommentdonneràcecircuituneformedurable,avecdesconnexionssolides.Commesupportd’uncircuitpermanent,vouspouvez opter pour la plaque à souder ou perfboard (ou plaqued’expérimentation).

Cettesectionexpliquecequ’estuneplaqued’expérimentationettraitedesdifférentstypesdeplaques.

ÉtudierunecartedecircuitimpriméLescartesdecircuitimprimésontleplussouventconstituéesd’unecoucheisolante(enmatièreplastique)appeléeunsupportouunsubstrat,avecdesinterconnexionsencuivredesdeuxcôtés (uncertainnombredeplaquesàusageindustrielsontconstituéesdeplusieurscouches,avecdescomposantsintégrésausupport).Ondistinguedeuxtypesd’interconnexionsencuivre:les trousmétallisés, aussi appelésœillets, qui sont de petits cercles encuivreauxquelsonsoudelesbornesdescomposants,etlespistes,quisontdesconducteursencuivrereliantélectriquementlestrousmétallisés.

Ondistingueessentiellementdeuxsortesdecircuitsimprimés:

» Lescartesàtrousmétallisés:Ellescomportentdes

trousmétalliséssuruncôtéousurlesdeuxcôtés.Les

troussontespacésde2,5mmetpeuventaccueillirdesCI

oudescomposantsdiscrets.Pourmontersurunecarte

descomposantsdiscretstelsquerésistances,diodeset

condensateurs,onlesfixeeninsérantleursbornesdans

lestroussuruncôtédelacarte,puisensoudantlesbornes

auxtrousdel’autrecôtédelacarte,aprèsquoionécourte

lesextrémitésmétalliquessoudées.

OnpeutmonterunCIdirectementsurunecarte,oubien

fixersurlacarteunedouilledeCIpuisinsérerleCIdansla

douille.

» Lescartesàmontageensurface:ellesnecomportent

pasdetrous.Descomposantsspécialementconçuspour

cetypedemontage,quineressemblentpasdutoutàceux

destinésauxcartesàtrousmétallisés,sontfixéssurun

côtédelacarte.Latechnologiedumontageensurface

convientauxcircuitsàhautedensitéetestadaptéeaux

processusd’assemblagedecircuitsautomatiséàgrande

échelle.

Vous pouvez trouver sur le marché des composants et des plaques deprototypagepourlemontageensurface,maisilestdifficiledetravaillersurce typedematérielcar lescomposants sontminuscules, leursbornes sontplusminuscules encore, et il est difficile demaintenir les composants enplacependant lebrasage.C’estpourquoi jevous recommandedevousentenirauxplaquesdeprototypageàtrous,quisontrelativementbonmarché.

ASSEMBLERDESCIRCUITSAVECDESCIPRÊTSÀENFICHER

Quand vous assemblez sur une plaque un circuit comportant des

circuits intégrés, au lieu de souder le CI directement sur la plaque,

utilisezuneembase.Soudezl’embasesurlaplaque,puisenfichezleCI

dansl’embase.

Ilexistedesembasesdedifférentstypesetdedifférentesdimensions,

selon les CI auxquels elles sont destinées. S’il s’agit d’un CI

à16broches,parexemple,vouschoisirezuneembaseconçuepour

recevoir16broches.

Voicitroisbonnesraisonsd’utiliserdesembases:

Une soudure pratiquée sur une carte peut être source d’électricité

statique.Ensoudantsur l’embaseplutôtquesur leCI,vousévitez le

risqued’endommagercelui-ci,surtouts’ils’agitd’unCMOSouautreCI

particulièrementsensible.

Quand on fait des expériences avec l’électronique, c’est souvent au

niveaudesCIqu’ilyadesproblèmes.Quandvouspouvezfacilement

retirer un CI dont vous soupçonnez qu’il est défectueux pour le

remplacerparunautre,toutdevientplusfacile.

SivousutilisezunCIquicoûtecher,parexempleunmicrocontrôleur,

vous pouvez le partager entre plusieurs circuits. Il vous suffit de le

retirer d’une embase et de l’enficher sur une autre. Vous trouverez

facilement dans le commerce des embases de différentes

dimensions,pourunprixdérisoire.

TransféreruncircuitsuruneplaqueàsouderUneplaqueàsouder,ouplaqued’essais(toutcourt),vouspermetdecréerun circuit permanent à partir de ce que vous avezmis au point sur votreplaque d’essais sans soudure. Elle est munie d’une grille de trous. Cesplaquescomportentleplussouventdestrousmétallisésetdespistes.Voustrouverez facilement des plaques à une ou deux faces. La Figure 15-

8représenteunpetitéchantillondeplaquesàsouder.Ilenexistedeformesou de tailles différentes, notamment des plaques rondes de différentsdiamètresainsiquedesplaquesvierges,sansconnexionsmétalliques.

Certainesplaquesàsouderprésententlamêmedispositionquelesplaquesd’essaissanssoudure,avecdenombreux trousreliéssousformederangsdebornesetdebus.Ainsi,surlaFigure15-8,laplaqueenbasàgaucheestconçue selon le même schéma qu’une plaque d’essais sans soudurede550trous.

FIGURE15-8Quelquesmodèlesdeplaquesperforées,surlesquellesvousn’avezplus

qu’àfixerdescomposantsélectroniques(aprèsunéventuelnettoyage).

Le transfert d’une plaque à l’autre est facile, sachant que les trous et lesbranchements sont disposés exactement de lamêmemanière sur les deuxtypes de plaque. Pour réaliser ce transfert, il vous suffit de retirer leséléments du circuit de votre plaque sans soudure, de les insérer dans laplaque à souder et de les souder dans leurs emplacements respectifs.Utilisez les filsde lamêmemanièrequesur laplaquesanssoudure,pourrelier les composants qui ne sont pas déjà connectés par les bandes demétal de la plaque. Le principal désavantage des plaques à souder estqu’ellesnepermettentpasdebienrentabiliserl’espace.

D’autres plaques à souder sont munies de trous percés à intervallesréguliersetformantunegrillecarréeourectangulaire.Vouspouvezchoisir

le modèle de plaque le plus adapté au type de circuit que vous allezassembler. Si votre circuit utilise un certain nombre de CI, par exemple,choisissez un modèle muni de bus, comme celui de la Figure 15-9(l’alternanceentre lesbusd’alimentationetderaccordementà lamassepermet aussi de limiter les effets inductifs et capacitifs indésirables). Sivous avez besoin de ménager l’espace, utilisez une plaque vierge et uncâblagepointàpoint,consistantàsouder lescomposantsdirectement lesunsauxautresaprèsavoirenfichéleursextrémitésdanslestrous.

FIGURE15-9Cetteplaqueperforée,parcourueparplusieursbus,convientbienaumontagedecircuitscomportantuncertainnombredeCI.

Sivotrecircuitestvraiment très réduit,vouspouvezvouscontenterde lamoitié d’une plaque.Avant de transférer les composants, sciez la plaque.Portezunmasque,afindenepasrespirerlapoussièredusciage.Nettoyezlapartiedelaplaquequevouscomptezutiliser.Certainesplaquesàsouderpeuvent être découpées afin de disposer de deux ou quatre plaques pluspetites.

Les plaques d’expérimentation comportent souvent des trous de fixationdans les coins, ce qui vous permet de les fixer comme il convient àl’intérieurd’unmontage(parexemple,danslechâssisd’unrobot).Sivotreplaquen’encomportepas,ménagezde l’espace libredans les coinspourpouvoir percer des trous en vue du montage. Vous pouvez aussi fixer laplaqueàuncadreparunebandeadhésivedouble-faceépaisse.Cettebandeamortit les secousses et évite que la plaque se brise. Elle permet aussid’éviterqueledessousdelaplaquesoitencontactaveclechâssis.

FabriqueruncircuitmaisonQuand vous aurez acquis de l’expérience enmatière de conception et deréalisationd’applicationsélectroniques,vousaurezpeut-êtreenviedecréervotre propre circuit, que vous destinerez à un usage particulier. Vouspourrezfabriquer,toutcommelesfabricantsdematérielélectronique,votrepropre carte de circuit imprimé, un support pour votre circuit avec desconnexions sur toute la surface.Ce type de carte est fiable, supporte descircuitsdehautedensitéetvouspermetd’incluredescomposantsdetaillenonstandardquineconviendraientpasàd’autrestypesdesupport.

Fabriquer une carte de circuit imprimé est assez compliqué et dépasse lecadredecelivre,maisvoiciunrésuméduprocessus:

Vouscommencezparcollerouplaquerunemincecouchedecuivresurunesurface de plastique, d’époxy ou de résine phénolique, afin d’obtenir unesortedecartevierge.

Vouspréparezunmasquedevotreschémadecircuit,vousletransférezsurun film transparent, et vous vous en servez pour exposer une plaque decuivrephotosensibleàunfortrayonnementultraviolet.

Vousplongez cette plaquede cuivre dans un révélateur.Vous obtenezunegravureducircuit.

Vous éliminez les parties de cuivre non protégées contre les rayonsultraviolets.Ilrestelecircuitimprimé,constituédepointsdecontactetdeconnexions.

Vous percez un trou au centre de chaque point de contact, pour pouvoirensuitemonterlescomposantsdontlesbrochestraverserontlaplaque.

Enfin,voussoudezlesbrochesdechaquecomposantauxpointsdecontactcorrespondants.

Pour plus de précisions sur ce processus de fabrication, faites unerecherchesurInternetàpartirdesmotsfabricationcartecircuit imprimé.Vous trouverez des instructions, des illustrations etmême des vidéos quivousexpliqueronttoutendétail.

A

Chapitre16Acquérirlamaîtrisedevotremultimètrepourmesureretanalyserdescircuits

DANSCECHAPITRE:

» Unnouvelamiprécieux,lemultimètre

» Utilisationdumultimètrepourprendretoutessortesdemesures

» Initialiseretcalibrerunmultimètre

» Vérifierlebonfonctionnementdescomposantsélectroniques

» Testerlescircuits

» Identifierlacaused’unproblèmedansuncircuit

lorsquevousmettezladernièremainàvotrecircuit,vousêtesdeplusen plus excité. Vos amis sont à vos côtés, curieux d’assister à vospremiers exploits. Tout en retenant votre respiration, vous actionnez

l’interrupteur,et…

Riennesepasse.Dumoins,audébut.Vosamiss’éloignentlentement,vouslaissantàvotredéception.Vouscommencezàdouterdevous-même.

Vousvousdemandezcequipeutclocher.C’estalorsquevousremarquezdela fumée, émanant de ce qui fut une résistance.Vous vous apercevez quevousavezutiliséunerésistancede10Waulieude10kW.Uneerreurdelecture ou d’inDans ce chapitre, vous allez apprendre à utiliser un outilincroyablementpolyvalent,lemultimètre.Cetoutilvouspermettradetestervos circuits et vos composants et d’éviter de mauvaises surprises. Vouspourrezvérifierquetoutestaupointavantdevousrisqueràproposerune

démonstration à vos amis. Quand vous aurez lu ce chapitre, vous vousrendrez compte que vous avez autant besoin de votre multimètre qu’unplongeurabesoindesabouteilled’oxygène.Sanscetauxiliaireprécieux,vousseriezsûrdenepastarderàsouffriretàavoirdésespérémentbesoind’aide.

Lemultimètre,unappareilmultitâches

Unmultimètreestunappareildemesureàmain,peucoûteux,quipermetdemesurer la tension, l’intensité et la résistance. Certains modèles peuventaussitesterlesdiodes,lescondensateursetlestransistors.Aveccetuniqueinstrumentpratiqueetpeucoûteux,vouspouvezvérifiersiune tensionestcorrecte, savoir s’il y a quelque part un court-circuit, ou bien un fauxcontact, et bien d’autres choses encore. Familiarisez-vous à votremultimètre, qui vous permettra de vous assurer du bon fonctionnement devos circuits et qui vous sera précieux lorsqu’il s’agira de résoudre unproblème.

LaFigure16-1représenteunmodèlecourantdemultimètre.Entournantlegrosbouton,voussélectionnezletypedemesurequevousvoulezeffectuer.Ensuite, vous appliquez les deux sondes ou électrodes (une rouge et unenoire)àuncomposantdevotrecircuit,etl’appareilindiquelamesure.

Les extrémités des électrodes du multimètre sont coniques. Vous pouvezvous procurer des pinces de test à ressort qui se branchent sur cesélectrodes, afin de pouvoir plus facilement relier les deux pôles del’appareilauxbornesd’uncomposantouàdesextrémitésdecâbles (voirFigure16-2).Cesgrippe-filsisolésassurentunebonneconnexionentrelesbornesdumultimètreetcequevousvouleztester,toutenévitantlerisquedecontactaccidentelavecuneautrepartieducircuit.

FIGURE16-1Unmultimètremesurelatension,larésistance,l’intensitéetla

continuité.

FIGURE16-2Lespincesdetestàressortpermettentd’éviterlescontactsaccidentels.

C’estunvoltmètre!Un multimètre peut mesurer une tension continue comme une tensionalternative.Vousdisposezdeplusieurséchellesdemesure,généralement0-0,25V,0-2,5V,0-10V,0-50Vet0-250V.

Vouspouvezvousservirdumultimètrecommed’unvoltmètrepourmesurerlatensionauxbornesd’unepileoud’unebatterieendehorsd’uncircuitouencharge(c’est-à-direaumomentoùellealimenteuncircuit).Vouspouvezaussitesterlachutedetensionauxbornesd’unélémentdevotrecircuit,etentreunpointquelconquedevotrecircuitetlamasse.

Votremultimètrepeutvouspermettredelocaliserlasourced’unproblèmedansvotrecircuit. Ilvouspermetdevérifiersi labonnetensionatteintuncomposant, par exemple une diode électroluminescente (LED) ou uninterrupteur. L’utilisation de cet appareil vous permet d’éliminerprogressivement les suspects jusqu’à ce que vous trouviez le coupable,sourcedetousvosmauxdetête.

En électronique, l’importance du voltmètre est telle qu’il a son propresymbole(Figure16-3,àgauche).Surunschémadecircuit,cesymbolevousinviteàmesurerlatensionentrelesdeuxpointsindiqués.

FIGURE16-3Lessymbolesdesinstrumentsdetestcourants.

C’estunampèremètre!Votre multimètre fonctionne aussi comme un ampèremètre, un appareilmesurant l’intensitéducourantquiparcourtuncircuit.Cettefonctionvouspermetdedéterminersiuncircuitouuncomposanttiretropdecourant.Sivotre circuit est parcouru par un courant plus fort que ce qu’il est censésupporter, ses composants risquent de surchauffer, et votre circuit risqued’êtreirrémédiablementendommagé.

Le symbole de l’ampèremètre dans un circuit est représenté sur laFigure16-3,aucentre.

Maisc’estaussiunohmmètre!À l’aide de votre multimètre, qui possède aussi une fonction ohmmètre,vous pouvez mesurer la résistance d’un composant ou d’un circuit toutentier(enohms,voirChapitre5).Celavouspermetdevérifierlesfils,les

résistances, les moteurs et bien d’autres composants. Pour tester unerésistance,ilfautquelecircuitsoithorstension.Autrement,lecourantquile parcourt risque d’invalider la mesure, et même, d’endommager votremultimètre.

Lesymboledel’ohmmètredansuncircuitestreprésentésurlaFigure16-3,àdroite.

Si vous voulez mesurer la résistance d’un composant, mieux vaut ledétacher d’abord du circuit. En testant une résistance branchée dans uncircuit, vous obtiendriez la résistance équivalente entre deux points, etcelle-cineseraitpasnécessairementégaleà lavaleurdevotre résistance(pourplusdedétailssurlesrésistanceséquivalentes,voirChapitre5).

Sachantquelarésistance,ou(enl’occurrence)l’absencederésistancepeutêtre le signe d’un court-circuit ou d’un circuit ouvert, vous pouvez vousservir de la fonction ohmmètre pour résoudre des problèmes comme lesruptures de conductivité et les courts-circuits non visibles entre descomposants.Uncourt-circuitentraînel’indicationd’unerésistancenulleouquasinulle;uncircuitouvertentraînel’indicationd’unerésistanceinfinie.Sivoustestezlarésistanceentredeuxpointsd’unfilconducteuretsivousobtenez comme indicationune résistance infinie, cela signifie qu’il doit yavoirunerupturedecontactquelquepartsurlalongueurdufil.Cetypedetestestappelétestdecontinuité.

En mesurant la résistance, vous pouvez savoir si les connexions et lesélémentssuivantsd’uncircuitfonctionnentcorrectement:

» Lesfusibles:Siunfusibleestgrillé,celadonneuncircuit

ouvert,d’oùl’indicationd’unerésistanceinfinie.

» Lesinterrupteurs:Uninterrupteurenposition

«marche»doitsetraduireparunerésistancenulle(ou

faible),tandisqu’uninterrupteurenposition«arrêt»doit

setraduireparunerésistanceinfinie.

» Lespistessurlesupportducircuit:Unemauvaisepiste

decuivresuruncircuitimprimésecomportecommeunfil

rompuetsarésistanceestinfinie.

» Lesjointssoudés:Unemauvaisesoudurepeutse

traduireparunerésistanceinfinie.

Uncertainnombredemodèlesdemultimètrescomportentunefonctiontestde continuité assortie d’un signal audible. Quand le sélecteur est sur lapositionquiconvient,onpeutentendreunbipdèsquel’appareildétecteunecontinuité dans un fil ou une connexion. S’il n’y a pas de continuité, lemultimètren’émetaucunson.Cesystèmeestpratiquepourvérifiertoutuncircuitsansavoirbesoindegarderunœilsurl’affichagedel’appareil.

LesmultimètresvusdeplusprèsIlexiste touteunegammedemultimètres,depuisdesmodèlessimplesauxalentours de 10 euros jusqu’aux modèles professionnels les plussophistiquésquipeuventcoûterdesmilliersd’euros.

Même un modèle bas de gamme peut vous être réellement utile pourcomprendrecequi sepassedansuncircuit àbasse tension.Cependant, àmoins que votre budget soit sévèrement limité, il vautmieux dépenser unpetit peu plus et avoir davantage de fonctionnalités : si vous persévérezdansl’électronique,soyezsûrqu’ellesvousserontutiles.

Analogiqueounumérique:questiondestyleAujourd’hui, laplupartdesmultimètres sontdesmultimètres numériques,qui affichent la mesure sur un écran numérique, comme celui de laFigure 16-1, mais il existe encore des multimètres analogiques, surlesquels une aiguille indique une valeur sur une échelle graduée (voirFigure16-4).

Unmultimètre analogique n’est pas toujours très simple à utiliser. Aprèsavoirsélectionnélafonctionnalité(voltmètre,ampèremètreouohmmètre)etlaplagedevaleurs,vousdevezeffectuerunelecturecorrecte.Onavitefaitdemallirecequ’indiquel’aiguille:mauvaiseinterprétationdesdivisionsde l’échelle, erreur de calcul mental ou vision erronée de la valeurindiquée. Par ailleurs, les mesures de résistance sont assez imprécises,sachantquel’échelleseresserrepourlesvaleursélevées.

FIGURE16-4Surcemultimètreanalogiquedatantdesannéesquatre-vingt,c’estune

aiguillequiindiquelatension,l’intensité,etc.

Surunmultimètrenumérique,lerésultatestunnombreprécisquis’affiche,cequiéliminetoutepossibilitéd’erreurdelecture.Pouruncourantcontinu,la précision d’un multimètre numérique atteint ou dépassegénéralement0,8%,mais lesmodèleshaut degamme sont cinquante foisplus précis. Les multimètres numériques comportent généralement unsystèmed’ajustementautomatique,etcertainsmodèlespermettentaussidetesterlesdiodes,lescondensateursetlestransistors.

En réalité, les multimètres analogiques savent détecter les variations encoursdelecturemieuxquelesmultimètresnumériques,maissicen’estpaspourvousunbesoin,choisissezplutôtunappareilnumérique,plusfacileàutiliseretpermettantunelectureplusprécise.

LemultimètrenumériquevudeplusprèsTouslesmultimètresnumériquessontdotésdesfonctionnalitésdebasequesontlamesuredelatension,delarésistanceetdel’intensité.Ladifférence

d’unmodèleàunautre résidedans laplagedesvaleursmesurables,danslesautrestypesdemesurepossibles,danslaprécisionetlasensibilitédesmesuresetdanslesgadgetssupplémentairesqu’ilsoffrent.

Avantdechoisirunmodèledemultimètre, jetezaumoinsuncoupd’œilàsonmoded’emploi.Vousytrouverezlalistedesesfonctionnalitésetdesescaractéristiques,ainsiqued’importantesconsignesdesécurité.

Faisonsletourd’unmultimètrenumérique.Nousytrouvons:

» Uninterrupteur,quiconnecteetdéconnectelapile

alimentantl’appareil.Diversmodèlesdemultimètres

fonctionnentavecunepilestandardde9voltsouavecdes

pilesdetypeAA,maislesmodèlesdepochefonctionnent

avecdespilesboutons(n’utilisezpasdepiles

rechargeables:aveccertainsmodèlesdemultimètres,

ellesproduiraientdesrésultatsfaussés).Laplupartdes

modèlescomportentunfusible,destinéàprotéger

l’appareilcontreuneintensitédecourantouunetension

excessive(silemultimètrequevousavezachetén’étaitpas

venduavecunfusiblederechange,achetez-enun).

Évitezd’insérerdespilesrechargeablesdansvotre

multimètre:aveccertainsmodèles,l’utilisationdepiles

rechargeablesaboutitàdesrésultatsfaux.

» Unsélecteurdefonctions,souslaformed’unbouton

quevoustournezpourchoisirletypedetestàeffectuer

(tension,intensité,résistance,etc.)et,surcertainsmodèles,

laplagedevaleursquevousvoulezutiliser.Certains

multimètressontplus«multi»qued’autresetcomportent

uneouplusieursdescatégoriessuivantes:intensitéd’un

courantalternatif,capacitance,gaind’untransistor(hFE)et

testdediode.Surcertainsmodèles,lesmesuressontaussi

diviséesen3à6plagesdifférentes.Pluslaplagedevaleurs

estréduite,pluslalectureestprécise.LaFigure16-5estun

grosplansurlesélecteurd’unmultimètre.

» Despointesdetestetdesprisesdebranchement.Les

modèlesbonmarchésontmunisdepointesdetestde

basedegamme,maisvouspouvezacheterdescâbles

spiralésdequalité,quiserontextensiblesàplusd’unmètre

etsecontracterontsurunelongueursuffisammentréduite

quandvousnevousenservezpas.Vouspouvezvous

procurerégalementdesgrippe-filsàressort(voirFigure16-

2).Certainsmodèlesàpointesdetestamovibles

comportentplusdedeuxprisesdebranchement.On

branchelecâblenoirdanslapriseGROUND(masse)ou

COM,maislecâblerougedoitêtrebranchédansuneprise

différenteselonlafonctionnalitéetlaplagedevaleurs

choisies.Laplupartdutemps,l’appareilestmunid’autres

prisesd’entréepourlestestsdecondensateursetde

transistors,commedanslecoinsupérieurdroitdela

Figure16-5.

FIGURE16-5Unmultimètrenumériqueoffrediversespossibilitésdemesure.

» Unaffichagenumérique,dansuneunitéquiestfonction

delaplagedevaleursquevousavezsélectionnée.Ainsi,

parexemple,lavaleur15,2signifie15,2voltssivousavez

choisilaplagede20volts,ou15,2millivolts(mV)sivous

avezchoisilaplagede200mV.Laplupartdesmultimètres

numériquesdestinésauxamateursaffichent3½chiffres,ce

quisignifiequelerésultatestaffichésurtroisouquatre

chiffres,sachantquechacundestroischiffreslesplusà

droitepeutprendredesvaleursde0à9,maisquele

quatrièmechiffreéventuelnepeutêtreque0ou1.Ainsi,

parexemple,suruneplagede200V,lesrésultatsaffichés

serontcomprisentre00,0Vet199,9V.

Sur certainsmodèlesdemultimètres, il n’y apasdeboutonmarche/arrêt,mais lesélecteurdefonctioncomporteuneposition«arrêt».Prenezsoindesélectionnercettepositionquandvousavezfinivosmesures,afindenepas vider les piles. Si vous avez placé la sonde rouge quelque part pourmesurer l’intensité d’un courant, ne manquez pas de la remettre dans leréceptaclequivouspermetdemesurerlatensionetlarésistance:fautedequoivousrisqueriezdefairegrillerl’appareil.

Attardons-noussurlaplageSur un grand nombre de modèles de multimètres numériques (et sur laplupartdesmultimètresanalogiques),vousdevez sélectionner laplagedevaleurspourpouvoirobtenirunemesureappropriée.Ainsi,parexemple,sivousmesurez la tension aux bornes d’une pile de 9 V, vous choisirez laplagedontlavaleurmaximaleestlaplusproche,toutenrestantsupérieure,de9volts.Surlaplupartdesmodèles,cesera20Vou50V.

Sivousavezchoisiuneéchelletropgrande,lerésultatobtenuneserapasprécis(parexemple,avecuneplagede0à20V,latensionindiquéepourvotrepilede9Vserade8,27V,tandisqu’avecuneplagede0à200V,le

résultatlusera8,3V:or,vousaurezsouventbesoind’avoirlerésultatleplusprécispossible).

Si vous avez choisi une échelle trop petite, votre multimètre numériqueaffichera un 1 clignotant (ou OL), tandis que l’aiguille d’un multimètreanalogique sortirade lagraduation, au risquededétériorer le systèmedeprécision (assurez-vous plutôt de commencer avec une plage de valeursétendue,quitteà la réduiredansunsecond temps lecaséchéant).Sivousavezuneindicationhorslimiteentestantlacontinuité,celasignifiequelarésistanceestsi fortequel’appareilnepeutpas lamesurer :danscecas,vouspouvezêtresûrqu’ils’agitd’uncircuitouvert.

Un certain nombre de modèles sont autoréglables, ce qui en facilitel’utilisation. Pour mesurer une tension, par exemple, vous choisissez lafonctionnalitécorrespondante(courantcontinuoualternatif)etlorsquevousprocédez à lamesure, l’appareil sélectionne automatiquement la plage devaleurspermettantlalecturelaplusprécise.Sil’appareilvousindiqueundépassement (1ouOL,avecclignotement), cela signifieque lavaleuresttropélevéepourpouvoirêtremesurée.

ETSIVOUSAVEZBESOINDETESTERDESCOURANTSPLUSFORTS?

Sur la plupart desmultimètres numériques, lesmesures d’intensité

sont limitées à moins d’un ampère. La plage maximale est

généralement de 200 milliampères. Si vous tentez de mesurer un

courantnettementplusfort,vousrisquezdefairesauterlefusiblede

l’appareil.Uncertainnombredemultimètresanalogiques,surtoutles

plus anciens, ne peuvent mesurer une intensité supérieure

à5ampères,parfois10.

Sivoustestezdesmoteursoudescircuitsquinécessitentuncourant

important,vouspouvez trouverunmultimètreanalogiqueacceptant

une intensité plus élevée. Si vous ne disposez que d’un appareil de

mesurelimitéàuncertainnombredemilliampères,vouspourreztout

de même mesurer des courants plus forts de façon indirecte, en

utilisant une résistance faible à forte puissance. Branchez une

résistancede1Ωetde10watts en série avec votre circuit, de tellesorte que le courant à mesurer traverse cette résistance. Ensuite,

servez-vous de votre appareil comme d’un voltmètre et mesurez la

tension aux bornes de la résistance de 1Ω. Enfin, à l’aide de la loid’Ohm,calculezl’intensitéducouranttraversantlarésistance:

intensité=tension/résistance=U/1Ω

Lavaleurnominaledelarésistanceétantde1Ω,l’intensitéducourantqui la traverseauraàpeuprès lamêmevaleur (enampères)que la

tension(envolts)mesuréeàsesbornes.Notezqu’enréalité,lavaleur

de la résistanceneserapasexactementégaleà1Ω. Prévoyezdoncunemarged’erreurde5à10%,selonlatolérancedelarésistanceet

la précision du multimètre. Pour obtenir une mesure plus précise,

mesurezd’abord larésistanceréelledevotre résistancede1Ω, puisutilisezcettevaleurdans lecalculde l’intensitéducourant (àpropos

delaloid’Ohm,voirChapitre6).

Ilexisteunelimiteàcequepeuttesterunmultimètre.Cettelimites’appellesaplagemaximale.Lesplagesmaximalespour la tension,pour l’intensitéetpourlarésistancesontgénéralementlesmêmessurlesdifférentsmodèlesdestinés au grand public. Pour vos applications, n’importe quel appareildevrait faire l’affaire si ses plages maximales sont (au moins) égales àcelles-ci:

Tensioncontinue:1000V

Tensionalternative:500V

Courantcontinu:200mA(milliampères)

Résistance:2MΩ(deuxmégohms,soit2millionsd’ohms)

Initialiserlemultimètre

Avantde testervoscircuits, assurez-vousquevotremultimètre fonctionnecorrectement. Tout dysfonctionnement se traduirait par des résultatsincorrects, sans que vous en ayez nécessairement conscience. Pour testervotremultimètre,procédezcommesuit:

1. Vérifiezlapropretédessondes,àl’extrémitédes

cordonsdetest.

Silessondessontsalesoucorrodées,celapourrase

traduirepardesrésultatsfaux.Àl’aided’unnettoyeurde

contactsélectroniques,nettoyezlesdeuxextrémités,etsi

nécessairelesconnecteursdel’appareil.

2. Allumezl’appareiletréglez-lesurlafonction

ohmmètre.

Sil’appareiln’estpasautoréglable,sélectionnezuneplage

devaleursenohmspeuélevée.

3. Branchezlesdeuxcordonsdetestdanslesprises

appropriéesdel’appareil,puismettezleursdeux

extrémitésmétalliquesencontact(voirFigure16-6).

FIGURE16-6Pourêtresûrquevotremultimètrefonctionnecorrectement,joignezlesdeuxsondes

etvérifiezqu’ilindiquezéroohm.

Évitezdetouchercesextrémitésaveclesdoigts.La

résistancenaturelledevotrecorpsfausseraitlaprécisionde

l’appareil.

4. Lemultimètredoitindiquer0(zéro)ohm,ou

quasiment.

Sil’appareiln’estpaséquipéd’uneremiseàzéro

automatique,appuyezsurleboutonderéglage(Adjustou

ZeroAdjust).Surunmultimètreanalogique,tournezle

boutonderéglagejusqu’àcequel’aiguilleindique0(zéro).

Maintenezlecontactentrelesdeuxsondesetattendezune

secondeoudeuxquel’appareilindiquelezéro.

5. Sivousn’obtenezaucuneréactiondel’appareilquand

vousétablissezlecontactentrelesdeuxsondes,

vérifiezànouveauleréglagedel’appareil.

Rienneseproduitsil’appareilestréglésurlaposition

voltmètreouampèremètre.Sivousavezbienvérifiéles

réglagesetsil’appareilne

réagittoujourspas,lescordonsdetestsontpeut-être

défectueux.Lecaséchéant,réparez-lesouremplacez-les.

Silemultimètreindiquezéroohmlorsquelesdeuxsondessetouchent,vouspouvezconsidérerquevotremultimètreestétalonné.Faitescetestchaquefois que vous devez l’utiliser, surtout si vous l’éteignez entre deuxutilisations.

Sivotremultimètreestdotéde la fonctionde testdecontinuité,n’utilisezpascette fonctionpourétalonner l’appareil. Ilproduiraitun sondèsqu’ildétecterait une résistance de quelques ohms, et vous n’obtiendriez pas laprécisionvoulue.Utilisezbienlafonctionnalitéd’ohmmètre.

Utiliserlemultimètre

Quandvousvousservezdevotremultimètre,ilfautquevoussachiezquellefonctionnalitévousdevezutiliser,sivousalleztesterdescomposantsunparunoubientelleoutellepartied’uncircuit,silecircuitdoitêtrealimentéounon,etoùvousdevezplacer lessondes (ensérieouenparallèleaveccequevousalleztester).

Considérez votre multimètre comme un composant électronique de votrecircuit (ce qu’il est, d’une certaine façon). Si vous voulez mesurer unetension, il faut que votre multimètre soit branché en parallèle avec lasectionducircuitconcernée,sachantquelatensionauxextrémitésdedeuxbranches parallèles d’un circuit est toujours la même. Pour mesurerl’intensitéd’uncourant,ilfautquelemultimètresoitbranchéensérieavecla section du circuit concernée, sachant que des composants branchés ensérie sont parcourus par le même courant (pour plus de détails sur lesbranchementsensérieetenparallèle,voirChapitre4).

Lessectionsquisuiventexpliquentendétailcommentmesurer,àl’aided’unmultimètre, la tension, l’intensité et la résistance d’un circuit simplecomportantune résistanceetuneLED(diodeélectroluminescente)commeceluidelaFigure16-7.

FIGURE16-7Uncircuitsimpleconstituéd’unerésistanceetd’uneLED.

Si vous voulez assembler ce circuit et essayer votre multimètre, il vousfaut:

» QuatrepilesAAde1,5volt

» UncompartimentpourquatrepilesAA

» Unconnecteur

» Unerésistancede2,2kΩetde¼dewatt(auminimum)

(rouge-rouge-rouge)

» UneLEDrouge(detaillequelconque:pourmapart,

j’utiliseuneLEDde5mm)

» Uneplaqued’essaissanssoudure

» Unpetitcavalier

Référez-vousàlaphotodelaFigure16-7.OrientezbienlaLEDdefaçonàcequelabornecourtesoitreliéeaupôlenégatifdubloc-piles.Pourplusdedétailssurl’assemblaged’uncircuitsuruneplaqued’essaissanssoudure,consultezleChapitre15.

Cequ’ilnefautpasoublierconcernant lesplaquesd’essaissanssoudure,cesontleursconnexionsélectriquesinternes.Lescinqtrousdescolonnesaàedanslarangée10,parexemple,sontreliéslesunsauxautres,demêmequelescinqtrousdescolonnesfàjdanslamêmerangée,ettouslestrousd’un rail d’alimentation (les rails d’alimentation sont les colonnesmarquéesdusigne+oudusigne–)sontreliéslesunsauxautres.

MesurerunetensionSivousvoulezexaminerlesniveauxdetensiondansuncircuit,c’est-à-direla chutede tension entreunpoint du circuit et lamasse, il faut quevotrecircuit soit alimenté. Vous pouvez tester la tension en pratiquementn’importe quel point du circuit, et non pas simplement aux bornes de lapile:

1. Réglezl’appareilsurlebontypedevoltage(AC=

alternatifouDC=continu).

Enl’occurrence,pourvotrecircuitconstituéd’unerésistance

etd’uneLED,sélectionnezlamesured’unetensioncontinue.

2. Sivotremultimètren’estpasautoréglable,

sélectionnezlaplagedevaleursquivousdonnerale

résultatleplusprécis.

Encasd’incertitudequantàlaplagedevaleursà

sélectionner,commencezparlaplagelaplusélevée.Vous

sélectionnerezensuiteuneplagemoinsélevéesi

nécessaire.AveclecircuitdelaFigure16-7,latension

maximalequevouspouvezvousattendreàmesurerest

égaleàlatensiond’alimentation,quiestde6Venvaleur

nominale.Sélectionnezuneplagede10Voude20V(c’est-à-

direlaplage0-10Voulaplage0-20V),seloncequevotre

multimètrevouspropose.

3. Mesurezlatension.

Mettezlecordondetestnoirdel’appareilencontactavecla

connexionducircuitàlamasse,etmettezlecordondetest

rougedel’appareilencontactaveclepointducircuitau

niveauduquelvousvoulezmesurerlatension.Votre

multimètresetrouveraainsibranchéenparallèleavecla

chutedetensionentreunpointducircuitetlamasse.

4. Mesurezlachutedetensionauxbornesd’un

composantducircuit(parexemple,unerésistanceou

uneLED).

Reliezlasondenoiredumultimètreàunebornedu

composant,etlasonderougeàl’autrebornedece

composant.Votremultimètresetrouveainsibranchéen

parallèleaveclachutedetensionàmesurer.

Sivousreliezlasondenoireaupôleleplusnégatifdu

composant(c’est-à-direaupôleleplusprochedelaborne

négativedelasource)etlasonderougeaupôleleplus

positifducomposant,votremultimètreenregistreraune

tensionpositive.Sivouseffectuezlebranchementinverse,il

enregistreraunetensionnégative.

LaFigure16-8montre comment utiliser unmultimètre pourmesurer deuxchutes de tension différentes dans le circuit constitué d’une résistance etd’uneLED.Àgauche,l’appareilmesurelatensionquialimentel’ensembledu circuit. Lemultimètre indique donc 6,4V (mes piles neuves délivrentdoncune tension supérieureà leur tensionnominale).Àdroite, l’appareilmesurelachutedetensionauxbornesdelaLED,quiestde1,7V.

FIGURE16-8Mesuredechutesdetensionsuruncircuitconstituéd’unerésistanceet

d’uneLED.

Danscertainscircuits,notammentceuxqui traitent lessignauxaudio, ilsepeutquelatensiondesortiechangetroprapidementpourquelemultimètrepuissesuivrelesoscillations.Pourtesterunsignalquichangerapidement,vous avez besoin d’un analyseur logique (pour signaux numériquesseulement)oud’unoscilloscope.

Mesurerl’intensitéducourantQuandvousutilisezvotremultimètrecommeunampèremètre,pourmesurerl’intensité du courant traversant un composant, vous le branchez en sérieaveccecomposant,afinquelemêmecourantletraverse.Vousobtenezuneconfigurationtrèsdifférentedecelleduvoltmètre(voirFigure12-6).

Pourmesurerl’intensitéducourant,procédezcommesuit:

1. Réglezl’appareilsurlebontypedecourant(AC=

alternatifouDC=continu).

Enl’occurrence,pourvotrecircuitconstituéd’unerésistance

etd’uneLED,sélectionnezlamesured’uncourantcontinu.

2. Sivotremultimètren’estpasautoréglable,

sélectionnezlaplagedevaleursquivousdonnerale

résultatleplusprécis.

Encasd’incertitudequantàlaplagedevaleursà

sélectionner,commencezparlaplagelaplusélevée.Vous

sélectionnerezensuiteuneplagemoinsélevéesi

nécessaire.L’intensitéducouranttraversantuncircuit

électroniquesemesuregénéralementenmilliampères

(mA).Vouspouvezdonccommencerparuneplage

de200mAetpasserensuiteà20mAsilavaleurlueest

inférieureàcechiffre.Pourlecircuitconstituéd’une

résistanceetd’uneLED(Figure16-9),sélectionnezuneplage

de10mAoude20mA,seloncequevotremultimètrevous

propose.

3. Interrompezlecircuitlàoùvousvoulezmesurer

l’intensité.

Mettezlecordondetestnoirdel’appareilencontactavecla

connexiondevaleurlaplusfaible(laplusnégative)du

circuit,etmettezlecordondetestrougedel’appareilen

contactaveclaconnexiondevaleurlaplusforteducircuit.

Votremultimètresetrouveainsibranchéensérieavecle

composantauniveauduquelvousvoulezmesurer

l’intensitéducourant.

Danslecircuitconstituéd’unerésistanceetd’uneLED(voirFigure16-7),le courant ne peut parcourir qu’un seul chemin. Vous pouvez doncinterrompre le circuit entre deux composants, quels qu’ils soient.Pour cefaire,vouspouvez,parexemple,retirerlecavalierquirelielarésistanceàlaLED.Ensuite,pourmesurerl’intensitéducourant,mettezlasondenoiredumultimètreencontactaveclaLEDetlasonderougeaveclarésistance,commesurlaFigure16-9.

FIGURE16-9Pourmesurerl’intensitéducourant,branchezlemultimètreensérie

aveclecircuitoulecomposantconcerné.

Dans un montage en parallèle, le courant se divise en chaque nœud(connexion entre des branches du circuit). Pour mesurer l’intensité ducourant traversant une des branches, vous devez interrompre le circuit auniveau de cette branche et insérer les électrodes de votre multimètre demanière à intégrer celui-ci au circuit. Pourmesurer l’intensité du courantparcourantl’ensembled’uncircuit,branchezvotremultimètreensérieavecl’alimentationélectriquepositive.

N’oubliez pas, cependant, que les multimètres numériques ne peuventsouventpastesteruncourantsupérieurà200mA.Soyezprudent:netestezpasuncourantplusfortquecequevotreappareilpeuttester.Aprèsavoirmesuré l’intensité d’un courant, ne laissez jamais votremultimètre sur lapositionampèremètre.Vousrisqueriezdel’endommager.Prenezl’habitudedel’éteindreimmédiatementaprès.

NEFAITESPASSAUTERLEFUSIBLE!

Lesmultimètresanalogiquesetnumériquessontsouventdotésd’une

entrée séparée pour tester l’intensité. Cette entrée porte

généralement l’indication d’unité A (ampères) oumA (milliampères).

Sur certains modèles, il existe une autre entrée pour tester les

courantsplusforts,supérieursà10ouà20ampères.Lemultimètre

de la Figure 16-5 possède deux entrées pour tester l’intensité, ces

entréesétantdésignéesrespectivementmAet20A.

Prenezsoindechoisirlabonneentréeavantdemesureruneintensité.

Fautedequoi,vousrisqueriezsoitdefairesauterunfusible(dansle

meilleurdescas),soitd’endommagervotreappareil(cequiseraitbien

plusennuyeux).

MesurerlarésistanceAveclafonctionohmmètre,vouspouvezeffectuertoutessortesdetestsderésistance. Vous pouvez bien entendu tester des résistances, pour vérifierleur valeur ou pour savoir si elles ont subi une dégradation, mais vouspouvez aussi tester des condensateurs, des transistors, des diodes, desinterrupteurs,desfilsélectriquesetd’autrescomposantsencore.Toutefois,aupréalable,prenezsoind’initialiservotreohmmètre.

Sivotremultimètreestdotéde fonctionnalités spécifiquespour testerdescondensateurs,desdiodesoudes transistors,nousvousrecommandonsdevous en servir plutôt que d’appliquer les méthodes présentées dans lessectionsquisuivent.Aucontraire,sivouspossédezunmultimètredépourvudecesoptions,cequisuitvousserasansdoutetrèsutile.

TesterdesrésistancesUnerésistanceestuncomposantquiréduitlecouranttraversantuncircuit(pourplusdedétails,voirChapitre5).Ilestparfoisnécessairedevérifierquelavaleurnominaleinscritesurlarésistanceestcorrecte.Ilsepeutaussique vous vouliez savoir si une résistance qui a gonflé ou qui porte destracesdebrûlureestencorebonne.

Pourtesterunerésistanceàl’aided’unmultimètre,procédezcommesuit:

1. Coupezlecourantavantdetoucheraucircuit,puis

débranchezlarésistancequevousvouleztester.

2. Réglezvotremultimètresurlapositionohmmètre.

Sivotremultimètren’estpasautoréglable,commencezpar

uneplagedevaleursélevéeetréduisezensuiteaubesoin.

3. Placezlesélectrodesdetestauxdeuxextrémitésdela

résistance.

Peuimportequelleélectrodevousmettezencontactavec

uneextrémité,sachantquelesrésistancesnesontpas

sensiblesàlapolarité.

Prenezgardedenepastoucherlesextrémitésmétalliques

dessondes,nilesterminaisonsdelarésistance.Enles

touchant,vousajouteriezlarésistancedevotrecorpset

vousobtiendriezunrésultaterroné.

Larésistanceindiquéeparl’appareildoitêtreunevaleurcomprisedanslamargedetolérancedelavaleurnominaleinscritesurlecomposant.Sivoustestezunerésistancedontlavaleurnominaleestde1kΩavecunetolérancede 10 %, par exemple, le test doit donner un résultat comprisentre 900 et 1 100Ω.Unemauvaise résistance, c’est soit une résistancecomplètementouverteàl’intérieur(auquelcaslemultimètreindiqueraunerésistanceinfinie),soitunerésistancecourt-circuitée(auquelcasl’appareilindiquera0Ω),ouencore,unerésistancedont lavaleurdépasselamargedetoléranceindiquée.

TesterdespotentiomètresAveclafonctionohmmètre,vouspouvezaussitesterunpotentiomètre,quin’est autre qu’une résistance variable (à propos des potentiomètres, voirChapitre5):

1. Coupezlecourantavantdetoucheraucircuit,puis

retirezlepotentiomètre.

2. Réglezvotremultimètresurlapositionohmmètre.

Sivotremultimètren’estpasautoréglable,commencezpar

uneplagedevaleursélevéeetréduisezensuiteaubesoin.

3. Placezlesélectrodesdetestsurdeuxdesbornesdu

potentiomètre.

Selonlesbornesquevouschoisirez,vousobtiendrezundes

résultatssuivants:

• Sivousappliquezuneélectrodeàunebornefixe

(point1)etl’autreaucurseur,oubornevariable

(point2),commelemontrelaFigure16-10,la

résistanceaugmenteraquandvoustournerezle

boutondupotentiomètredansunsens,etelle

diminueraquandvousletournerezdansl’autresens.

• Sivousappliquezuneélectrodeaucurseur(point2)

etl’autreélectrodeàl’autrebornefixe(point3),la

résistancevarieraensensinverse.

• Sivousbranchezlesélectrodesdumultimètreaux

deuxbornesfixes(points1et3),l’appareilindiquera

larésistancemaximaledupotentiomètre,quelque

soitleréglagedecelui-ci.

Toutentournantleboutondupotentiomètre,nemanquezpasderemarqueruneéventuellevariationsoudainedelarésistance,quiserait lesigned’undéfaut.Sicelaseproduisait,ilfaudraitremplacerlepotentiomètre.

FIGURE16-10Branchezlesélectrodesdetestàlapremièreborneetàlaborne

centrale,puisàlabornecentraleetàlatroisièmeborne,puisàlapremièreetàla

troisièmebornedupotentiomètre.

TesterdescondensateursUn condensateur sert à stocker l’énergie électrique pendant un laps detemps court (à propos des condensateurs, voir Chapitre 7). Si votremultimètre ne possède pas de fonction spécifique pour tester lescondensateurs,vouspouveztoujoursvousservirdelafonctionohmmètre.

Pourtesteruncondensateur,procédezcommesuit:

1. Avantdetesteruncondensateur,n’omettezpasdele

déchargercomplètement.

Uncondensateurdegrandedimensionpeutconserverune

chargeélectriquependantunepériodeprolongée,même

unefoislecourantcoupé.

Pourdéchargeruncondensateur,reliezsesdeuxbornesà

undispositifdedécharge,aussiappelérésistancedesaignée,

constituétoutsimplementd’uneforterésistance

(de1ou2MΩ)etd’unfilélectrique,commel’illustrela

Figure16-11.Cetterésistanceévitequelecondensateursoit

encourt-circuit,cequilerendraitinutilisable.

FIGURE16-11Achetezoufabriquezundispositifdedécharge,utilisablepourdrainerl’excèsdecharged’uncondensateur.

2. Enlevezlarésistance.

3. Sélectionnezlafonctionohmmètreetmettezles

extrémitésdesélectrodesdetestencontactavecles

bornesducondensateur.

Tantquelecondensateurn’estpaspolarisé,peuimporte

dansquelsensvousbranchezlesconnexions.Enrevanche,

sivoustestezuncondensateurpolarisé,connectezle

cordonnoiràsabornenégativeetlecordonrougeàsa

bornepositive(leChapitre7expliquecommentdéterminer

lapolaritéd’uncondensateur).

4. Attendezunesecondeoudeux,puisnotezlerésultat.

Vousobtiendrezundesrésultatssuivants:

• unevaleurinfiniepourunboncondensateur;

• unzérosilecondensateurestencourt-circuit;

• unevaleurentrezéroetl’infinipeutêtrelesigned’un

condensateurdéfectueuxouayantperdusacapacité

deretenirunecharge.

Cetestnevouspermetpasdesavoirsi lecondensateurestouvert,cequipeut se produire si ce composant est endommagé ou si son diélectrique(partieisolante)estdesséchéoufuit.Danslecasd’uncondensateurouvert,l’ohmmètre indique une valeur infinie, comme dans le cas d’un boncondensateur.Pouruntestprobant,utilisezunmultimètredotédelafonctiondetestdecondensateurs.

TesterdesdiodesUnediode est un composant semi-conducteur laissant le courant circulerdansunseulsens(pourplusdedétailssurlesdiodes,voirChapitre9).Sivotremultimètren’estpasdotéd’unefonctionnalitéparticulièreconcernantles diodes, vous pouvez cependant tester la plupart des diodes en vousservantdesafonctiond’ohmmètre.

Pourtesterunediode,procédezcommesuit:

1. Réglezvotreappareilsuruneplagedevaleursde

résistanceréduite.

2. Reliezlecordonnoiràlacathode(bornenégative,

repéréeparunebande)etlecordonrougeàl’anode

(bornepositive).

Lemultimètredoitalorsindiquerunefaiblerésistance.

3. Ensuite,inversezlescontacts,etvousdevezobtenir

l’indicationd’unerésistanceinfinie.

Si vous n’êtes pas sûr de l’orientation de votre diode, vous pouvez vousservir devotremultimètrepour identifier l’anode et la cathode.Testez larésistance de la diode avec les branchements réalisés dans un sens, puisdansl’autre.Quandvouslisezlerésultatlepluspetit, lecordonrougeestreliéàl’anodeetlecordonnoiràlacathode.

TesterdestransistorsUn transistor bipolaire est essentiellement constitué de deux diodesréunies,commel’illustrelaFigure16-12(pourformeruntransistorPNP,oninverse les deux diodes). Si votre multimètre ne possède pas defonctionnalité spécifique pour tester les transistors ni les diodes, vouspouvezvous servirde sa fonctionnalitéd’ohmmètrepour tester laplupartdes transistors bipolaires, à peu près de la même manière que pour lesdiodes:sélectionnezuneplagedevaleursréduites,puistestezchacunedesdiodesdevotretransistor.

FIGURE16-12Untransistorbipolaireestl’équivalentd’unmontagededeuxdiodes.

N’utilisez cette procédure de test qu’avec les transistors bipolaires.L’utilisation d’un multimètre peut causer des dommages irréversibles àcertainstypesdetransistors,enparticulierlestransistorsàeffetdechamp(TEF).Sivousn’êtespassûrdutypedetransistorquevousavezentrelesmains, vérifiez-le dans une documentation avant de procéder au moindretest.Pourtrouverladocumentationappropriée,effectuezunerecherchesurInternet, à partir du numéro d’identification du composant (saisissez parexemple«2n3906datasheet»).

PourtesteruntransistorNPN(commeceluidelaFigure16-12),procédezcommesuit:

1. Réglezvotreappareilsuruneplagedevaleursde

résistanceréduite.

2. Reliezlecordonnoiraucollecteurdutransistoretle

cordonrougeàlabase.

Lemultimètredoitalorsindiquerunefaiblerésistance.

3. Inversezlescontacts.

Lemultimètredoitindiquerunerésistanceinfinie.

4. Branchezlecordonnoirsurl’émetteuretlecordon

rougesurlabase.

Lemultimètredoitindiquerunefaiblerésistance.

5. Inversezlescontacts.

Lemultimètredoitindiquerunerésistanceinfinie.

PouruntransistorPNP,lesmesuressontàl’opposédecequ’ellessontpouruntransistorNPN.

TesterdesfilsetdescâblesVous pouvez utiliser la fonction ohmmètre de votre multimètre poureffectuerdestestsdecontinuitésurdesfilsetdescâbles,pourdétecterdesruptures, des faux contacts et des courts-circuits, ou une continuitéindésirableentredeuxfilsdansuncâble.

Pour tester la continuité dans un fil unique, mettez les électrodes dumultimètre en contact avec les deux extrémités du fil et sélectionnez uneplage de valeurs réduite.Vous devez obtenir comme résultat 0Ω, ou unevaleur très faible. Un résultat supérieur à quelques ohms serait le signed’une rupture quelque part sur le fil, avec pour conséquence un circuitouvert.

Pourdétecteruncourt-circuit,c’est-à-direuncontactélectriqueindésirableentre deux fils, sélectionnez la fonction ohmmètre, mettez une des deuxélectrodesdetestencontactavecuneextrémitédénudéed’undesdeuxfilsetl’autreélectrodeavecuneextrémitédel’autrefil.Sivousobtenezcommerésultat0Ω,ouunevaleurtrèsfaible,ilyasansdouteuncourt-circuit.Unrésultatplusélevéindiquegénéralementqu’iln’yapasdecontactentrelesdeuxfils.Ànoterquevousobtiendrezpeut-êtreautrechosequ’unevaleurinfiniesilesfilssonttoujoursbranchésàvotrecircuitaumomentdutest.

MÊMEUNFILCONDUCTEUROPPOSEUNERÉSISTANCEÀLACIRCULATIONDESÉLECTRONS

Pourquoin’obtient-onpas toujours0Ωquandon teste la résistanced’un fil électrique, et surtout d’un fil long ? Tout circuit électrique

présenteunecertainerésistanceàlacirculationdesélectrons.Même

un fil court a une résistance, mais qui est généralement bien

inférieure à 1 Ω. Cela n’empêche pas de tester la continuité ni de

détecteruncourt-circuit.

Cependant,plusunfilestlong,plusgrandeestsarésistance,surtout

sic’estunfildepetitdiamètre.Généralement,plus lefilestépaiset

plussarésistanceparunitédelongueurestfaible.Mêmesil’appareil

n’indiquepas0Ωexactement,vouspouvezsupposerquelacontinuité

estcorrectetantquelavaleurindiquéeesttrèsfaible.

TesterdesinterrupteursUn interrupteur mécanique peut s’encrasser ou s’user, parfois même secasser,etdoncneplusêtrefiableoumêmenepluslaisserpasserlecourant.

LeChapitre8décritquatretypesd’interrupteursclassiques:l’interrupteursimple (SPST), l’inverseur simple (SPDT), l’interrupteur simple à deuxpôles(DPST)etl’interrupteurdouble(DPST).Selonletyped’interrupteur,ilyaurazéro,uneoudeuxpositions«arrêt»,etilpeutyavoiruneoudeuxpositions«marche».

Pourtestercestypesd’interrupteurs,vouspouvezvousservirdelafonctionohmmètredevotremultimètre.Nemanquezpasdevous familiariseraveclespositionsetaveclesbornesdel’interrupteurquevousvouleztester,etfaites un test pour chaque cas de figure. Pour chaque combinaisonentrée/sortie en position « arrêt »,mettez les sondes en contact avec lesbornes de l’interrupteur. La valeur affichée doit être l’infini. Avecl’interrupteur en position « marche », vous devez obtenir commerésultat0Ω.

Pour plus de facilité, retirez l’interrupteur du circuit avant de le tester.Sinon, le multimètre n’indiquera peut-être pas une valeur infinie quandl’interrupteurseraenposition«arrêt».Sivousobtenezcommerésultatunecertaine valeur, autre que 0, vous pouvez considérer que l’interrupteurfonctionne correctement et qu’en position « arrêt », vous avez bien un

circuitouvert.

TesterdesfusiblesLerôled’unfusibleestdeprotégeruncircuitcontrelesdégâtsquepourraitprovoquer un courant excessif et, plus important, d’éviter le risqued’incendie en cas de surchauffe. Quand un fusible saute, cela donne uncircuitouvert.Lefusiblenepeutplusjouersonrôleprotecteuretdoitêtreremplacé. Pour tester un fusible, utilisez la fonction ohmmètre de votremultimètreetmettezunedesdeuxélectrodesdetestencontactavecunedesdeux extrémités du fusible. Si l’appareil indique une valeur infinie, celasignifiequevotrefusiblen’estplusbon.

Effectuerd’autrestestsavecvotremultimètreLes multimètres numériques comportent souvent des fonctionnalitéssupplémentaires permettant de tester des composants tels quecondensateurs, diodes et transistors.Vous obtenez alors des résultats plusfiables qu’avec les mesures de résistance dont il était question dans lasectionprécédente.

Sivotremultimètrecomporteunefonctionnalitédetestdecondensateur, ilafficheralavaleurducomposant,c’est-à-diresacapacité.Celapeutbeletbienservir, sachantque tous lescondensateursne sontpasconformesauxnormes d’identification de l’industrie. Les spécifications varient d’unmodèle à un autre. Pour connaître la procédure exacte, reportez-vous aumanuel d’utilisation de votre multimètre. En reliant le condensateur auxpointesdetest,prenezgardedebienrespecterlapolarité.

Sivotremultimètrecomporteunefonctionnalitédevérificationdesdiodes,vouspouveztesterunediodeenmettantlecordondetestrougeencontactavecsonanode(bornepositive)etlecordonnoirencontactaveclacathode(borne négative). Vous devez obtenir comme résultat une valeur assezréduite,maisnonnulle(parexemple0,5).Inversezensuitelesélectrodes,etvous devriez obtenir une valeur dépassant la plage maximale. Si vousobtenez deux valeurs nulles ou deux valeurs hors limite, votre diode estsansdoutedéfectueuse(court-circuitéeououverte).

Vouspouvezvousservirdelafonctionnalitédevérificationdesdiodespourtesterdestransistorsbipolairesàjonction,untransistordecetypepouvantêtreassimiléàunepairedediodes(voirFigure16-12).

Si votre multimètre comporte une fonctionnalité de vérification destransistors, suivez la procédure indiquée dans lemanuel d’utilisation. Eneffet,cetteprocédurepeutvarierd’unmodèleàunautre.

Utiliserunmultimètrepourvérifiervoscircuits

Undesprincipauxavantagesdumultimètreestqu’ilvouspermetd’analyserles forces et les faiblesses de vos circuits. À l’aide de ses différentesfonctionnalités de test, vous pouvez vérifier le bon fonctionnement descomposantsetvousassurerd’avoirlatensionet l’intensitéducourantquevous devez normalement obtenir. Tôt ou tard, de façon inévitable, lepremier essai d’un de vos circuits sera un échec, mais votre multimètrevouspermettradecernerleproblème.

Pour résoudre un problème de dysfonctionnement dans un circuit, notezd’abordsurleschémaducircuitlavaleurdechaquecomposant,ainsiqueles niveaux de tension calculés en divers points du circuit et l’intensitéthéoriqueducourantdanschaquebranche(souvent,cetteétapedemarquagepermetdéjàdecorrigeruneoudeuxerreursdecalcul).Ensuite,servez-vousdevotremultimètrepourvérifiercesvaleurs.

Voiciunepetitelistedevérificationsàeffectuer:

» levoltagedel’alimentationélectrique;

» lerôleetlavaleurréelledechaquecomposant(horsdu

circuit);

» lacontinuitéducâblage;

» lesniveauxdetensionendiverspointsducircuit;

» lesniveauxd’intensitéducouranttraversantles

différentespartiesducircuit(sansdépasserlesniveaux

d’intensitétolérésparvotremultimètre).

En procédant pas à pas, vous testez les différents composants et lesdifférentes parties de votre circuit et vous réduisez progressivementl’ensemble des sources possibles du problème, jusqu’à pouvoir enidentifier la cause ou conclure à la nécessité de requérir l’aide d’unprofessionnel (de préférence, l’aide de votre bien aimé gourou del’électronique).

V

Chapitre17Deformidablesapplicationsquevouspouvezréaliserenmoinsd’unedemi-heure

DANSCECHAPITRE:

» Créerdesclignoteursetdesclignotants

» Bricolerunealarmeoudeux

» Fabriquerunesirèneréglable

» Produiredusonavecvotrepropreamplificateur

» Concevoirunesignalisation

» Fairedelabellemusique

oseffortspourmaîtriser l’électronique sontvraimentpayants,dès lorsque vous êtes capable de réaliser une ou deux applications. Dans cechapitre, vous allez étudier des gadgets électroniques intéressants et

éducatifs qu’il vous sera possible de fabriquer en l’espace d’une demi-heureàpeine.Nousavonschoisicesapplicationspourleurcôtéattractifetpourleursimplicité.Jemesuispréoccupéeduprixdescomposants,sibienque même l’application la plus chère vous coûtera moins de 15 euros àfabriquer.

Je vous conseille de commencer par le premier projet, pour lequel lesprocédures sont plus détaillées. Ensuite, vous devriez être capable deréaliserlerestevous-même,d’aprèslesschémas.Sivousavezbesoind’unrappel sur la schématique, reportez-vousauChapitre11. Pour les notionsessentielles relatives aux circuits, consultez le Chapitre 3. Enfin, si vosapplications ne fonctionnent pas comme prévu (cela arrive même aux

meilleurs d’entre nous), référez-vous au Chapitre 16, armez-vous d’unmultimètreetpartezàlachasseauxdysfonctionnements!

Pouravoirtoutdesuitecequ’ilvousfaut

Toutes les applications de ce chapitre, à l’exception du compasélectronique, peuvent être réalisées sur uneplaqued’essais sans soudure.Bienentendu,vouspouveztoutaussibienlesréaliseravecdessouduressuruneplaquenormale,sivousvoulezlesconserver.Pourplusdedétailssurlessupportsd’assemblagedescircuits,ousivousavezdesdifficultésavecuneapplication,reportez-vousauChapitre15.

Sauf précision contraire, conformez-vous aux règles qui suivent pourchoisirvoscomposants:

» Touteslesrésistancesserontde¼oude⅛dewattetleurtoléranceserade5%oude10%.

» Touslescondensateursaurontunetensionnominaled’au

moins25V.Pourchaqueapplication,letypede

condensateurnécessaire(disque,électrolytiqueouau

tantale)estindiquédanslalistedeséléments.

Pour des éclaircissements concernant les composants à utiliser dans cesapplications, reportez-vous auxChapitres 4 à 7 et 9 à 12.Vous trouverezdesprécisionssur les interrupteursdans leChapitre4,desdétails sur lesrésistances et la loi d’Ohm aux Chapitres 5 et 6, et un cours sur lescondensateurs au Chapitre 7. Le Chapitre 9 présente les diodes, leChapitre10lestransistors.Deuxdescircuitsintégrés(CI)utilisésdanscesapplicationssonttraitésauChapitre11.Lesfils, sourcesd’alimentationetautres éléments tels que capteurs, haut-parleurs, ronfleurs sont étudiés auChapitre12.

Faireclignoterdeslumières

Votre première mission – si vous l’acceptez – consistera à réaliser uncircuitcomportantunediodeélectroluminescente(LED)quiclignote.Celapeut sembler facile (et c’est effectivement facile, grâce au CI deminuterie 555), mais encore faut-il que vous réussissiez à assembler uncircuit complet, à limiter le courant pour que la LED ne grille pas, et àréglerunebasede tempspourque le courant circulepar intermittencedetellesortequelalumièreclignote.Unefoisvotremissionaccomplie,vousmodifierez ce circuit pour fabriquer un clignotant constitué de plusieursLED,quevouspourrezmonteràl’arrièredevotrevélopoursignalervotreprésenceauxautomobilistes.

Si vous avez déjà assemblé des circuits sur une plaque d’essais sanssoudure(ensuivantlesinstructionsdonnéesdansleschapitresprécédents),vous êtes maintenant déjà un(e) pro, ou presque. Vous n’avez alors pasbesoindesinstructionsdétailléesquisuivent,maisilresteconseillédeleslire.J’expliquenotammentcommentchoisir lescomposantsdecepremiercircuit.

Lecircuitdeclignotement555examinédeplusprèsLaFigure17-1estleschémaélectroniqueducircuitd’uneLEDclignotante(pourunrappelconcernantlalecturedesschémasélectroniques,consultezleChapitre14).Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9volts(avecunconnecteur)

» CI1:unCIdeminuterieLM555

» R1:unpotentiomètrede1MΩ

» R2:unerésistancede47kΩ(jaune-violet-orange)

» R3:unerésistancede330Ω(orange-orange-marron)

FIGURE17-1Schémaducircuitd’uneLEDclignotante.

» C1:uncondensateurélectrolytique(polarisé)de4,7μF

» C2:uncondensateurdisque(nonpolarisé)de0,01μF

» LED:unediodeélectroluminescente(peuimportentla

tailleetlacouleur)

Avant d’assembler ce circuit de LED clignotante, il n’est pas inutile decommencerparuneanalyserapidepourcomprendreprécisémentcommentilfonctionne.

L’élément essentiel de ce projet de lumière clignotante (et de plusieursautres projets de ce chapitre) est le CI de minuterie 555. Vous pouveztrouverplusieursutilisationsàcetélémentpolyvalent,commel’expliqueleChapitre11.Pour la présente application, laminuterie 555 est configurée

comme un multivibrateur astable (c’est-à-dire tout simplement unoscillateur) produisant une série continue de pulsations à intervallesréguliers, comme un métronome électronique. La sortie du CI deminuterie555,surlabroche3,vaserviràtransmettreàlaLEDuncourantintermittent.

LimiterlecouranttraversantlaLEDLapetite résistanceR3 joueun rôle important, elle limite le courantpouréviter que votre LED grille. La tension de sortie sur la broche 3 de laminuterie555oscilleentre9V(latensiond’alimentationpositive)durantlapulsationet0Ventredeuximpulsions.

En supposant que la tension directe aux bornes de la LED estd’environ2,0V (valeur type),on saitquedurant lapulsation, lachutedetension aux bornes de la résistanceR3 est voisine de 7V.On obtient cerésultatenretranchantaux9Vdelabroche3lachutedetensionde2Vauxbornesde laLED.Onpeutensuiteutiliser la loid’Ohm(voirChapitre6)pour calculer l’intensité du courant traversant R3, laquelle est égale àl’intensitéducouranttraversantlaLED:

Intensité=tension/résistance

=7V/330Ω≈0,021A=21mA

VoilàuncourantquineferapasdemalàvotreLED!

ContrôlerlerythmedelapulsationCommel’expliqueleChapitre11,lapériodedelapulsationproduiteparleCIdeminuterie555ainsiquel’intervalledetempspendantlequelladiodeestalluméeetéteinteestcontrôléepar lesdeuxrésistancesR1etR2et lecondensateurC1branchésauCIdeminuterie555.Danscetteapplication,un potentiomètre vous permet de faire varier R1, et donc le rythme duclignotement.Vouspouvezdoncpasseràvolontéd’unrythmedevalselenteàunrythmerapidedesamba.

La période, T, est le temps total pendant lequel se déroule l’oscillation(mouvementascendantetdescendant)associéeàunepulsation:

T=0,693x(R1+2R2)xC1

Pour avoir une idée de la fourchette des périodes générées par laminuterie555,affecteztoutd’abordàR2lavaleur47000(soit47kΩ)etàC1lavaleur0,0000047(soit4,7μF)dansl’équationdeT.Ensuite,calculezla borne inférieure de l’intervalle de temps en remplaçantR1 par 0, puiscalculezlabornesupérieureenremplaçantR1par1000000.L’intervallede tempsdevrait varierde0,3 secondeà3,6 secondes àpeuprès, quandvousfaitespasserlepotentiomètrede0Ωà1MΩ.

MonteruncircuitdeLEDclignotantePourvoirsilalumièreclignoteaurythmequevousavezcalculé,assemblezlecircuitdeLEDclignotanteetfaitesunessai!Aidez-vousdelaFigure17-2.S’ils’agitdevotrepremiercircuit,suivezlesinstructionsdétailléesdanscettesection.

Remarquez que les connexions à la borne positive de la sourced’alimentationsontréaliséessurlapartiesupérieuredelaplaqued’essais,et que les connexions à la masse (à la borne négative de la sourced’alimentation)sontréaliséessurlapartieinférieuredelaplaque.

Quandvousassemblezuncircuit suruneplaqued’essais sans soudure enutilisant simplement un interrupteur et quelques sections de fil électrique,commesurlaFigure17-2,ilestplusfaciled’utiliserl’énergied’unepile.Utilisezuninverseursimple(SPDT)pourrelierlabornepositivedelapileau rail d’alimentation positive de la partie supérieure (au Chapitre 4,j’explique leprocessus endétail).Ensuite, établissezuneconnexionentreles rails d’alimentation positive de la partie supérieure et de la partieinférieure de la plaque en utilisant du fil rouge, et entre les railsd’alimentationnégativedelapartiesupérieureetdelapartieinférieuredelaplaqueenutilisantdufilnoir,afinqu’ilyaitunealimentationaussibienàlapartiesupérieurequ’àlapartieinférieuredelaplaque.

Pourpouvoirassemblercecircuit,procédezcommesuit:

1. Réunissezàl’avancetouslesélémentsdontvousallez

avoirbesoin.

FIGURE17-2UncircuitdeLEDclignotantemontésuruneplaqued’essaissanssoudure(la

numérotationdesbrochesduCIdeminuterie555aétéajoutée).

Rienn’estpirequ’avoircommencéunprojetetdedevoir

l’interrompreàmi-cheminparcequ’ilmanquequelque

chose!

2. Introduisezavecprécautionlapucedeminuterie555

aumilieudelaplaque.

Engénéral,onplaceunCIàchevalsurl’espacevidedu

milieudelaplaque,l’encocheorientéeverslagauche.

3. IntroduisezlesdeuxrésistancesfixesR2etR3surla

plaque,envousconformantauschémaetàla

Figure17-2.

4. IntroduisezlesdeuxcondensateursC1etC2surla

plaque,envousconformantauschémaetàla

Figure17-2.

CommecelaaétémentionnéauChapitre11,lesbroches

desCIsontnumérotéesdanslesenscontrairedesaiguilles

d’unemontreàpartirdel’encoche.SivousavezplacéleCI

deminuterie555enorientantl’encocheducôtégauche,les

connexionsdesbrochesseprésententdonccommesurla

Figure17-2.

Nevoustrompezpasdansl’orientationducondensateur

polarisé.Labornenégativedoitêtreraccordéeàlamasse.

5. Soudezdesfilsaupotentiomètre(R1)pourpouvoirle

relieràlaplaque.

Utilisezdufilmonobrindecalibre22.Peuimportela

couleur.Ànoterquelepotentiomètreatroisconnexions.

L’une(àl’uneoul’autredesextrémités)vaàlabroche7du

555,lesdeuxautressontréuniesetraccordéesàlaborne

positivedelasourced’alimentation.

6. ConnectezlaLEDcommel’indiquentleschémaetla

photo.

EnimplantantlaLED,respectezlabonneorientation:

raccordezlacathode(labornenégative,lapluscourte)àla

masse.Vérifiezsurl’emballage.SivousbranchezlaLED

danslemauvaissens,ilnesepasserariende

dommageable,maisellenes’allumerapas.Danscecas,

débranchez-laetrebranchez-ladansl’autresens,tout

simplement.

7. Utilisezdufilmonobrindecalibre22,depréférence

précoupéetdénudé,pourterminerlesconnexions.

Aidez-vousdelaFigure17-2pourbranchercesfilsde

liaison.

8. Avantdemettrelecircuitsoustension,vérifiezvotre

montage,plutôtdeuxfoisqu’une.Comparez

soigneusementchaquebranchementdefilauschéma.

9. Enfin,branchezlapilede9Vàlatraverse

d’alimentationpositiveetàlatraversedemassedela

plaqued’essais.

Lebranchementestplusfacileàfairesivousutilisezune

attachedepile(doublecosse)comportantdeuxfilsdéjà

dénudés.Sivoussoudezdesfilsmonobrinsdecalibre22à

l’extrémitédecesdeuxfils,vouspourrezplusfacilement

établirlecontactaveclaplaque.N’oubliezpasquelefil

rougedel’attachedepileestlabornepositive,etquelefil

noirestlabornenégativeoulamasse.

ToutvérifierLorsque vousmettez le circuit sous tension, la LED doit s’allumer. Pourmodifierlavitesseduclignotement,tournezleboutondupotentiomètreR1.Si lecircuitnefonctionnepas,débranchezlapileetvérifiezunenouvellefoisvosbranchements.

Vérifiezquevousn’avezpasfaitunedeserreurssuivantes:

» CI555branchédanslemauvaissens:Cequipeut

l’endommager,etilfaudraitalorsessayeravecun

autre555.

» LEDbranchéedanslemauvaissens:Retirez-laet

inversezlesbranchements.

» Filsetterminaisonsinsuffisammentenfoncésdansles

embasesdelaplaqued’essais:Vérifiezquechaque

extrémitédefilestbienenfichéedanslaplaqueetqu’iln’y

apasdefauxcontact.

» Valeurincorrected’uncomposant:Vérifiezplutôtdeux

foisqu’une,pourêtrebiensûr!

» Pilemorte:Essayezavecuneautrepile.

» Circuitmalcâblé:Demandezàunamidevérifier.Un

autreœilvoitparfoisleserreursquenousnevoyonspas

nous-mêmes.

À l’aide de votre multimètre, vous pouvez tester dans votre circuit lestensions,l’intensitéetlesrésistances.Commel’expliqueleChapitre16,cestestsvouspermettentdetrouverlacausedesproblèmesquevousrencontrezsur un circuit, de savoir si votre pile n’est pas trop déchargée, si votredioden’estpashorsd’étatdefonctionner,etc.

Si vous deviez fabriquer un circuit que vous ne connaissiez pas encore,prenez la bonne habitude de l’assembler d’abord sur une plaque d’essaissanssoudure.Souvent,avantquevotrecircuitfonctionnecorrectement,vousserezobligédetâtonner.Unefoisquelecircuitfonctionnecommevouslevoulez, vouspouvez faire en sorte qu’il dure,mais prenezvotre temps etn’oubliez pas de vérifier à deux, voiremême à trois reprises tout ce quevous venez de faire.Ne vous inquiétez pas, vous serez vite rompu à cestechniques.

FabriquerunfeuclignotantdevéloVouspouvezperfectionnerlecircuitsimpledeLEDclignotanteetfabriquer,pour un coût très modique, un feu clignotant à plusieurs LED qui vousassurerauneplusgrandesécuritéquandvousroulerezàvélo.Oubien,vouspourrezfixercedispositifsurvotreT-shirtpourimpressionnervosamis.

ExaminezlecircuitdelaFigure17-3.ÀpartlesLEDsupplémentairesàlasortieduCIdeminuterie555etl’utilisationd’unerésistancefixeàlaplace

d’unpotentiomètrepourR1,cecircuitsembleidentiqueàceluidelasectionprécédente.C’est en effet lemême circuit, exception faite des valeurs deR1,R2etC1,quisontlesélémentsdontdépendlerythmedelapulsation,etdoncduclignotementdesLED.

FIGURE17-3Circuitpourunelumièreclignotanteàl’arrièred’unvélo.Lesvaleursde

R1,R2etC1sontchoisiesdemanièreàobtenirunrythmedepulsationrapidepourle

clignotementdesLED.

Pour cette lumière clignotante, il faut que les LED clignotent rapidement,mais pas au point qu’on ait l’impression qu’elles sont constammentallumées.LesvaleursindiquéespourR1,R2etC1produisentunintervallede temps d’à peu près deux pulsations par seconde (soit 2 Hz). Je voussuggère aussi d’utiliser des LED extra claires. Elles sont similaires auxLED classiques, si ce n’est que des alvéoles en plastique donnentl’impressiond’unelumièreplusforte.

Lalistedesélémentsnécessairesestlasuivante:

» Unepilede9volts(avecunconnecteur)

» CI1:minuterieLM555

» R1,R2:résistancesde1kΩ(marron-noir-rouge)

» R3:unerésistancede330Ω(orange-orange-marron)

» C1:uncondensateurélectrolytique(polarisé)de220μF

» C2:uncondensateurdisque(nonpolarisé)de0,01μF

» LED1àLED8:diodesélectroluminescentesextraclaires

(de5mm,peuimportelacouleur)

Si vous voulez changer le rythme du clignotement, essayez différentesvaleurs pourR1 (ou pour R2, ou pourC1). Avec une valeur de 220 Ω(rouge-rouge-marron) pour les résistances R1 et R2, par exemple, lafréquenceduclignotementserad’environ10Hz.N’oubliezpasd’ajouteruninterrupteur marche/arrêt pour préserver la pile si vous conservez cecircuit.

Unealarmephotosensiblepourpiégerlesintrus

La Figure 17-4 est le schéma électronique d’une alarme photosensible.L’idéede cette applicationest simple : l’alarme sonnequand il y ade lalumière.

Le circuit est conçu autour d’une puce de minuterie 555 qui sert degénérateurde sons.Laminuterie555est configurée commeunoscillateur(unefoisdeplus),etlesvaleursdeR3,R4etC1sontchoisiesdemanièreàcréer (sur la broche 3) un train d’impulsions en sortie à une fréquencecomprisedanslespectreaudible(entre20Hzet20kHz).

Il convient de noter que la broche de remise à zéro (broche 4) de laminuterie555n’estpasreliéeàl’alimentationpositivecommec’étaitlecasdans les circuits d’oscillateurs 555 présentés précédemment dans cechapitre.Ils’agitlàd’unpointimportant,carsilabrochederemiseàzéroestsoumiseàunetensionrelativementélevée, laminuterie555continuerad’osciller (et le haut-parleur de produire un son) aussi longtemps que le

circuitseraalimenté.Enrevanche,siunefaibletensionestappliquéeàcettebroche, le circuit interne de la minuterie 555 sera réinitialisé, la sortie(broche3)seraàl’étatbasetlehaut-parleurseramuet.

Par conséquent, pour que la minuterie 555 fasse résonner l’alarmeseulementenprésencedelumière,ilfautuninterrupteurphotosensible,quiservira à contrôler la broche de remise à zéro. Cet interrupteurphotosensible est présenté dans la partie gauche de la Figure 17-4 sousformedecombinaisond’unephotorésistanceetd’untransistor.

FIGURE17-4Schémaélectroniqued’unealarmephotosensible.

LetransistorQ1jouelerôled’uninterrupteur:tantôtilconduitlecourant,tantôtilneleconduitpas(nousverronsplusloincommentilestcontrôlé).Le contrôle de la broche de remise à zéro de la minuterie 555 par letransistorQ1fonctionnedelafaçonsuivante:

» Quandletransistorneconduitpasdecourant,la

broche4(remiseàzéro)delaminuterie555estàl’état

bas.

Quandletransistorneconduitpasdecourant,aucun

courantnetraverselarésistanceR2.Lachutedetension

auxbornesdeR2estdoncnulle,etlatensionlàoùle

collecteurdutransistorQ1(c’est-à-direlaborneenbasà

droitedutransistorsurlaFigure17-4)rencontrela

broche4delaminuterieestnulleégalement.

» Quandletransistorconduituncourant,labroche4

(remiseàzéro)delaminuterie555estàl’étathaut.

LeChapitre10expliquequelorsqu’untransistorest

entièrementpassant,lachutedetensionentrelecollecteur

etl’émetteurestprochede0,parconséquentdansce

circuit,latensionaucollecteurestpratiquementégaleàla

tensiond’alimentationde9V.

L’étatdutransistor,fermé(passant)ououvert(bloqué),dépenddecequiseproduitàsabase(bornedegauche).Latensionàlabaseestcontrôléeparundiviseurdetension(voirChapitre6),constituéicidupotentiomètre(R1)et de la photorésistance. Pour que Q1 devienne passant, il faut que latension à sa base soit à l’état bas (à propos du fonctionnement d’untransistor PNP, voir Chapitre 11). En l’absence ou quasi absence delumière, la photorésistance offre une résistance élevée, si bien que latension à la base du transistorQ1 est forte, etQ1 est bloqué. Quand lalumière atteint la photorésistance, la résistance de celle-ci diminue, latensionàlabasedeQ1passeàl’étatbasetletransistorestpassant.

En fin de compte, il existe deux états possibles pour l’alarmephotosensible:

» Obscurité:Laphotorésistanceprésenteuneforte

résistance,latensionàlabasedutransistorQ1estdoncà

l’étathaut,sibienqueQ1sebloque.Aucuncourantne

traversantR2,labrochederemiseàzérodela

minuterie555estàl’étatbas.Iln’yadoncpasd’oscillation

(pasd’alarme).

» Lumière:Laphotorésistanceprésenteunefaible

résistance,latensionàlabasedutransistorQ1estdoncà

l’étatbas,sibienqueQ1devientpassantetconduitle

courantàtraversR2.Ils’ensuitunehaussedelatensionde

labroche4delaminuterie555.Celle-cioscilleetl’alarme

sonne.

Vous pouvez régler la sensibilité de l’alarme en tournant le bouton dupotentiomètre (R1) afin demodifier le rapport de division de tension, sibien que la quantité de lumière nécessaire pour rendre le transistorQ1 passant augmente ou diminue. À vous de décider si vous voulez ladétection du passage de l’obscurité totale à une lumière faible, ou d’unelumièrefaibleàunelumièreplusforte.

Listedesélémentsnécessairesàlafabricationdel’alarmephotosensiblePourcetteapplication,ilvousfaut:

» Unepilede9volts(avecunconnecteur)

» CI1:minuterieLM555

» R1:potentiomètrede100kΩ

» R2:résistancede3,9kΩ(orange-blanc-rouge)

» R3:résistancede10kΩ(marron-noir-orange)

» R4:résistancede47kΩ(jaune-violet-orange)

» C1,C3:condensateursdisques(nonpolarisés)de0,01μF

» C2:condensateurélectrolytiqueouautantale(polarisé)de

4,7μF

» Unhaut-parleurde8Ωetde0,5W

» Photorésistance:essayezdifférentestailles,sachant

qu’unephotorésistanceplusgrosse,parexemple,rendrale

circuitunpeuplussensible

UnealarmeàvotreserviceVoici quelques exemples parmi d’autres d’utilisation de ce systèmed’alarmepratique:

» Installezvotresystèmedansunplacard,detellesorteque

l’alarmesedéclenchedèsquequelqu’unveutfairemain

bassesurvosbiscuitsauchocolat.C’estlemoyende

réfrénerlesappétitsdevotreconjoint,oudevousimposer

àvous-mêmeunrégime!Àl’ouverturedelaporte,le

capteurreçoitdelalumièreetl’alarmeretentit.

» Vousavezdansvotregarageuncircuitélectronique

complexeencoursdefabrication,etvousnevoulezpas

qu’onytouche?Placezl’alarmeprèsdelaporte.Si

quelqu’unl’ouvrependantlajournée,ilyauradelalumière

etl’alarmesedéclenchera.

» Vousvoulezêtreréveillédèsqu’ilfaitjour?Facile!

Fabriquezundispositifélectroniquequivousréveillerale

matinenémettantun«cocorico»(quiabesoind’un

réveille-matin?).

» Installezunsystèmed’alerteindiquantqu’unepièceest

occupée.Plutôtquedefairedubruit,remplacezlehaut-

parleuretC2paruneLEDetunerésistancede330Ω.LaLEDs’allumeradèsquelaphotorésistancedétecteradela

lumière.Câblezlecircuitdetellesortequelaplupartdeses

élémentstiennentdansunboîtier,danslapièceconcernée,

tandisquelaLEDserafixéeàl’extérieurdelaported’entrée

decettepièce.

Jouerlagammed’utmajeurLaFigure17-5 est la schématiqued’un clavier électronique rudimentaire.Ce circuit peut sembler compliqué, mais il est très simple en réalité, àconditiond’avoircomprislefonctionnementduCIdeminuterie555entantqu’oscillateur.

Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9volts(avecunconnecteur)

FIGURE17-5Lecircuitproduisantlagammed’utmajeur,avecdesindicationsajoutées

pourvousmontrerquelinterrupteurpermetdefairejouerchaquenoteetcomment

accorderlesystème.

» CI1:minuterieLM555

» R1,R7:résistancesde2,2kΩ(rouge-rouge-rouge)

» R2:résistancede10kΩ(marron-noir-orange)

» R3:potentiomètrede10kΩ

» R4:résistancede820Ω(gris-rouge-marron)

» R5,R6:résistancesde1,8kΩ(marron-gris-rouge)

» R8:résistancede1,2kΩ(marron-rouge-rouge)

» R9:résistancede2,7kΩ(rouge-violet-rouge)

» R10:résistancede3kΩ(orange-noir-rouge)

» C1:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,1μF

» C2:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,01μF

» C3:condensateurélectrolytiqueouautantale(polarisé)de

4,7μF

» SW1àSW8:interrupteurs(boutonspoussoirs)àcontact

momentané,normalementouverts

» Haut-parleurde8Ωetde0,5W

La fréquence à laquelle oscille la sortie de laminuterie 555 dépend desvaleursdesdeuxrésistancesetducondensateur(voirChapitre11etautresapplications de ce chapitre). La résistance R1 et la capacité ducondensateurC1 sontdeuxdes trois facteursàprendreencomptedans lecalculdelafréquence.Letroisièmefacteurestlarésistanceplacéeentrelesbroches7et2.

Il n’existe aucune règle selon laquelle il serait nécessaire de placer unerésistance unique entre les broches 7 et 2. La résistance totale entre cesbroches conditionne la fréquence.Dans ce circuit, on utilise une série dehuitboutonspoussoirspoursélectionner lesrésistances,detellesortequela résistance totale entre les broches 7 et 2 détermine la fréquencecorrespondantàlanotevoulue.Larésistancedebase(R2)étantde10kΩ,onutiliseunpotentiomètrede10kΩpouraccorder toutes lesnotesde la

gamme, et des résistances supplémentaires (R4 àR10) pour constituer larésistancetotalenécessaireàlaproductiondechaquenotedelagamme.

LesvaleursdesrésistancesR4àR10ontétésoigneusementcalculéespourproduirelesnotesjustes.Ainsi,lafréquencedelanoteladansunegammeau tempérament égal est de 440 Hz. La résistance nécessaire entre lesbroches 7 et 2 pour produire un train d’impulsions à 440Hz est d’à peuprès15,1kΩ(vouspouvezcalculervous-mêmelarésistanceenutilisantlaformuleduChapitre11,pour la fréquenced’un traind’impulsionsproduitpar la minuterie 555 utilisé comme multivibrateur astable). En pressantl’interrupteurSW3,vous connectez en série les résistancesR2,R3,R4 etR5entrelesbroches7et2(suivezbienlecheminementsurl’ensembleducircuit pour vérifier, par vous-même, la résistance totale). La résistancetotale (R1+R2+R3+R4+R5) est égaleà12,6kΩplus lavaleurdupotentiomètre de 10 kΩ (c’est-à-dire de R3). Si votre circuit est bienparamétré(enréglantlepotentiomètretoutenutilisantundiapason,oubienvotrepiano,convenablementaccordé),lavaleurdupotentiomètredoitêtreprochede2,5kΩ(n’oubliezpasquelavaleurd’unerésistancepeutvarier,etquelavaleurdevotrepotentiomètrepeutdoncêtreunpeuplusouunpeumoinsélevéequecechiffre).

Assemblezlecircuitettestez-le!Vouspouvezjouerlagammed’utmajeur,etpeut-êtremêmeledébutdecertainsairscommeDorémi,laperdrixouJ’aidubontabac.Vousfinirezparavoirbesoindenotessupplémentaires,c’est-à-diredesnoteschromatiques(dièsesetbémols)oudesnotesau-delàdel’octave.MunidevosconnaissancesconcernantleCIdeminuterie555,lemontagederésistancesensérieetl’ouvertureetlafermeturedescircuitsgrâceauxinterrupteurs,vouspourrezperfectionnercetteapplicationenvuedejouerunemusiqueplusintéressante.

Unesirènepourtenirlesindésirablesàdistance

Àmoins d’être de la police, vous ne pourrez pas arrêter un cambrioleur,maislesystèmed’alarmequevousallezmonterdanslecadredeceprojet,àl’aidedelaFigure17-6,vousalerteradèsqu’unintruss’intéresseraàvosaffairespersonnelles.

Lalistedesélémentsconstituantvotresystèmed’alarmeVous voulez faire du bruit et impressionner vos amis ? Commencez parréunirlesélémentssuivants:

FIGURE17-6Unesirèneunpeucommecelledelapolice,constituéededeuxCIde

minuterie555.

» Pilede9V(avecunconnecteur)

» CI1,CI2:minuteriesLM555

» R1,R3:résistancesde2,2kΩ(rouge-rouge-rouge)

» R2:potentiomètrede50kΩ

» R4:potentiomètrede100kΩ

» C1:condensateurélectrolytique(polarisé)de47μF

» C2:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,01μF

» C3:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,1μF

» C4:condensateurélectrolytiqueouautantale(polarisé)de

4,7μF

» Haut-parleur:de8Ωetde0,5W

Pourquevotreoiseaufassecui-cuiLecircuitdelaFigure17-6estconstituédedeuxCIdeminuterie555.Cesdeuxpuces sont utilisées commemultivibrateursastables, ce qui signifiequ’ellesdélivrentunsignalquioscillecontinuellemententredeuxpositions,haute et basse. Les deux minuteries ne fonctionnent pas à la mêmefréquence. Celle de droite est configurée en générateur de son et elleproduitunefréquenceaudible(ensortiesurlabroche3).Sionbrancheunhaut-parleursursasortie,celadonneunsonconstant,dans leregistredesmédiums.

Laminuteriedegauchedélivreunefréquenceplusbasseetsertàmodulerlesignal produit par la minuterie de droite. Le signal sortant sur sabroche2estcaractériséparunetensionquicroîtetdécroîtlentement.Cettesortiedoitêtreraccordéeàlabroche5delaminuterie555dedroite.

Normalement, le signal sur labroche3de lapuce555degauchedevraitalimenterlapuce555dedroite.Commeonl’avuauChapitre11,c’estsurlabroche3queleCIdeminuterie555délivrelesignaloscillantquifaitlaréputationde ce typedepuce. Ici, cependant, onpeutobtenirun sonplusintéressantenalimentantlasecondepuce555avecunsignaldifférent,celuidelabroche2.Ils’agitd’unsignalquicroîtetdécroîtlentementàmesurequelecondensateurC1sechargeetsedécharge(àproposdelafaçondontuncondensateursechargeetsedécharge,voyezleChapitre4;cettetensionoscillante produite par le condensateur déclenche la forme d’ondeoscillante qui sort sur la broche 3 et qui ne sera pas utilisée ici). Enalimentant la broche de contrôle (broche 5) de la puce de droite avec latensiondececondensateur(parlabroche2),onneutraliselecircuitinternede déclenchement de cette puce pour utiliser à la place un signal dedéclenchementvariable.C’estcequipermetd’obtenirunsignalquimonteetquidescend.

EnréglantlesdeuxpotentiomètresR2etR4,vouschangezlahauteurdesonetlerythmedelasirène.Vouspouvezainsiproduiretoutessortesd’effetssonores.Cecircuitpeutfonctionneravecunetensionquelconquecompriseentre5Vet15Venviron.Utilisezdepréférenceunepilede9V(inclusedanslalistedesélémentsdelasectionprécédente).

Petitampli,grandbruitDonnezdelavoixàvosprojetsélectroniques,grâceàcepetitamplificateurconstitué d’éléments bon marché et faciles à trouver dans les magasins,comme le CI amplificateur de tension LM386 qui permet d’augmenter levolumed’unsignalreçud’unmicro,d’ungénérateurdesonoud’uneautresource.

LaFigure17-7présente leschémadeceprojet,constituédedixélémentsseulement (haut-parleur compris) et d’une source d’alimentation.L’amplificateur peut fonctionner avec une tension comprise entre 5 Vet15V.Unepilede9Vfaitl’affaire.

FIGURE17-7Schémad’unpetitamplificateur.

Pour la fabrication de ce petit ampli, les petites emplettes sont lessuivantes:

» Pilede9V(avecunconnecteur)

» CI1:amplificateurLM386

» R1:potentiomètrede10kΩ(facultatif)

» R2:résistancede10Ω(marron-noir-orange)

» C1:condensateurélectrolytique(polarisé)de10μF(facultatif)

» C2:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,1μF

» C3,C6:condensateursélectrolytiques(polarisés)de10μF

» C4:condensateurélectrolytique(polarisé)de220μF

» C5:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,047μF

» Haut-parleur:8Ω,0,5W

Pourquecetamplificateurpuissefonctionner,branchezenentréeunesourcede signal, par exemple un microphone à condensateur. N’oubliez pas deraccorder l’autre pôle de la source à la masse commune du circuitd’amplification.LeLM386effectuelaplusgrandepartiedutravaildanscepetitcircuit.Lesautresrôlessontdistribuéscommesuit:

» C1estuncondensateurdedécouplagefacultatif

empêchantquelecourantcontinuproviennedeplusloin

enamont(parexemple,sivousutilisezungénérateurde

sonsouautredispositifcommesourcedesignalen

entrée).Lavaleurconseilléeestde10μF,maisvouspouvez

essayerunevaleuraussifaibleque0,1μF(oubien,vouspouvezéliminerC1etvoircequiseproduit).

» R1estunpotentiomètreoptionnelquevouspouvez

utiliserpourcontrôlerlevolume.Branchezlecurseursurla

broche3duLM386,avecunebornereliéeàC1etl’autreàla

masse.Sivousnevoulezpasducontrôleduvolume,

mettezR1decôtéetbranchezlepôlenégatifdeC1surla

broche3duLM386.

» C2etC6sontdescondensateursdedérivationquiisolent

lecircuitinterneduLM386desirrégularitéséventuellesde

l’alimentationélectrique.

» LecondensateurC3sertàfairepasserlegainduLM386de

20à200environ(ilconvientdenoterquecetteinformation

provientdelanoticeduLM386).

» LecondensateurC4filtrelacomposantecontinueen

sortieduLM386,detellesortequeseullesignalaudio

atteignelehaut-parleur.

» Lapairerésistance-condensateur,R2-C5,permetd’éviter

lesoscillationsàhautefréquence.

Ce circuit simple permet de produire du son en quantité à partir d’undispositifréduitetportable,etnaturellement,laqualitédusondépendradelaqualitédumicroetduhaut-parleur!

Branchez votre lecteur MP3 sur l’entrée de cet ampli audio. Pour cela,procurez-vous une vieille paire d’écouteurs. Supprimez un des deuxécouteurs,dénudezlesfils,etidentifiezceluiquiacheminelesignaletceluiquicorrespondàlamasse.Ensuite,mettezcesdeuxfilsencontactaveclesbornesd’entréedel’ampli,branchezlafichedesécouteursdanslaprisedesortiedevotrelecteur,etappréciezlaqualitésonore!

Si vous voulez vous rendre compte des effets du bruit sur un circuitsensible,retirezlescondensateursC2etC6(maissanslesremplacerpardufilconducteur,niparquoiquecesoitd’autre)etfaitesunessaiavecvotreampli.Vousentendrezprobablementbeaucoupdebruitparasite.

Fabriquerungénérateurd’effetslumineuxsupercool

Si vous aimiez la sérieK 2000 (Knight Rider), dans les années quatre-vingt, vous devez vous souvenir du scanner lumineux à l’avant de lafameuse voiture de sport noire. Dans cette section, je vous montre deuxversions d’un générateur d’effets lumineux. Pour fabriquer votre proprescanner lumineux, vous n’avez besoin que de deux CI bon marché et dequelquesautreséléments.Lecircuitno1estunpeuplusfacileàcomprendrequelecircuitno2,plusintéressantmaispluscompliqué.

Lesélémentsdesdeuxcircuitssontpratiquementlesmêmes.LesréférencescommunesauxschémasdesFigures17-8et17-9sontlessuivantes:

» Unepilede9V(avecunconnecteur)

» CI1:minuterieLM555

» CI2:compteurdécimalCMOS4017

» R1:potentiomètrede1MΩ

» R2:résistancede47kΩ(jaune-violet-orange)

» R3:résistancede330Ω(orange-orange-marron)

» C1:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,1μF

» C2:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,01μF

Outrecesélémentscommuns,lecircuitno1utilise:

» LED1àLED10:dixdiodesélectroluminescentes(peu

importentlestaillesetlescouleurs)

Outrelesélémentscommuns,lecircuitno2utilise:

» LED1àLED6:sixdiodesélectroluminescentes(peu

importentlestaillesetlescouleurs)

» D1àD8:huitdiodes1N148

Fabriquerlescannerlumineuxno1

Le schéma électronique du scanner lumineux no 1 est présenté sur laFigure17-8.Aveccemodèle,lesdixLEDs’allumerontl’uneaprèsl’autre(l’ordre étant 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10), et cette séquence se répéteracontinuellement,aussilongtempsquelecircuitseraalimenté.

FIGURE17-8Schémadugénérateurd’effetslumineuxno1.

Le compteur décimal 4017, comme les autres puces CMOS, est trèssensibleàl’électricitéstatique,etvousrisquezdelefairegrillersivousneprenez pas suffisamment de précautions. N’oubliez pas d’enfiler votrebrassard antistatique (voir Chapitre 13) avant de manipuler le CICMOS4017.

ContrôlerleslumièresLecircuitduscannerlumineuxdelaFigure17-8comportedeuxsections:

» Lecerveau:Lapremièresection,surlapartiegauchedu

schéma,estconstituéed’unCIdeminuterie555configuré

pourfonctionnercommeunmultivibrateurastable(voir

Chapitre11).LeCI555produituneséried’impulsionssur

sabrochedesortie(broche3),dontvousréglezlerythmeà

l’aidedupotentiomètreR1.

» Lecorps:Lasecondesection(partiedroiteduschéma)

comporteuncompteurdécimalCMOS4017.Chacunede

ses10brochesdesortieestreliéeàuneLEDdifférente.

Commel’expliqueleChapitre11,lesbroches1à7etles

broches9à11duCI4017passentl’uneaprèsl’autrede

l’étatbasàl’étathaut(maispasdansl’ordredesnuméros

desbroches)quandunsignaldedéclenchementestreliéà

labroche14.LarésistanceR3limitelecouranttraversantla

LEDquiestactivéeàunmomentdonné.

» Laconnexion:UneLEDestactivéequandle

CI4017reçoit(surlabroche14)uneimpulsiondelabroche

desortie(broche3)du555.LeCI4017doitêtreconfiguré

detellesortequ’ilrépètelaséquencede1à10,encoreet

toujours,tantquelecircuitestalimenté.Enmodifiantle

réglagedupotentiomètre(R1),vouspouvezfairevarierla

vitessedelaséquencelumineuse.

SynchroniserlesLEDVous pouvez assembler ce générateur d’effets lumineux sur une plaqued’essais sans soudure. Si vous comptez en faire un circuit permanent,réfléchissez à la meilleure manière de régler la synchronisation des dixLED.Vouspouvezessayerdifférentseffets,parexemple:

» AllumerlesLEDl’uneaprèsl’autre,toujoursdansle

mêmeordre:Chaquelumièrechasselasuivante,versle

haut(ouverslebas),encoreetencore.

» AllumerlesLEDl’uneaprèsl’autre,maistantôtde

gaucheàdroite,tantôtdedroiteàgauche:Configurez

lesLEDdetellesortequelaséquencesedéroulede

l’extérieurversl’intérieur.

» DisposerlesLEDencercle,defaçonàceque

l’allumagesefassedemanièrecirculaire,dansunsens

oudansl’autre:Cetteséquencelumineuseévoqueune

rouequitourne.

» DisposerlesLEDenformed’uncœur:Uneidée

originalepouroffriruncadeaudelaSaint-Valentin.

Fabriquerlescannerlumineuxno2LaFigure17-9montreuneautremanièredefabriquerunscannerlumineux.Lapartiegauchedecemodèleno2estlamêmequecelledumodèleno1.Par conséquent, dans les deux circuits, le cerveau fonctionne de lamêmefaçon. La partie droite est configurée de manière à ce que les LEDs’allument séquentiellement de LED1 à LED6, puis dans l’autre sensjusqu’àLED1.Laséquencelumineusesuitetrépètel’ordresuivant:1-2-3-4-5-6-5-4-3-2.Enmodifiantleréglagedupotentiomètre(R1),vouspouvezfairevarierlavitessedelaséquencelumineusebidirectionnelle.

Il convient de noter que chacune des LED de la partie centrale (LED2 àLED5)estreliéeàdeuxbrochesdesortieducompteurdécimal4017,avecunediodeentrechaquebrochedesortieetlaLED.C’estparcequ’elleestreliéeàdeuxbrochesdesortiequelaLEDs’allumedeuxfoisaucoursdechaque comptage de 0 à 9. Il est nécessaire d’intercaler une diode surchaque broche de sortie pour éviter que le courant retourne dans lapuce 4017 (leChapitre9 explique que les diodes agissent sur le courantcommeautantdevalves, lelaissantcirculerdansunseulsens).Ainsi,par

exemple,quandlabroche5du4017estàl’étathaut,lecourant,depuiscettebroche,traverseD8etLED5(quis’allume),maisladiodeD7empêchececourantderetourneràlapuce4017parlabroche10.

FIGURE17-9Schémadugénérateurd’effetslumineuxno2.

Feurouge…feuvert!Danscettesection, jevousmontrecommentutiliser laminuterie555et lecompteur décimal 4017 (une fois de plus) pour simuler un feu designalisation. La Figure 17-10 est le schéma de cette application. Pourassemblercecircuit,ilvousfaut:

» Unepilede9V(avecunconnecteur)

» CI1:minuterieLM555

» CI2:compteurdécimalCMOS4017

» R1:potentiomètrede100kΩ

» R2:résistancede22kΩ(rouge-rouge-orange)

» R3:résistancede330Ω(orange-orange-marron)

» C1:condensateurélectrolytique(polarisé)de100μF

» C2:condensateurdisque(nonpolarisé)de0,01μF

» LED1:LEDverte(taillequelconque)

» LED2:LEDjaune(taillequelconque)

» LED3:LEDrouge(taillequelconque)

» D1àD10:diodes1N4148

La diode D5 n’est pas nécessaire dans le circuit de la Figure 17-10.Cependant, vous en aurez besoin dans certaines variantes de ce circuitproposées plus loin dans ce chapitre, donc autant l’inclure dès à présentdansleprojet.

FIGURE17-10Schémaélectroniqued’unfeudesignalisation.

Lapucedeminuterie555estutiliséeenmodeastablepourgénéreruneondecarréeàbassefréquencesurlabrochedesortie3.IlconvientdenoterquelavaleurducondensateurC1estde100μF,soitbienplusquelavaleurdeC1utiliséepourcontrôlerlescircuitsdegénérateurd’effetslumineuxdelasectionprécédente.Plusforteestlacapacitance,plusilfautdetempspourcharger le condensateur et plus longtemps il faut attendre avant ledéclenchementdelaminuterie555vialabroche2.Parconséquent,lasortiedelaminuterie555(labroche3)oscilleàunrythmebienpluslentquedanslescircuitsdegénérateurd’effetslumineux.

En faisant varier la résistance du potentiomètre (R1), vous contrôlez lecycle de temporisation. Cependant, ce potentiomètre étant plus petit quecelui utilisé dans les circuits de générateur d’effets lumineux, vous nepouvezlefairevarierquedansunemoindremesure.Laduréecomplètedela séquence (c’est-à-dire le temps nécessaire pour que se réalise unepulsationascendanteetdescendantesurlabroche3duCIdeminuterie555)estcenséeêtrecompriseentre3et10secondesàpeuprès.

Chaque pulsation provenant de la puce de minuterie 555 déclenche lecomptage par le compteur décimal. Par conséquent, les dix sorties ducompteurdécimalpassent à l’étathautuneparuneà intervallesde tempscompris entre 3 et 10 secondes (selon la valeur deR1). Sachant que lesquatre premières sorties de la puce 4017 (broches 3, 2, 4 et 7, dans cetordre) sont connectées (via des diodes) à la LED verte (LED1), celle-cis’allumera et restera alluméedurant lesquatrepremièrespulsationsde laminuterie555.Lacinquièmesortiedelapuce4017(broche10)étantreliéeà la LED jaune (LED2), celle-ci s’allumera pendant la durée de lacinquièmeimpulsiondebasedetemps.Lessorties6à10(broches1,5,6,9et11,danscetordre)delapuce4017étantreliées(viedesdiodes)àlaLEDrouge(LED3),celle-cis’allumeraetresteraalluméedelasixièmeàladixièmeimpulsion,puislecycleserépétera(voirFigure17-11).

Voiciquelquesvariantespossiblesdecetteapplication:

» Modifierladuréed’allumagedeslumièresjauneet

rouge:DébranchezdeLED3lacathode(pôlenégatif)dela

diodeD6,puisreliez-la(lacathodedeladiodeD6)àLED2.

Maintenant,laLEDjauneresteraalluméependantdeux

impulsions(aulieud’une)etlaLEDrougeresteraallumée

pendantquatreimpulsions(aulieudecinq).

» Ajouterunautreétatjaune:Danscertainspays,

commeparexempleauRoyaume-Uni,lefeupasseduvert

àl’orangeetdel’orangeaurouge,puisdurougeàl’orange

etdel’orangeauvert.Pourcréercetteséquence(laLED

jaunejouantlerôledufeuorange),débranchezdeLED3la

cathodedeladiodeD10,puisreliezcettecathodeàLED2.À

présent,ladernièredesdiximpulsionssuccessivesactivera

laLEDjaune.

FIGURE17-11Letraind’impulsionsdelapucedeminuterie555déclenchelecompteurdécimal

4017pouractiverlesLEDverte,jauneetrougeselonuneséquencedeminutagedonnée.

» Modifierlavitessedelaséquenceglobale:Remplacez

C1paruncondensateurde47μF.Ainsi,laséquenceglobaledevraitêtreréduitedemoitié.Oubien,essayezdesvaleurs

différentespourR2ouunpotentiomètredifférentpour

R1(àproposdeséquationsdetemporisation,voir

Chapitre11).

» Fabriquerunelumièrerougequiclignote:Retirezles

LEDjauneetverte(LED1etLED2).Cefaisant,vous

débranchezlesbrochesdesortie2,3,4,7et10du

compteurdécimal4017.RemplacezC1parun

condensateurde4,7μF.Votrelumièrerougedevrait

s’allumerets’éteindreàintervallescompris

entre0,5et5secondes,selonlavaleurdupotentiomètre

R1(biensûr,enréalitévousn’avezpasbesoinducompteur

décimal4017pourcela:ilvousfautsimplementunCIde

minuterie555,desrésistancesetdescondensateurs).

» Remplacerlepotentiomètreparunerésistancefixe:

Siuneséquencedetemporisationparticulièrevousplaîtet

sivousvoulezconservercecircuit,lepotentiomètreest

inutile.

Vousconnaissezpeut-êtredesgarçonsquiseraienttoutcontentsdepouvoirutiliserunfeudesignalisationquandilsjouentavecleurspetitesautos,ouquand ils sortent du garage leur voiture à pédales. Vous pouvez tester lecircuitsuruneplaqued’essaissanssoudure, l’adapterauxbesoinsdevosjeunes«clients»,puisenfaireuncircuitpermanentenfermédansunbeauboîtier percé de trois trous pour les LED etmuni d’un support ou d’unesuspension (n’oubliez pas d’y ajouter un interrupteur marche/arrêt afind’éviterd’usercomplètementlapile).

Sommaire

Couverture

L'ElectroniquePochePourlesNuls

Copyright

Introduction

Àproposdecelivre

Celivreetvous

Icônesutiliséesdanscelivre

Pourallerplusloin

Cequevoustrouverezdanscelivre

I.Lesbasesdel’électronique

Chapitre1-Uneintroductionàl’électronique

L’électronique,qu’est-cequec’est,exactement?

Lecourantélectrique,qu’est-cequec’est?

Mesurercequ’estlatension

Exploiterl’énergieélectrique

Utiliserdescircuitsdetellesortequelesélectronsarriventàdestination

Commentobtenirdel’énergieélectrique?

C’estfoucequelesélectronssontcapablesdefaire!

Chapitre2-Lespréparatifsenvued’uneexplorationdumondedel’électronique

Seprocurerlesoutilsnécessaires

Constituerdesréservesdefournituresessentielles

Dernierspréparatifsavantlegranddépart

Utiliseruneplaqued’essaissanssoudure

Chapitre3-Fairemarcherdescircuits

Circuitsfermés,circuitsouvertsetcourts-circuits

Lebonetlemauvaissens:fluxréeldesélectronsetsensconventionnelducourant

Étuded’uncircuitsimple

Chapitre4-Quandils’agitd’êtrebranché

Branchementsensérieetbranchementsenparallèle

Allumeretéteindre,fairemarcheretarrêter

Mettreenmarche

Àquoiressembleuncircuit?

II.Contrôlerlecourantgrâceàdiverscomposants

Chapitre5-Premierspasverslarésistance

Résisteraucourant

Lesrésistances:passivesmaispuissantes

Associationderésistances

Chapitre6-Obéiràlaloid’Ohm

Définirlaloid’Ohm

Utiliserlaloid’Ohmpouranalyserdescircuits

Laloid’Ohm,cen’estpasdelablague!

Àquoisertvraimentlaloid’Ohm?

LepouvoirdelaloideJoule

Chapitre7-Lescondensateursaupasdecharge

Lescondensateurs,desréservoirsd’énergieélectrique

Chargeretdéchargerdescondensateurs

Àquoiserventlescondensateurs?

Lescaractéristiquesdescondensateurs

Associationdecondensateurs

Associationavecdesrésistances

Chapitre8-Cequel’onpeutinduiredesinducteurs

Descousinsquis’embrassent:magnétismeetélectricité

L’inducteur,unebobinetrèsmagnétique

Lerôledesinducteursdanslescircuits

Utiliserdesinducteursdanslescircuits

Aufildesbobines:lestransformateurs

Chapitre9-Levastemondedesdiodes

Quandlefaitd’êtreconducteurdevientunétatpassager

Unediodeàjonction

Utiliserdesdiodesdanslescircuits

Chapitre10-Destransistorsextrêmementdoués

Lestransistors,riendemieuxcommeinterrupteursetcommeamplificateurs

Principedefonctionnementd’untransistor

Untransistorpouramplifierlessignaux

Untransistorpourcommuterlessignaux

Choisiruntransistor

Acquérirdel’expérienceaveclestransistors

Chapitre11-Innoveraveclescircuitsintégrés

PourquoidesCI?

Linéaire,numériqueoupanaché?

Prendredesdécisionslogiques

CommentseservirdesCI

Fairepreuvedelogique

ÀladécouvertedequelquesCId’utilisationcourante

Chapitre12-Pourcomplétervotrelisted’élémentsdecircuit

Pourquecesoitbranché

Unesourced’alimentationélectrique

Descapteurspourcapter

L’électroniqueetcequipeutensortir

III.Passerauxchosessérieuses

Chapitre13-Installerunatelieretjouerlasécurité

Trouverunendroitappropriépourvostravauxd’électronique

Lesoutilsetfournituresàacquérir

Seprocurerdescomposants

Protégez-vousetprotégezvoscircuits

Chapitre14-Lirelesschémasélectroniques

Qu’est-cequ’unschémadecircuit,etpourquois’enpréoccuper?

Unpointdevueglobal

Pourêtreau«courant»dessymbolescourants

Lareprésentationdescomposantsd’uncircuit

Savoiroùprendrelesmesures

Étuded’unschémadecircuit

Desvariantesdanslessymbolesdecomposants

Chapitre15-Assemblerdescircuits

Essayerlesplaquesd’essais

Assemblerdescircuitssurdesplaquesd’essaissanssoudure

Lasoudure,premierspas

Inscrirevosréalisationsdansladurée

Chapitre16-Acquérirlamaîtrisedevotremultimètrepourmesureretanalyserdescircuits

Lemultimètre,unappareilmultitâches

Lesmultimètresvusdeplusprès

Initialiserlemultimètre

Utiliserlemultimètre

Utiliserunmultimètrepourvérifiervoscircuits

Chapitre17-Deformidablesapplicationsquevouspouvezréaliserenmoinsd’unedemi-heure

Pouravoirtoutdesuitecequ’ilvousfaut

Faireclignoterdeslumières

Fabriquerunfeuclignotantdevélo

Unealarmephotosensiblepourpiégerlesintrus

Jouerlagammed’utmajeur

Unesirènepourtenirlesindésirablesàdistance

Petitampli,grandbruit

Fabriquerungénérateurd’effetslumineuxsupercool

Feurouge…feuvert!