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Electronique (tuto)

De Les Fabriques du Ponant
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L’électronique (les bases pour Arduino)

Tension, intensité, volts, ampère, connexion, résistance, LED/DEL, courant, loi d'ohm … tout ces mots utilisés dans l’électronique... on ne sait pas vraiment à quoi ça correspond. Ce tutoriel est fait pour toi mon grand ! (oui oui !)

La grandeur physique

La grandeur physique est valeur mesurable grâce à un appareil de mesure tel que une distance à l'aide d'une règle, une masse à l'aide d'une balance ou alors la vitesse à l'aide d'un radar. Bref chacune s'exprime à l'aide d'une unité de mesure ( Kilogramme, Mètre etc …) . C'est la même chose en électronique :

Pour expliquer de manière simple ce que sont les volts, la tension,les ampères et l'intensité je prend souvent l'exemple d'une rivière dans lequel de l'eau circule :

Riviere.png

-Plus la rivière est large et profonde plus il y a d'eau qui peut circuler. Dans le circuit électrique cela correspond à l'intensité noté : I et exprimée en Ampères noté : A ( on mesure l'intensité avec un ampèremètre ).

-Plus il y a de courant ( pas électrique cette fois ), plus l'eau circule vite. Dans le circuit électrique cela correspondrait à la tension noté : U et exprimée en Volts noté : V ( On mesure la tension avec un voltmètre).

-Par exemple, Si on obstrue la rivière (à l'aide de roches par exemple) on réduit la force du courant. En électronique cela reviendrait à mettre une résistance dans le circuit.

En réalité en électronique ça ne se passe pas tout à a fait comme cela mais cet exemple me permet d'expliquer simplement les bases.


Les « détails » électriques

la source d'énergie

En électricité, le courant ne vient pas de n'importe où ! Il vient d'un générateur, on peut penser à une pile , une batterie ou simplement une prise électrique chez vous. Ce générateur fournie une énergie à des récepteurs qui consomme de l’énergie ( comme par exemple un aspirateur, un ordinateur etc...)

les charges électriques

il y a 3 charges électriques différentes : positives, négatives et neutres que l'on nomme protons(+), électrons(-) et neutrons (neutre). Cela nous permet de définir une chose très importante en électronique : le courant est un déplacement de ces charges électriques

la conductivité électrique

on définit la conductivité d'un matériau par le fait de se laisser plus ou moins traverser par un courant électrique . On peut dire qu'un matériau est conducteur( les métaux ) ou qu'il est isolant ( plastique, bois … ) . Il y a deux autres types de matériaux : -les semi-conducteurs sont des isolants et deviennent conducteurs lors de certaines modifications ( ex : transistors et diodes ) -les supraconducteurs qui sont bien particulier car leur conductivité dépend de leur température. Mais il n'est pas utile d'en parler.

voici un schéma qui explique la conductivité :

Conductiviteschema.png

et un deuxième schéma :

Potentiometreschema.png

le sens du courant

Le courant circule dans un sens bien précis. Par exemple sur un schéma avec une pile, le courant circule du pole Positif vers le pole négatif de la pile. On appel cela , le sens conventionnel du courant. Le courant est noté par une flèche sur le schéma. ( vous le verrez sur le schéma en dessous, partie 4 )

à savoir

c'est une base en électronique mais ça peut ne pas paraître évident pour certain. Mais j'ai expliqué que un circuit électrique fait une boucle et que si jamais il y a un trou dans cette boucle , il n'y a plus de courant . On dit dans ce cas que le circuit est ouvert ( il peut simplement y avoir des fils pas branchés ,composant grillé ...). Lorsque le circuit est alimenté et que le courant circule on dit que le circuit est fermé .


La lecture de schéma

les composants les plus communs

Tableau composants electronique.png

  •  :Il faut savoir qu'en électronique , les composants sont appelés dipôles , car ils possèdent deux pôles, l'anode et la cathode . Par convention, le courant rentre dans l'anode et ressort par la cathode . ( certains peuvent me dire : «  oui mais je n'ai pas vu ça comme ça ! ». Alors effectivement je prend l'exemple de la chimie , c'est l'inverse ! Mais je ne saurais dire pourquoi . )

Dans certains cas, comme pour la diode, elle pourra être placé en inverse mais ce n'est pas le but du cours de voir pourquoi.

Vous avez désormais toutes les clés en main pour lire un schéma ! :)

Circuit en dérivation ou en série

Vous avez peut être déjà entendu parler de ces mots la je pense, mais alors à quoi correspondent-ils ? Si vous lisez ce cours c'est que je ne pense pas que vous sachiez a quoi correspond tout cela. Je vais expliquer cela . ( Ca va être encore plus simple pour moi vous que vous savez maintenant lire un schéma, enfin j’espère que oui ! )

on définit un circuit en série par le fait que des les dipôles se suivent et qu'un circuit en dérivation a des dipôles en parallèles . ( Oui bon je suis sensé expliquer aussi ce que sont des dipôles en parallèles... dans ce cas des images parleront que des mieux ! )


Circuits derivation serie.png

  • en série : Le courant sort du générateur pour rentrer dans la première lampe , ressort de la lampe pour rentrer dans la seconde lampe et retourne au générateur ( les lampes brillent faiblement )
  • en dérivation : Le générateur sort deux courants de sorte a alimenter correctement les deux lampes et les deux courant se séparent pour alimenter leurs lampes et retournent au générateur ( les lampes brillent normalement )

On dit dans ce cas que les lampes sont en parallèles

La DEL ( ou LED en anglais)

la DEL

La DEL, Diode Électro-Luminescente ou LED en anglais pour Light Emitting Diode est un composant électronique faisant de la lumière lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique.


Voici une DEL :

LedpourWiki.png

on peut donc voir que la Diode et la DEL sont deux composants peu différents puisque la DEL n'est qu'une diode qui émet de la lumière .


La polarisation des diodes :

Polarisation diodes.png

  • Dans le cas de la polarisation en direct (celle de gauche), l'anode est est branché en «  première », donc la tension est plus élevée à l'anode qu'à la cathode
  • Dans le cas de la polarisation en inverse(celle de droite), la diode est simplement retournée, ce qui empêche le courant de passer

application

Pour une LED, le courant qui la traverse à son importance. Si l'on branche directement la led sur une pile, elle va s'allumer, puis tôt ou tard finira par s'éteindre... définitivement. En effet, si on ne limite pas le courant traversant la LED, elle prendra le courant maximum, et ça c'est pas bon car ce n'est pas le courant maximum qu'elle peut supporter. Pour limiter le courant, on place une résistance avant (ou après) la LED. Cette résistance, savamment calculée, lui permettra d'assurer un fonctionnement optimal.

Le courant qui traverse une DEL est important, en effet si on branche une LED sur un générateur quel qu'il soit , elle va fonctionner mais pas très longtemps … C'est pour cela qu'il faut brancher une résistance ( avant ou après la DEL ) . C'est pour ca qu'il faut calculer la valeur de la résistance et pour cela il y a ... la loi d'Ohm !

Voici un schéma simple avec une pile , suivie d'une résistance et enfin d'une DEL .


Circuit basique.jpg


on sait que I=20mA car c'est aussi l'intensité qu'on estime bon pour son fonctionnement et que U=5V ( oui je prend les valeurs de l'Arduino, parce que le but est d'y venir ). On estime que la tension aux bornes de la del est de 1,5 et qu'il y aura que 3,5V aux bornes de la résistance. Pour savoir la valeur de la résistance à utiliser il y a la loi d'Ohm qui dit : U=RxI .

Donc : 5-1,5=Rx0,020 R= 3,5 / 0,020 R=175 Ohm

voilà, on vient de trouver la valeur de la résistance pour ne pas griller la DEL. Mais il n'y a pas de résistance dont la valeur est de 175 ohm ( enfin il me semble hein ) , donc n'hésitez pas à prendre la valeur juste au dessus , pour éviter tout problèmes. Plutôt simple non ?