L'Électronique Analogique

L'électronique est la discipline qui s'intéresse aux dispositifs électriques fonctionnant à l'aide des petits signaux. La plupart du temps les courants et les tensions mises en œuvre restent de faible amplitude exceptée en électronique de puissance. Une grande partie des appareils que nous utilisons quotidiennement possèdent des systèmes électroniques. L'électronique apporte des solutions simples, fiables et souples à un grand nombre de problèmes techniques...

Le but de cette page est de présenter (très) rapidement les différents composants et règles utilisées en électroniques...

Présentation

L'acteur principal en électronique est l'électricité. L'électricité est une forme d'énergie créée par la circulation d'électrons à travers les conducteurs. Pour comprendre ce qu'est un conducteur, il faut se rapprocher au niveau des atomes. Un atome est composé par un noyau (composé de proton et de neutron) et d'un certain nombre d'électrons (selon le type d'atome) gravitant autour de ce noyau. Un conducteur est composé par des atomes pouvant facilement (+ ou -) échanger des électrons de proche en proche. Les métaux ont cette propriété... Lorsqu'une force électromotrice (ex : un générateur électrique) va provoquer la circulation d'électrons dans un fil conducteur, certains électrons des atomes vont être "poussés" par d'autres électrons, et vont donc "sauter" ainsi de proche en proche, tout le long du circuit...

Les 2 grandeurs caractérisant la circulation de l'électricité dans un circuit sont le Volt et l'Ampère :

La différence de potentiel (d.d.p) est mesurée en Volt. Cette valeur correspond à la différence de 'voltage' entre 2 points du circuit par exemple. On peut utiliser la hauteur d'une chute d'eau comme analogie.

L'intensité, mesurée en ampère, représente le débit des électrons dans un circuit. Si l'intensité est nulle, il n'y a pas de circulation de courant. C'est le même principe que le débit de la chute d'eau.

Le produit de ces 2 grandeurs permet de connaître la puissance (en Watt) que reçoit un circuit : P = V*I
Exemple : Une alimentation fournit une tension de 12V avec une intensité de 500mA (0.5A) on a alors une consommation de 12*0.5=6 Watt.

Les résistances

Une résistance est un composant permettant de diminuer le débit du courant (I) dans un circuit. Ce dipôle peut être comparé à une canalisation d'eau de petit diamètre, qui limite le débit de l'eau.
La résistance se mesure en Ohms : Plus cette valeur est importante, moins le courant pourra passer ou inversement, plus cette valeur se rapproche de 0 plus le courant passera.

Une loi permet de déterminer l'intensité, le voltage ou la résistance (impédance), au niveau d'une résistance : La Loi d'Ohm.

Loi d'Ohm

Prenons le montage ci-dessous comme exemple :

On connaît la valeur de la résistance (50 Ohms) et la tension délivrée par la pile (1.5V).
D'après la loi d'Ohms l'intensité I circulant dans le circuit est U/R=1.5/50=0.03A=30mA
La puissance absorbée par le circuit est donc de V*I = 1.5*0.03=0.045W=45mW

Résistances en série :

La résistance équivalente créée avec la mise en série de x résistances est égale la somme de celle-ci...

Résistances en parallèle :

Aspect physique :

Quelques résistances

 

Code des couleurs des résistances :

Les résistances possèdent généralement des anneaux de différentes couleurs : Ces anneaux indiquent les caractéristiques de la résistance : Valeur, tolérance,...

Voici la table du code des couleurs :

Le premier anneau est celui se trouvant le plus près du bord et n'étant pas or ou argent

Exemple :

Cette résistance a pour valeur : (2*10 (rouge) + 2 (rouge)) * 100 (rouge -> 2 zero) = 2200 Ohms
Le dernier anneau est argent : elle a donc une tolérance d'erreur de 10 %. C'est-à-dire que sa valeur peut varier de 10% et donc de + ou - 2200 * 0.1 = 220 Ohms.

Les résistances variables :

Les résistances variables sont des résistances pouvant être changé grâce à un axe : on peut aussi les appeller des potentiomètres. Leurs valeurs peuvent varier de quelques Ohms à plusieurs centaines de kilo Ohms :

Ce type de résistance est généralement utilisé pour permettre d'agir sur un circuit (ex : ampli) manuellement que se soit pendant son utilisation ou pendant sa fabrication. Le réglage et calibrage du circuit est nécessaire car tous les composants n'ont pas les valeurs réelles indiquée. (ex : tolérance des résistances... )

 

Les condensateurs :

Les condensateurs sont des composants pouvant stocker des charges électriques. Ils possèdent 2 pôles chacun isolés l'un de l'autre par un isolant. Voici le symbole d'un condensateur :

Leurs capacités se mesure en Farad

Quelques condensateurs

Il existe plusieurs types de condensateur que l'on va regrouper dans 2 groupes : les chimiques (photo de gauche) et les autres (photo de droite : céramiques : ceux qui ressemblent à des pastilles, condensateur à film plastique ou Mylar : les autres...)

Pour plus de détails sur la manière de les reconnaître et de les déchiffrer, lire ce document-ci.

Les condensateurs chimiques peuvent stocker une quantité d'énergie relativement importante : leur capacité est de l'ordre du uF (1 micro Farad = 10^-6 Farad).

L'utilisation principale de ce type de condensateur se situe dans l'électronique de puissance, dans les alimentations par exemple. Ils permettent de 'lisser' la tension de sortie...
Contrairement aux autres condensateurs, les chimiques sont polarisés : il faut donc respecter la polarité du condensateur.

Pour montrer qu'ils sont capables de stocker une quantité d'énergie relativement importante voici une décharge complète très rapide (un court-circuit) en image d'un condensateur chimique 16V de 4700uF chargés au maximum de sa capacité.
L'étincelle produite à durée 100milli-seconde environ :

 

 

Maintenant que l'on a vu l'aspect extérieur du composant, intéressons-nous à son aspect mathématique :

Voici les formules d'équivalence pour les condensateurs en série ou en parallèle :

Condensateurs en série

 

Condensateurs en parallèle

 

Voici l'expression de u (volt) et de i aux bornes du condensateur :

La tension et l'intensité aux bornes d'un condensateur dépendent de sa capacité et de son contenu en charge et donc forcément du temps de chargement (c'est pourquoi on utilise l'intégrale et la dérivé par rapport au temps.)

Prenons maintenant ce montage RC (Résistance Condensateur) :

Voici les courbes de charge et de décharge du condensateur à travers une résistance de 50 Ohms avec une tension de 16V (courbes obtenues en simulation avec Pspice) :

 

 

Pour évaluer la charge du condensateur mathématiquement il faut utiliser la constante de temps t qui est égale, dans ce circuit au produit entre la résistance et le condensateur :

Cette valeur correspond au temps qu'il faut pour charger le condensateur à 63% de sa capacité et du temps qu'il faut pour le décharger jusqu'a 37% de sa capacité.

Dans notre exemple t=50 * 4700*10^-6 = 0.235s = 235ms

Pour qu'il soit chargé à 95% de sa capacité il faut 3*t = 705ms.

Pour qu'il soit chargé à 99% de sa capacité il faut 5*t = 1.175s.

 

Voilà pour les condensateurs donc la prochaine mise à jour sera sur les diodes et les transistors bipolaires.

23/12/2002