Edwin Robledo
Elevate your design and manufacturing processes with Autodesk Fusion
This post is also available in: Italiano (Italien) Deutsch (Allemand) 日本語 (Japonais) English (Anglais)
Électronique pour les Débutants – Comprendre les bases de l’électronique peut être une tâche intimidante pour certaines personnes, tandis que d’autres trouvent que les concepts de courant et de tension sont très faciles de saisir. Ce guide vous fera découvrir chacun des concepts de base de l’électronique un par un. Il vous permettra aussi de comprendre et de vous familiariser avec chacun des sujets abordés sans pour autant vous ennuyer. Alors commençons sans plus tarder !
Ces électrons restent à l’intérieur des orbites ou se déplacent en tant qu’électrons libres ou mobiles, et ce, selon le type d’élément auquel ils appartiennent. Si vous regardez le tableau périodique, vous remarquerez que les éléments sont divisés en trois catégories : les métaux, les métalloïdes (semi-conducteurs) et les non-métaux. Les éléments métalliques ont des électrons mobiles, c’est pourquoi on les appelle des conducteurs, tandis que les non-métaux conservent leurs électrons de manière très stricte, ce qui en fait de mauvais conducteurs d’électricité.
Électronique pour les Débutants
Courant
Qu’est-ce que le courant électrique ? C’est la vitesse de circulation des charges. Si vous comptez le nombre de charges passant à travers un point à l’intérieur d’un fil, en une seconde, vous obtiendrez la quantité de courant qui y circule.
Quel est le sens de circulation du courant dans un circuit ? Le sens dans lequel circulent les électrons est appelé courant électrique. Toutefois, le sens conventionnel du courant est le sens opposé à celui des électrons. On peut dire que c’est le flux des charges positives. Dans un circuit, le sens conventionnel du courant va du pôle positif de la pile au pôle négatif, comme le montre le schéma ci-dessous.
Tension
La différence de charge entre deux points est définie comme la tension. Pour mieux comprendre ce concept, considérez l’analogie énergétique suivante : si une balle se trouve au sommet d’une colline, elle possède une grande quantité d’énergie potentielle par rapport à ce qu’il en reste après avoir roulé et atteint le pied de la colline. Le long du chemin parcouru, la balle perd de l’énergie en échange d’un certain travail effectué. De même, les électrons subissent aussi un changement d’énergie lorsqu’ils se déplacent dans un circuit. La différence d’énergie entre deux points est appelée tension.
La loi d’Ohm relie la tension et le courant électrique dans un circuit. Voici la formule de la loi d’Ohm :
U=IR
Où U est la tension en Volts, I est le courant en Ampères et R est la résistance en Ohms.
Nous examinerons les résistances en détail dans la section suivante. Le circuit ci-dessous montre comment la tension est mesurée entre deux points à travers une résistance.
Puissance
En général, la puissance est définie comme le taux de transfert d’énergie. Nous savons tous que l’énergie ne peut pas être détruite. Elle peut cependant être transformée d’une forme à une autre. Par exemple, l’énergie potentielle est convertie en énergie cinétique lorsqu’une pierre dévale une pente ; la vitesse de ce transfert est une autre façon de mesurer la puissance.
En électronique, l’énergie électrique est convertie en d’autres formes d’énergies, et vice-versa. Par exemple, lorsqu’une batterie fournit du courant, l’énergie chimique se transforme en énergie électrique. De même, une ampoule s’allume grâce à la conversion de l’énergie électrique en énergie lumineuse.
En résumé, on peut dire que la puissance électrique est le taux de transfert de l’énergie électrique. D’un point de vue mathématique, la puissance est le produit de la tension et du courant, et est représentée comme suit :
P=UI
Où P est la puissance en Watts, U est la tension en Volts et I est le courant en Ampères.
Considérons le circuit illustré ci-dessus. Nous pouvons calculer la puissance consommée par la charge en utilisant l’équation mentionnée ci-dessus. Nous devons connaître les valeurs de la tension et du courant. Pour calculer le courant, nous utiliserons la loi d’Ohm. En réorganisant l’équation de la loi d’Ohm, nous obtenons :
I = U/R
= 9V/10Ω =0,9 A
Maintenant, nous pouvons calculer la puissance dissipée par la résistance :
P = UI
= (9) (0,9)
P = 8.1 W
La puissance dissipée par la résistance de 10Ω est 8,1 watts, ce qui correspond au taux de transfert de l’énergie électrique dans ce circuit.
Courant Alternatif et Courant Continu
Vous avez sans doute entendu dire qu’il existe deux types de circuits : le courant alternatif (AC en anglais) et le courant continu (DC en anglais). Que signifient les termes AC et DC ? Comment pouvez-vous faire la différence entre ces termes ?
CA signifie « Alternating Current » (Courant Alternatif, ou CA) et DC signifie « Direct Current » (Courant Continu, ou CC). Dans les circuits AC, le courant ne circule que dans un seul sens, tandis que dans les circuits DC, il change de sens après un intervalle de temps fixe. Cela permet aux deux circuits de présenter des propriétés différentes et de servir diverses applications.
Le courant continu est surtout utilisé dans les circuits numériques et logiques, tandis que le courant alternatif est présent dans le système électrique de notre maison. Comme le courant alternatif change périodiquement de direction, il est représenté comme une onde sinusoïdale avec une fréquence et une amplitude particulières. Le courant continu est décrit comme un niveau constant, une ligne droite, puisqu’il ne varie pas.
Éléments Communs des Circuits
Maintenant que vous avez compris le vocabulaire de base de l’électronique, nous allons examiner certains des composants de circuit électrique les plus fréquemment utilisés et voir comment ils fonctionnent.
Résistances
Une résistance est un élément essentiel d’un circuit électronique. Elle s’oppose au passage d’un courant électrique, qui est régi par la loi d’Ohm, et c’est cette force d’opposition qui aide les concepteurs à définir les valeurs de courant dans le circuit en fonction de leurs besoins. Par exemple, si vous travaillez sur un circuit qui nécessite moins de courant, vous devrez introduire une valeur de résistance élevée dans votre circuit.
Représentations Schématiques des Symboles Électriques
Il existe plusieurs types de résistances sur le marché. Elles peuvent être classées en résistances SMD (Composant Monté en Surface, ou Surface Mount Device en Anglais) et résistances axiales. Les résistances SMD sont couramment utilisées dans les circuits imprimés et la conception d’équipements électroniques. Ces résistances se distinguent par un code numérique, appelé code impérial, qui fait référence aux dimensions de la résistance SMD en pouces.
Les résistances SMD les plus courantes sont les 0603 et 0805. Le code 0603 se traduit par une longueur de 0,06 pouce et une largeur de 0,03 pouce. De même, le code 0805 se traduit par une longueur de 0,08 pouce et une largeur de 0,05 pouce. Les tailles des résistances CMS sont converties en différentes puissances nominales, par exemple, la résistance 0603 a une puissance nominale de 0,10 watts tandis que la résistance 0805 a une puissance nominale de 0,125 watts. Les autres codes impériaux comprennent 0201, 0402, 1206, 1210, 1812, 2010 et 2512.
D’autre part, les résistances de forme cylindrique couramment utilisées par les étudiants et les amateurs sont les résistances axiales. Elles disposent d’un code de couleurs qui permet de déterminer la valeur de la résistance sans avoir à la mesurer avec un multimètre. Il existe différents types de résistances axiales. On distingue notamment les résistances à film de carbone, à film métallique, à fil rond et à couche de carbone.
Code Couleur
Le schéma de code des couleurs des résistances peut vous sembler un peu difficile au début, mais plus vous approfondissez vos connaissances dans le monde de l’électronique, mieux vous pourrez les interpréter. Chaque résistance axiale possède quatre bandes de couleur ; trois d’entre eux indiquent la valeur de la résistance, et la quatrième indique la valeur de tolérance de la résistance. Cette quatrième bande est de couleur argentée ou dorée.
Lorsque vous lisez la valeur de la résistance, gardez toujours la bande de tolérance sur votre droite et lisez les couleurs du côté gauche. Le tableau ci-dessous indique la valeur que chaque couleur représente.
Prenons l’exemple d’une résistance dont les bandes sont de couleur marron, noire, orange et dorée. Pour décoder la valeur de sa résistance, regardons le tableau ci-dessus. Le marron correspond au premier chiffre, c’est-à-dire 1, le noir se traduit par 0, qui est le deuxième chiffre. La valeur obtenue est donc de 10. Ensuite, l’orange représente le multiplicateur ; 103, et l’or représente la tolérance de 5%. On obtient ainsi une valeur de résistance de 10kΩ avec une tolérance de 5 %.
Montage En Parallèle ou En Série
Il existe deux manières principales de connecter deux résistances ou plus : en série et en parallèle. Le montage en série consiste à connecter deux résistances l’une après l’autre, tandis qu’un montage en parallèle consiste à connecter les extrémités d’une résistance aux extrémités d’une autre résistance. Les schémas de circuit ci-dessous montrent comment vous pouvez réaliser le montage de deux résistances en série et en parallèle.
Dans un montage en parallèle, le courant I provenant de la batterie est divisé en deux courants I1 et I2. Après avoir traversé les résistances montées en parallèle, ces courants séparés se rejoignent pour former le courant I, qui retourne dans la batterie. La tension aux bornes des deux résistances reste la même. Vous devez donc vous rappeler que lorsque des résistances sont montées en parallèle, le courant se divise, tandis que la tension reste la même.
La valeur totale de la résistance dans le cas où des résistances sont montées en parallèle est calculée à l’aide de la formule suivante :
R(total)= (1/R1+1/R2)^-1
Dans la figure ci-dessus, nous avons des résistances R1 et R2 de 10kΩ et 1kΩ respectivement. Nous pouvons donc calculer la résistance totale comme suit :
R(total)= (1/10kΩ+1/1kΩ)^-1
R(total)= ((1+10)/10kΩ)^-1
R(total)= (11/10kΩ)^-1
R(total)= (10kΩ/11)
R(total)= 0.909kΩ
Cependant, dans un montage en série, le courant qui traverse les résistances reste le même alors que la tension se divise. La valeur totale de la résistance en série peut être calculée en additionnant simplement les valeurs des résistances individuelles.
R(total)=R1+R2
En utilisant les valeurs présentes dans le schéma du circuit, nous pouvons calculer la résistance totale comme suit :
R(total)=10kΩ+1kΩ
R(total)=11kΩ
Condensateurs
Le deuxième élément le plus fréquemment utilisé dans les circuits électroniques est le condensateur. Il s’agit d’un dispositif de stockage de charge, composé de deux plaques métalliques parallèles séparées par une couche diélectrique. Les plaques métalliques sont chargées de manière opposée et ont la capacité de stocker des charges électriques. Les condensateurs sont couramment utilisés à des fins de couplage et de découplage, comme réservoir de charge, et pour fournir un effet de lissage de la tension.
Il existe deux types de condensateurs : polarisés et non polarisés. Vous devez monter les condensateurs polarisés de manière à respecter leur polarité. L’une des sorties est marquée d’un signe « + » tandis que l’autre est marquée d’un symbole « -« . La sortie positive d’un condensateur doit toujours être connectée la borne positive d’une alimentation électrique. La sortie négative doit rejoindre la borne négative de l’alimentation électrique.
Montage En Parallèle ou En Série
Comme les résistances, vous pouvez également connecter les condensateurs en série ou en parallèle, et ce, en fonction de votre application. La capacité est mesurée en Farads, et la valeur totale de la capacité électrique varie selon la configuration. Examinons chacune des deux configurations une par une.
Pour calculer la capacité totale des condensateurs en parallèle, il suffit d’additionner les valeurs.
C(total)=C1+C2
C(total)=100μF+10μF
C(total)=110μF
Cependant, supposons que les condensateurs soient montés en série. Dans ce cas, les valeurs de leurs capacités sont d’abord inversées, puis additionnées, et enfin inversées à nouveau, tout comme nous calculons la résistance des résistances en parallèle.
C(total)= (1/C1+1/C2)^-1
C(total)= (1/100μF+1/10μF)^-1
C(total)= (11/100μF)^-1
C(total)= 100μF/11
C(total)=9.09μF
Trou Traversant ou SMD
Les composants électroniques se présentent sous différents types de boîtiers, dont les principaux sont : les boîtiers à trou traversant et les boîtiers SMD (Composant Monté en Surface, ou « Surface Mounted Device » en anglais). Vous pouvez fixer des composants traversants sur des platines d’expérimentation ou des platines de prototypage car ils possèdent de longs fils conducteurs qui peuvent être facilement insérées dans les trous. C’est pourquoi on les appelle des dispositifs traversants. D’autre part, les composants montés en surface (SMD) sont utilisés sur les circuits imprimés et les appareils électroniques tels que les cartes à microcontrôleurs. Les composants SMD sont généralement beaucoup plus petits que les composants à trou traversant et n’occupent qu’un côté du circuit imprimé. Ainsi, en utilisant des composants SMD, vous pouvez concevoir des modèles plus petits.
Qu’est-ce qu’un circuit ?
Lorsque vous réunissez plusieurs composants électroniques et que vous les connectez à une alimentation en courant alternatif ou continu, vous obtenez un circuit. Cela ne veut pas dire que vous pouvez commencer à connecter des éléments de circuit sans connaître leur puissance nominale, car vous risquez alors de vous retrouverez dans une situation explosive. D’un point de vue formel, un circuit est une combinaison de composants électroniques reliés par des fils conducteurs, où un courant électrique peut circuler.
Construire un Circuit Électrique
De quels éléments électroniques de base avez-vous besoin pour construire un circuit électronique simple ? Faut-il un diplôme d’ingénieur pour réaliser cela ? Bien sûr que non ! Vous pouvez apprendre à construire un circuit simple en seulement quelques étapes faciles.
Tout d’abord, vous devez choisir la source d’énergie que vous allez utiliser. Ensuite, vous devez choisir les composants de votre circuit et déterminer comment vous allez les assembler.
Par exemple, nous construisons un circuit amplificateur qui utilise un circuit intégré LM386, des résistances et des condensateurs. Une pile DC de 9V alimente le circuit. Le signal de sortie est reçu par le haut-parleur, qui est une version amplifiée du signal d’entrée. Les condensateurs de ce circuit sont utilisés à des fins diverses. Dans certains cas, ils bloquent le courant continu et couplent le signal de l’entrée à la sortie. Dans d’autres cas, ils fournissent un courant supplémentaire pour éviter que la tension d’alimentation ne s’affaiblisse, ce qui permet à la batterie de 9 V de rester stable en cas de charge importante. Enfin, ils sont aussi utilisés pour filtrer les fréquences indésirables.
À vous de jouer. Utilisez Fusion 360 pour créer ce circuit et impressionnez vos amis et vos collègues avec vos nouvelles connaissances en matière de conception électronique. Vous n’utilisez pas encore Fusion 360 ? Téléchargez-le dès aujourd’hui.