Les Dif Composants

LYCEE PROFESSIONNEL Page 1

Les différents composants : fonctionnements et contrôles

REG

NE 555

7 8 4 3

2 6 1 5

M

Mise en situation :

- Qu’est-ce que c’est ?

- A quoi ça sert ?

- Comment ça marche ?



1°) Les résistances : La résistance (résistor) est l’élément le plus simple, il est très utilisé en électronique. C’est un composant dit passif, il conduit l’électricité avec un effet résistif. Il est bidi-rectionnel, il n’y a pas de sens de passage obligatoire du courant. 11°) Symbole :

ou norme us 12°) Unités et formules :

Le concept de résistance est défini comme le rapport de la tension sur le courant :

La valeur de la résistance R s’échelonne d’une fraction d’ohm à quelques méga ohms. La tension au bornes de la résistance u est le volt. L’intensité du courant i est l’ampère. 1 ohm ; 10 ohms ; 100 Ohms 1000 ohms = 1 Kohms = 1K (1 kilo ohms ) 1000000 ohms = 1000 Kohms = 1 Mohms = 1M ( 1 méga ohm ) 121°) La loi d’ohm : La loi d'Ohm se traduit par la relation : U = R * I ou R = U/I R étant la résistance exprimée en ohms qui caractérise le conducteur , certains matériaux ont un comportement li-néaire :



122°) Effet résistif : Il convient de noter que la dégradation d'énergie en forme thermique est un phéno-mène général en physique, phénomène décrit par la thermodynamique. En électricité, si on place une tension aux bornes d'un conducteur, il advient un courant. La dissipa-tion d'énergie se manifeste par un échauffement et une chute de potentiel le long du conducteur ; il y a conversion d'énergie électrostatique (contenue dans le générateur par exemple) en énergie thermique (échauffement par effet joules). Lorsqu'on branche un conducteur à une tension donnée, il résulte un courant, dont l' in-tensité dépend de la résistance du conducteur à son passage. La résistance d’un corps dépend de sa nature par sa résistivité (qui n’est autre que sa faculté à s’opposer au passage des électrons) et de ses dimensions (longueur et sec-tion). La relation donnant la résistance R d’un cylindre de section constante (mais de forme quelconque) est :

R = ρ L / S

La résistivité (ρ) se dit « ro » et s' exprime en ohms par mètre . R en Ohms, L longueur du matériau en mètre , S la section en m2

La résistivité dépend elle-même de la température (T) du matériau.



123°) loi de joule: La loi de Joule donne la valeur de l’énergie thermique W dégagé durant un temps t dans le conducteur par la relation : W = R * I² * t en watts

13°) valeur des résistances :

La valeur d’une résistance est déterminée par le code de couleur.



Comment repérer les anneaux ? Le premier anneau est celui qui est le plus proche du bord. Les deux premiers anneaux sont toujours les chiffres significatifs. La série E96 possède 3 chiffres significatifs (tolérance de 1% oblige), les 3 premiers anneaux sont donc les chiffres significatifs. L'anneau suivant est le multiplicateur (le 3ème pour la série E24 et le 4ème pour la sé-rie E96), puis vient l'anneau indiquant la tolérance (marron, 1% pour la série E96). Il peux exister un autre anneau donnant le coefficient de stabilité en température, bien entendu, uniquement dans le cas des résistances de précision. Les résistances les plus utilisé pour les amateurs sont les résistances à 5% , avec 3 an-neaux plus l' anneau de tolérance . Il existe des séries de résistances normalisées. E 6 , E 12 , E 24 , E 48 , E 96 , E 192 le chiffre indique le nombre de valeurs possible par série . Par exemple pour la série E 24 : 24 valeurs =>10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30, 33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,91. La série E12 , E24 , E 48 sont les plus courantes. Les valeurs des résistances vont de 1 ohm à 10 Méga ohm pour des puissances de 1/2 W ou 1/4 W alors que pour des puissances de 3 ou 5W les valeurs partent de 0,1 ohm à 10 K ohm. La valeur est alors généralement indiqué en clair . Maintenant le moyen mnémotechnique pour retenir le code des couleurs. Il suffit de se souvenir de la phrase :

a vous de boire non de voir.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Notre Bar Reste Ouvert Jeudi Vendredi Bonne Veillée Gros Buveur



14°) Les résistances en série :

Manipulation :

On vous demande de prendre 3 résistan-ces au choix, noter leur valeur ci-dessous : R1 = R2 = R3 = Montez les en série, et mesurer la valeur de la résistance totale : RT = Que pouvez vous donc conclure : lorsque l’on monte des résistances en série, la résistance totale est égale à la somme des résistances. Quel est la relation :

RT = R1 + R2 + R3 + ……. + Rn

Qu’en est-il du courant dans un tel circuit ? Voici un nouveau montage, on y trouve un générateur de 10 V., une résistance de 3 KΩ, et une autre de 7 KΩ. Les valeurs non conventionnelles, sont choisis de façon à simplifier les calculs. Quel est la résistance totale ? RT = 3000 + 7000 = 10000 soit 10 KΩ Quel est l’intensité qui circule dans le circuit ? I = U / R Soit 10 / 10000 = 0,001 A soit 1 mA

R1 R2 R3

RT



Quel est la tension au bornes de chaque résistance ? sur la résistance de 3 k U = R I U = 3000 x 0.001 = 3 V sur la résistance de 7 k U = R I U = 7000 x 0.001 = 7 V Ceci est fondamental ! Nous avons réalisé avec ce montage un diviseur de tension (3 V d'un côté et 7 V de l'autre), également appelé pont divi-seur. Le courant de 1 mA circule dans tout le circuit, il est constant en tout point. La flèche rouge représente le courant, le sens conventionnel (par convention) indi-que qu'il circule du + vers le - alors qu'en fait physiquement, il va en sens inverse. (c'est historique, ils se sont trompés lors de l'établissement de la convention, vous n'étiez pas né). La tension aux bornes de chaque résis-tance est proportionnelle à la valeur de la résistance, en d'autres termes plus la va-leur est élevée plus forte sera la tension (on dit la chute de tension). Il existe une autre méthode pour arriver à ce résultat, et sans passer par le calcul de l’intensité, il suffit de calculer la proportionnalité du pont diviseur comme suit : Si nous voulons calculer la tension aux bornes de R2 :

R2 U R2 = ------------ x U

R1 + R2

3 V.

7 V.



15°) Résistances en parallèle :

Manipulation :

On vous demande de prendre 2 résistan-ces au choix, noter leur valeur ci-dessous : R1 = R2 = Montez les //, et mesurer la valeur de la résistance totale : RT = Que pouvez vous donc conclure : Le fait de monter 2 résistances en // fait diminuer la résistance totale Comment expliquer ce résultat : Mettez vous un instant à la place du courant. Vous voyez ces deux résistances de-vant vous, vous allez vous engouffrer dans celle qui offre le moins de résistance, ce qui déterminera un courant I1 mais il vous faudra quand même traverser celle qui offre la plus grande résistance ce qui occasionnera un courant I2 . Résultat des courses : Le courant total sera égal à I1 + I2, où encore le courant total sera de toute manière plus élevé que le plus fort des courants d'une branche, ce qui dé-montre que la valeur de 2 résistances en // est inférieure à la plus faible des deux va-leurs ! (R = U/I) Quel est la relation : RT = R1 * R2 R1 + R2 Cette formule vaut pour 2 résistance, au-delà, il faut employer une autre formule : 1/RT = 1 R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….+1/Rn N’oublier pas de mettre tous sous le même dénominateur. Exemple : R1 = 50 Ω R2 = 100 Ω R3 = 200 Ω quel est la résultante ? (on peut déjà dire qu’elle sera < à 50 Ω)

R1 R2

RT



1 1 x 100 x 200 + 1 x 50 x 200 + 1 x 50 x 100 --- = ---------------- ------------------ ----------------- Rt 50 x 100 x 200 50 x 100 x 200 50 x 100 x 200 1 20000 + 10000 + 5000 35 000 35 --- = ------------------------------------ = ------------- = ----- Rt 1 000 000 1 000 000 1000 Rt = 1000/35 = 28,57 Ω Qu’en est-il de la tension et du courant dans un tel circuit ? Pour la tension, on voit facilement qu'elle est identique sur chaque branche, c’est à dire que la tension aux bornes de R2 = la tension aux bornes de R1. Ce sera un constante, dans une associa-tion // la tension est commune à tous les composants. Pour le courant, le courant total se di-vise en deux (car 2 résistances) et sa va-leur sera :

IR1 = U/R1 et IR2 = U/R2

Exercice : Soit un générateur (batterie) de 60 V alimentant une association de deux résistances en // R1 = 100 Ω R2 = 150 Ω Quels sont les courants qui traversent chaque résistance et quel est le courant fourni par le gé-nérateur ? Vérifiez vos calculs .



IR1 = U/R1 = 60/100 = 0,6 A. IR2 = U/R2 = 60/150 = 0,4 A. Le courant total est de 1 ampère. Vérification : RT = (R1 * R2) / (R1 + R2) = (100*150)/ (100+150) = 15000/250 = 60 Ω I total = U/R = 60/60 = 1 ampère. 16°) association de résistances :

Exercice N°1 : Les valeurs en ohms : Voici notre montage réduit à 3 branches de 34 Ω en parallèle ce qui donne : 11,3 Ω

R1 : 10 R2 : 20 R3 : 20 R4 : 60

R5 : 34 R6 : 40 R7 : 40 R8 : 14

Calculons la branche n°1: Nous avons R2 ET R3 en série R2-R3 est en // sur R4 Cet ensemble est en série avec R1

R2 + R3 = 20 + 20 =40 (R2+R3)//R4 = 24 ((R2+R3)//R4 )+ R1 = 34

Calculons la branche n°2: 1 seule résistance R5

R5 : 34

Calculons la branche n°3: R6 est en // sur R7 R6//R7 en série avec R8

R6//R7 : 20 (R6//R7) + R8 = 34



Exercice N°2 :

Les valeurs en ohms :

Calcul de R3//R4 : 12 Ω Calcul de l'association précédente en série avec R6 : 12 + 8 = 20 Ω Calcul de l'association précédente en // avec R7 : 10 Ω Calcul de R1//R2 : 50 Ω Calcul de R1//R2 avec l'association précédente : 50 + 10 = 60 Ω Calcul de l'association précédente avec R5 en // : 30 Ω

2°) Les résistances ajustables :

Ce sont des résistances dont on peut faire varier la valeur. Celle-ci doit être mani-puler à l'aide d'un tournevis. Une fois que la valeur de la résistance est trouvée, on n'y touche plus. Ces résistances sont faites pour avoir une valeur précise. Elles ne sont pas faites pour voir leurs valeurs changer régulièrement.

L’élément sensible est constitué d’un support sur lequel et déposé une pâte résis-tive qui incorpore un liant plastique et du carbone (cas des résistances variables à piste résistive) ou un bobinage résistif (cas des résistances variables à fil résistif).

Symbole : Les résistances ajustables ont seulement 2 broches. La résistance varie entre ces deux broches. Il existe de grosses résistances de ce type, qui sont plus variable qu'ajus-table. On appelle ce type de résistance des RHÉOSTATS.

R1 = 100 R2 = 100 R3 = 20 R4 = 30

R5 = 60 R6 = 8 R7 =20



3°) Les potentiomètres : Symbole :

On remarque que les potentiomètres ont 3 broches: les deux au bout de la résistance, plus celle au bout de la flèche. La résistance varie cette fois entre la flèche et l'un des bouts de la résistance. Le potentiomètre se comporte comme un pont diviseur de tension : On a une résis-tance avant la broche centrale (la flèche) et une après : C'est bien un pont diviseur de tension, la flèche vient piquer entre deux résistances. La différence est que cette fois, la tension délivrée est variable: en faisant bouger la flèche, on fait varier les valeurs des résistances qui se trouvent avant et après: la ten-sion varie également.

4°) Les résistances variables :

Une résistance variable à la même fonction qu'un potentiomètre, et le schéma est le même, mais il est dans un petit boîtier, sans gros bouton, et il est à tourner avec un tournevis, ou avec ses ongles.

5°) Les photo résistances :

Les photo résistances au CdS, ou cellules photoconductrices LDR, sont des résistances très particulières, puisque leur valeur ohmique augmente ou diminue en fonction de l'éclairement: elle est assez faible à la lumière et très forte dans l'obscurité. LDR = Light Dependant Résistor, résistance variable avec la lumière, en français.. Symbole :



6°) Les thermistances : Une thermistance est sensible à la température à laquelle elle est soumise, ou plus exactement aux variations de température dans son voisinage immédiat.

Symbole :

Les différents types :

Les CTN : coefficient de température négatif.

Les CTP : coefficient de température positif.

T°

T° 0

Ω

T° 0

Ω

CTN CTP



7°) Les diodes : 71°) A quoi sert une diode? Une diode laisse passer le courant dans un seul sens. Analogie avec les clapets En reprenant les mêmes comparaisons entre courant électrique et courant hydrau-lique, tension et pression, nous comparerons la diode à un clapet anti-retour. On a donc le schéma suivant: On remarque donc que le courant ne peut traverser la diode que dans un sens: De l'anode vers la cathode Dans l'autre sens la diode se bloque: le courant ne pouvant pas passer, la diode est alors équivalente à un fil coupé. 72°) Symboles:

La diode a un sens. Pour repérer ce sens, chaque patte a un nom. Sur les symboles ci dessous, la base du triangle représente l'anode, et le trait représente la cathode (valable pour toutes les diodes) Sur les diodes elles mêmes, le sens est généralement repéré par une bague noire (voir plus bas pour le code de marquage).

C’est le symbole de la diode classique

C’est la diode Zener, le symbole normalisé est le n°2, mais on trouve également les symboles 1 et 3

Stabistor, ou diode zener de faible tension

3

2 1



73°) Fonctionnement d'une diode classique: Par analogie avec le clapet, on peut différencier deux états pour la diode: passante et bloquée:

Etat passant: Ve > Vs

La diode est passante lorsque Ve > Vs. On a alors Id > 0 et Vd > 0 (en fait Vd reste à 0.7V envi-ron).

Le courant circule de l'anode de la diode (repérée "A") vers le cathode de la diode (repérée "C"). C'est le cas où le clapet est ouvert.

Etat non passant: Ve < Vs

La diode est bloquée lorsque Ve < Vs On a alors Id = 0 et Vd <= 0 la tension aux bornes de la diode est né-gative C'est le cas où le clapet est fermé

Diode scottky

Diode varicap ou diode à variation de capacité

Diode électro luminescente ou L.E.D. Pour une diode infrarouge réceptrice, les flèches sont dans l'autre sens



Vous venez de voir le fonctionnement d'une diode idéale, voyons maintenant le fonctionnement d'une diode dans la réalité: Il y a une tension de seuil qui apparaît: 0.7V environ pour une diode au silicium (0.4V pour une diode au germanium). Cette tension de seuil correspond a la pression minimale qu'il faut exercer pour pousser la bille du clapet.

Voici la courbe réelle qui peut toujours se décomposer en deux parties: La zone où la diode est bloquée, c'est a dire que Vd < 0.7V Dans cette zone, on peut considérer que le courant Id est nul, mais il ne l'est pas tota-lement. La zone où la diode est passante, c'est à dire que Vd > 0.7V Dans cette zone, Vd reste proche de la ten-

sion de seuil (0.7V), mais augmente légè-rement avec le courant. 74°)Fonctionnement d'une diode scottky :

Une diode scottky fonctionne exactement de la même manière qu'une diode normale. Les différences se situent : - Au niveau de la tension de seuil, qui n'est plus de 0.7V, mais de 0.3V, à 0.4V. - Au niveau de la rapidité, les diodes scottky sont beaucoup plus rapides. 75°) Fonctionnement d'une LED : Cette diode fonctionne de la même manière qu'une diode classique. Les différences sont: - Qu'elle éclaire! (remarque: les couleurs des leds sont les suivantes: rouge, vert, jaune, orange, et plus récemment bleu. Les diodes blanches existent depuis peu: elles sont obtenues soit par l'allumage de 3 leds, une rouge, une verte, une bleue; soit par "transformation" du bleu en blanc) - La tension de seuil se situe entre 1.8V pour une led rouge, 2.1V pour une led verte, à 4.5V pour une led bleue.



76°)Fonctionnement d'une diode zener :

O n c o n s t a t e q u e : - Lorsque Vd > 0, la diode zener se comporte comme une diode nor-male. - Par contre, si Vd < 0, la diode zener va redevenir passante à partir d'une certaine tension à ses bornes. Cette tension s'appelle la tension zener; elle est généralement écrite sur le boîtier de la diode.

- La diode zener a donc deux tensions de seuil différentes suivant sa polarisation: Si elle est traversée par un courant allant de l'anode vers la cathode, alors on a Vd=0.7V. Si elle est traversée par un courant allant de la cathode vers l'anode, alors on a Vdz à ses bornes (Vdz est une tension indiquée sur le boîtier de la diode) Vdz a gé-néralement une valeur comprise entre 2.4V et 150V. En fait, pour faire des diodes zener, on utilise la tension de claquage: toutes les diodes claquent si on leur applique une tension Vd trop négative. Pour les diodes zener, la tension de claquage est maîtrisée par les constructeurs, qui sont capables d'obtenir des tensions de claquage très précises. Notez que pour les diodes zener, le claquage n'est pas destructeur (la diode n'est pas fichue) Notez également que c'est de là que vient l'autre nom de la diode zener: diode

à effet de claquage.

77°) Fonctionnement d'un stabistor : - Il est impossible de fabriquer des diodes zener avec une tension de seuil inférieure à 2.4V. Lorsqu'on a besoin de tensions de seuil comprises entre 0.56V et 3V, on utilise des stabistors. La grande différence entre les stabistors et les diodes zener est qu'une diode zener se branche en inverse, alors qu'un stabistor se branche dans le même sens qu'une diode normale.



8°) Utilisation des diodes : 81 °) le redressement :

L'électronique que nous utilisons fonctionne avec du courant continu et le réseau élec-trique nous fournit du courant alternatif 230V 50 Hz. Il va donc falloir transformer ce courant alternatif en continu et modifier la valeur fournie en valeur désirée. Pour ce faire nous allons utiliser des cho-ses que nous connaissons. Voyons le pre-mier problème, nous avons donc du 230V et nous avons besoin d'une tension de 15V. Nous allons utiliser un transforma-teur abaisseur.

Réalisons le montage suivant : Quel est la nature du signal en A à l’oscilloscope :

C’est le reflet exact de la tension du secteur

A B Résistance

C



Quel est la nature du signal en C à l’oscilloscope : On observons une tension de 0,7V à l'alternance positive, car la diode conduit et la pleine tension inverse quand la diode est bloquée.

Quel est la nature du signal en B à l’oscilloscope :

Le signal s’explique par la présence de la diode. Ce montage est appelé montage re-

dresseur demi onde ou mono alter-nance.

La diode étant en série avec la résistance, le courant de diode est égal au courant de la résistance, ceci nous amène à une limitation qui est le courant maximal supporté par la diode. Il faudra dimensionner celle-ci en conséquence . La tension moyenne fournie par un tel redresseur vaut : U = U crête / π Dans le cas présent, nous avions 15V de tension alternative efficace ce qui nous donne 15 x √2= 21,15V crête donc la tension moyenne continue sera 21,15/3,14 = 6,7 V. Connaissant la valeur de la résistance de charge, on en déduit le courant qui circule. La diode quand elle n'est pas passante est exposée à la pleine tension inverse. Il faudra tenir compte de cette valeur pour le choix de la diode. La fréquence d'ondulation de la tension de sortie vaut celle du secteur (50 Hz en France). Nous ne bénéficions que d'une alternance sur deux, la conduction de la diode est limi-tée à 180°, ce n'est pas très efficace, de plus la tension ondule fortement, elle est dans l'état actuel des choses inexploitable pour les applications qui réclament des tensions propres, stables et bien filtrées.



82°) Le redresseur double alternance : On rajoute une diode et la résistance est maintenant connectée entre le point commun des diodes et le point milieu du transformateur. Il est obligatoire d'avoir un point mi-lieu sur le transformateur pour pouvoir effectuer ce type de montage. Forme du signal à l’oscilloscope :

On remarque sur cet oscillogramme qu’il y a les deux alternances. La tension ondule toujours, d'ailleurs ce n'est pas le rôle du redressement que de corriger cela .

Voyons maintenant en valeurs chiffrées quels ont été les gains obtenus par l'ajout de cette deuxième diode : U = 2U crête / π soit U = (2*21,15) / π = 13,47 volts les remarques faites concernant la tension inverse max sont toujours d'actualité avec ce montage, toutefois le courant dans chaque diode est moitié moindre par rapport au re-dresseur mono alternance. La fréquence d'ondulation de la tension de sortie vaut 2 fois celle du secteur . 83°) Le montage en pont : C'est le montage le plus répandu car il est plus facile de rajouter deux diodes que de trouver un transformateur à point milieu. On trouve depuis de nombreuses années des ponts de diodes intégrés pour toutes les puissances imaginables, ceci simplifie grandement la fabrication d'une alimentation.

Résistance



Dans ce type de montage, on se contente d'un transformateur classique sans point milieu ce qui est très pratique. Les alternances positives et négatives se développent donc entre les extrémités de l'enroulement secondaire. Supposons que le potentiel le plus élevé soit durant l'alternance positive sur le haut de l'enroulement, c’est à dire au point commun de d1 et d4. d1 est polarisée en direct donc passante, d4 est bloquée. Le courant circule donc dans d1, la résistance de charge puis passe dans d2 toujours polarisée en direct et le circuit est bouclé. Maintenant l'alternance s'inverse, le potentiel le plus élevé apparaît au point com-mun de d2-d3. d3 est passante d2 bloquée. Le courant circule dans d3, d1 est bloquée, puis la résistance de charge et le circuit se boucle par d4 polarisée en direct. On constate que le courant a circulé dans le même sens durant le cycle, sur les deux alternances. Ce redresseur en pont introduit 2 fois la chute de tension d'une diode (0,7V) puis-que nous avons deux diodes conductrices par alternance.

Résistance

Caractéristiques Redresseur mono

alternance Redresseur à

point milieu Redresseur en pont

diodes 1 2 4

Courant par diode I résistance I/2 résistance I/2 résistance

Fréquence d'ondulation

F secteur 2 F secteur 2 F secteur



9°) Les condensateurs :

91°) Rôle du condensateur :

Le condensateur se caractérise essentiellement par sa capacité dont l'unité est le Farad. Il a pour effet de s'opposer aux variations de tension à ses bornes. 92°) Principe de fonctionnement du condensateur : - Reprenons la comparaison entre tension et pression, débit d'eau et courant élec-trique. On peut alors matérialiser le condensateur comme un ballon : De la même ma-nière que l'eau remplit le ballon, le courant électrique charge le condensateur.

- Le ballon se vide jusqu'à ce que la pression de l'eau qu'il contient soit nulle. De la même manière, le condensateur se décharge dans la résistance jusqu'à ce que la ten-sion à ses bornes soit nulle.

- On obtient une relation de proportionnalité entre la tension aux bornes du

condensateur et la quantité d'électrons qu'il contient : Q= C.U Avec Q charge du condensateur (quantité d'électrons qu'il contient), C capacité du condensateur en Farad (F) et U la tension à ses bornes.



93°) Les différents condensateurs :

Les condensateurs chimiques polarisés :

Plus ils sont gros, plus leur capacité (voir plus bas) et/ou leur tension est élevée ... et plus ils coûtent cher! Ces condensateurs ont une valeur généralement comprise entre 0.1 micro Farad, et 100000 micro Farads. Polarisé signifie qu'il y a un sens pour brancher les condensa-teurs, et que si vous les branchez à l'envers, ils peuvent exploser (il se produit une réaction chimique à l' intérieur). Pour des raisons de sécurité, certains gros condensateurs sont munis de "soupapes de sé-curité" .

Les condensateurs chimiques non polarisés :

Il y a généralement écrit sur leur boîtier "BP" ou "NP" .

Le condensateur « Gold cap » :

Ce sont des condensateurs qui ont une capacité énorme dans une très petit volume. En contre partie ils ont une résistance série très élevée.

Le condensateur chimique a électrolyte solide :

Ce type de condensateur plutôt rare est surtout utilisé pour des applica-tions ou la fiabilité et la stabilité du condensateur sont indispensables. les courants de charge et de décharge ne sont pas limités .

Les condensateurs dit « plastique » :

Ils sont soit en polyester, en polypropylène, en polystyrène, ou en polycarbonate.



Les condensateurs céramiques :

Ils sont constitués d'un disque de céramique, sur lequel une patte est connectée de chaque coté. Ils servent plutôt pour des condensateurs de fable valeur (d'1 pico Farad = 0.000001 micro Farad, à 10000 pico Farads environ).

Les condensateurs céramique tubulaires :

On dirait des résistances, mais ça n'en n'est pas! Comment les différencier: grâce à la couleur du corps: il est soir rose, soir vert pale. Ils existent en différent format: de 1/8W à 1/2W. Ces condensateurs ne sont a priori pas encore disponibles dans le commerce.

Le condensateur en haut a droite est également un condensateur tubulaire, mais il est vieux, et ne se vend plus depuis longtemps. Les condensateurs céramique type C.M.S. :

ils n'ont pas de pattes, et qu'ils sont fait pour être montés directe-ment du cote des pistes.

94°) La symbolisation des condensateurs :

Comme d'habitude il y a beaucoup de symboles pour la même chose. Les Symboles C1 et C3 sont normalisés. Les autres sont couramment utilisés. Le symbole C1 est utilisé pour les condo non po-larisés. Les Autres pour les condos polarisés.

Pour ma part je préfère C2, car il est proche de la réalité, c'est à dire qu'on re-trouve la "cuve" (masse du condo) et le "couvercle" (plus). Notez que sur les condensateurs axiaux (une patte de chaque coté), la bague (endroit où il y a une réduction de diamètre) indique toujours le plus. Sur les condensateurs radiaux, c'est généralement le moins qui est repéré par plu-sieurs signes moins du coté de la patte moins.



95°) Caractéristiques d’un condensateur :

La capacité: Elle représente la "force" du condensateur. Plus la capacité sera grande, plus le condo pourra s'opposer aux variations de tension à ses bornes. L'unité de me-sure de la capacité est le Farad, noté F. Dans la pratique, les valeurs des condensateurs sont plutôt comprises entre 1pF = 10-12F, et 0.1F. La tension: elle s'exprime en volts continus. Elle correspond à la tension nominale, c'est à dire la tension que peut supporter le condensateur en permanence à ses bornes. Attention, si vous mettez plus en permanence, le condensateur peut exploser, et ça peut être dangereux .... La tolérance: elle correspond aux écarts de valeur qu'il peut y avoir sur la capacité du condensateur. Pour avoir les deux valeurs extrêmes du condensateur, il suffit de multi-plier la valeur indiquée par 1 - tolérance / 100 et 1 + tolérance / 100. Par exemple un condensateur de 220µF = 0.00022F avec une tolérance de -10%/+30% aura une valeur comprise entre 220*1-10/100 = 220*0.9 = 198µF et 220*1+30/100 = 220*1.3 = 286µF. Déviation en température: tout comme les résistances, les condensateurs dévient en température. Pour les condensateurs à film, la famille MKT(polyester) à un coefficient de température positif (de l'ordre de quelques centaines de ppm/°C). C'est à dire que plus la température augmente, plus la capacité du condensateurs augmente. Pour les autres condensateurs à film, le coefficient est négatif; c'est à dire que plus la tempéra-ture augmente, plus la valeur du condo diminues. Courant de fuite: un condensateur chargé, laissé longtemps déconnecté finit par être décharger; c'est comme s'il y avait une résistance de très forte valeur entre les deux bornes du condo. Par exemple pour un condo de 4700µF 63V, le courant de fuite est d'environ 2mA Résistance série: le condensateur n'est pas parfait, c'est à dire qu'il n'est pas capable de fournir ou de recevoir un courant infini. En effet, tout se passe comme s'il y avait une résistance de très faible valeur en série avec le condensateur. Par exemple pour le condo de 4700µF 63V, la résistance série est de l'ordre de 0.04 Ohm



96°) Montage d’un condensateur :

961°) En Série :

la capacité équivalente aux deux condensateurs vaut : Ceq = (C1.C2)/(C1+C2) On pose U = U1 + U2. Pour une tension U donnée, U1 = U.C2/(C1+C2) et U2= U.C1/(C1+C2) Remarque: Le condensateur formé de C1 et C2 peut accepter une tension max égale à U1max + U2max, en contre partie il a une capacité inférieure à celles de C1 et C2. 962°) En parallèle :

la capacité équivalente aux deux condensateurs vaut : Ceq = C1+C2 Remarque: La tension Umax est donnée par la plus petite tension U1max ou U2max 963°) Charge d’un condensateur en courant constant :

Ce graphique représente la charge d'un condensateur à cou-rant constant. On a alors Vc = Q/C donc :

Vc = (I.t)/C Et t = (Vc * C) / I



97°) Utilisation du condensateur pour le filtrage :

Nous avons en sortie du redresseur une tension continue, certes, mais une ten-sion qui ondule abominablement. Sur un redresseur double alternance ou un redresseur en pont cette ondulation at-teint la fréquence de 100 Hz et ceci n'est pas exploitable par nos systèmes qui exigent une tension stable et exempte de ronflements. Nous allons utiliser pour gommer ceci un filtre composé d'un ou de condensateurs.

la tension récupérée est dessinée en rouge. Quand la tension issue du redresseur est ap-parue, le condensateur s'est chargé à la va-leur de la tension crête. Quand la tension commence à décroître, le condensateur se décharge dans la charge R. L'alternance sui-vante arrive et recharge le condensateur et ainsi de suite.

Forme du signal final



10 °) Les transistors :

101°) Rôle :

La caractéristique principale du transistor est de permettre de commander un courant électrique avec un autre courant plus faible. Le transistor pourra donc amplifier un si-gnal électrique. 102°) Les différents types de transistors : Tout d'abord, on distingue deux types de transistors, les transistors bipolaires (ou à jonction) et les transistors à effet de champ (FET pour Field Effect Transistor). Les polarisations des transistors séparent les transistors bipolaires et FET en deux ty-pes : - NPN et PNP pour les bipolaires et Canal N et Canal P pour les FET. 103°) Principe de fonctionnement d'un transistor : L'exemple ci-dessous montre le fonctionnement d'un transistor bipolaire NPN. En reprenant la comparaison entre tension et pression, débit d'eau et courant électri-que, on peut comparer le transistor à un robinet dont l'ouverture est fonction d'un autre débit d'eau. Le courant de la base actionne le levier qui ouvre le robinet contrôlant le courant du collecteur. Le courant traversant le collecteur est fonction du courant traversant la base. Le cou-rant de l'émetteur est la somme du courant de la base et du courant du collecteur.

Il existe une relation de proportionnalité entre le courant de la base et le courant du collecteur : Ic = ß.Ib. Cette relation n'est valable que lorsque le transistor fonctionne dans son domaine linéaire.



104°) Les différents transistors :

Transistors CMS (Composants Miniatures de Surface):

Quelques noms de boîtier: SOT223, SOT23 Exemples de références courantes: NPN: BC847, BC817.

Transistors à usage général: commutation, amplification (pour les courants faibles) :

Quelques noms de boîtier: TO92 Exemples de références courantes: NPN: BC547, BC548, BC549, BC337.

Transistors faible bruit (pour l'audio) et haute fréquence :

Quelques noms de boîtier: TO18, TO72, TO5, TO39, SOT37 Exemples de références courantes: NPN: 2N2222, 2N2219; PNP: 2N2907, 2N2905

Transistors de moyenne puissance (>1W) :

Quelques noms de boîtier: TO126 Exemples de références courantes: NPN: BD135, BD435; PNP: BD136, BD436.

Transistors de moyenne puissance :

Quelques noms de boîtier: TO220 Exemples de références courantes: NPN: BD241, TIP31; PNP: BD242, TIP32.

Transistors a forte dissipation (de l'ordre de la centaine de watts) :

Quelques noms de boîtier: TOP3, TO264, SOT39, ... Exemples de références courantes: NPN: BD249; PNP: BD250



Transistor à forte dissipation (plusieurs centaines de watts) :

Quelques noms de boîtier: TO3 Exemples de références courantes: NPN: 2N3055; PNP: 2N2955.

105°) La symbolisation des transistors :

Il faut retenir les noms des pattes. L'émetteur est toujours repéré par la flèche. Le sens de la flèche indique le type de transistor. Les deux types de transistors sont nécessaires et complémentaires. Pour certaines applications, on peut utiliser indifféremment les deux types; pour d'autres, on doit uti-liser exclusivement un certain type (notamment pour les amplificateurs audio). Les noms PNP et NPN viennent du type des jonctions à l'intérieur des transistors. Pour le transistor PNP, on a une zone dopée P, puis N (la base), puis P.

Le transistors PNP est un peu moins courant que son ho-mologue le NPN. En général, on s'en sert lorsqu'on ne peut pas mettre un transistor de type NPN. La flèche ren-tre dans le transistor pour un PNP (c'est une convention).

Le transistor NPN est généralement celui qu'on utilise par défaut La flèche sort du transistor NPN.



106°) Fonctionnement et contrôle des transistors :

A savoir :

Première chose à savoir: Ic = ß x Ib. Cela signifie que le courant pouvant circuler dans le collecteur du transistor est proportionnel au courant circulant dans la base. (ß se dit bêta et est le gain du transistor. Il est aussi appelé hfe, et est donné dans les da-tasheets des transistors. Il vaut de l'ordre de 200 pour les transistors de signal. Plus les transistors sont "gros", plus ce gain est faible). Deuxième chose à savoir: Ic = Ie. En effet, la formule exacte est Ie = Ic + Ib. Mais comme ß est "grand", le courant de base est négligeable par rapport au courant de collecteur. Lorsque Ic < ß x Ib, le transistor est saturé, on a alors Vce = Vce_sat.

Sens des courants et tension pour un transistors

PNP

Sens des courants et tension pour un transistors

NPN

Voilà comment tester un transistor bipolaire. Ca

permet de reconnaître si le transistor est de type

PNP ou NPN.



107°) Les principales caractéristique des transistors bipolaires :

Le gain (Hfe, ß): sans unité. On rappelle que Ic = ß x Ib. Plus le gain est élevé, mieux c'est. Remarque: pour les transistors type BC547, ... les suffixes indiquent le gain. En gros: -16: gain de 150; -25: gain de 200; -40: gain de 400. Exemple: BC327-40. Ic_max : en A. C'est le courant maximum qu'on peut faire passer dans le collecteur (donc l'émetteur) du transistor sans le détruire. Vce_max (Vce0) : en Volts. C'est la tension collecteur émetteur maximale que peut sup-porter le transistor sans claquer. Ptot : en Watts. C'est la puissance maximale que peut dissiper le transistor. Plus il est gros, plus il peut dissiper. Vce_sat. : C'est la tension collecteur émetteur lorsque le transistor est saturé. Plus le transistor est "gros", plus cette valeur est élevée. Elle peut aller de 0.1V pour des transis-tors de faible puissance à quelques volts pour des monstres! Ft : en Hz. C'est la fréquence de transition. A cette fréquence, le transistor devient inu-tile. En effet, il faut savoir que le gain du transistor baisse avec la fréquence d'utilisa-tion. A la fréquence de transition, le gain vaut 1. Ce paramètre est très important en haute fréquence.

108°) Branchement des transistors en commutation :

Il ne peut prendre que deux états: bloqué ou saturé. Il faut savoir que ce mode de fonctionnement est le plus courant. On peut assimiler le transistor à un interrupteur commandé électriquement. La com-mande étant la base, et l'interrupteur étant entre le collecteur et l'émetteur.



- Ainsi pour un transistor NPN, lorsque Vbe = 0, le tran-sistor est bloque. Ca signifie que Ic = Ie = 0, et Vce est quelconque positif (Inférieur à Vce_max tout de même, sinon le transistor claque). La valeur de Vce dépend du montage. - Et lorsque Vbe = 0.7V (tension de seuil de la diode base émetteur), le transistor est passant. Pour qu'il soit saturé, on a vu qu'il fallait que Ib > Ic/ß Ca signifie que Vce = Vce_sat = 0.2V pour un transistor de fai-ble puissance. Le courant peut alors circuler dans le transistor du collecteur vers l'émetteur. - Pour le transistor PNP, c'est exactement le même principe: - Lorsque Veb = 0, le transistor est bloqué, on a Vec quel-conque, et Ic = Ie = 0 - Lorsque Veb = 0.7V (donc Ib > 0), alors Vec = Vec_sat= 0,2V. et Ic = Ie < ß x Ib.

109 °) Exemple de branchement : commande d'un relais à partir d'un signal logique: - Le but est de commander un relais à l'aide d'une porte logique, d'une sortie du port pa-rallèle. On ne peut pas brancher directe-ment le relais sur cette sortie, car il consomme trop de courant. Il faut donc mettre un transistor qui va servir d'interrup-teur commandé électriquement.



1010°) Exercice de compréhension :

Montage N°1 :

Les transistors PNP : Vous devez dire si la LED s'allume ou non et si le transistor est blo-qué ou saturé, suivant la valeur de Ve. Remarque: Vcc = +12V. et Ve = 12 V. La LED reste éteinte et le transistor est bloqué. En effet Veb = 0 V., donc le courant ne passe pas dans le transistor. Ic=Ie= 0 A.

Montage N°2 : Voici un petit schéma pour bien assimiler quand les transistors sont passants ou blo-qués. Rappel: Vec_sat = 0.2V et Veb_sat = 0.7V La LED est éteinte. T1 est saturé, donc T2 est saturé, donc T3 est saturé, donc Vec3 = 0,2 V., donc Veb4 = 0,2 V. < 0,7 V., donc T4 est bloqué.

Montage N°3 :

Ce montage avec les 4 transistors s'appelle un pont en H. Il permet par exemple d'alimenter dans les deux sens un mo-teur. Ici, vous devez déterminer quelle(s) LED(s) s'allume(nt). Si I1 appuyé : T2 et T3 sont saturé, les autres sont bloqués. La LED 1 s’allume. Si I2 appuyé : T1 et T5 sont saturé, les autres sont bloqués. La LED 2 s’allume.



Montage N°4 : Petit complément: T1 et T2 constituent un montage darlington. C'est équivalent à un transistor dont le gain vaut ß1 x ß2, et dont Vbe_sat = 1.2V On met le montage sous tension, et on suppose que le condensa-teur est initialement déchargé. Dite ce qu'il se passe. (la lampe est une lampe 12V tout ce qu'il y a de plus classique). Vbe = 0 V au départ. Le Condensateur se charge et lorsque Vbe atteint 1,2 volts, la lampe s’allume. L’allumage est progressif car le transistor n’est pas saturé tout de suite à cause du condensa-teur.

1011°) L’oscillateur astable :

Ce montage permet de générer un signal carre ou rectangulaire au point A ou B. La sortie se fait soit au point A, soit au point B. Ces sorties prennent deux états qui valent envi-ron 0V ou +Vcc. Par la suite, on les appellera respectivement état 0 et état 1. Supposons que A = 0 et B = 1; et que les deux condensateurs sont chargés. T2 est saturé par l'intermédiaire de R4, et T1 est bloqué, car sa tension Vbe est négative du fait que C1 est chargé. Grâce à R3, C1 se décharge, et la tension Vbe1 diminue pour finir par redevenir positive. Lorsque Vbe1 = 0.7V environ, T1 se sature (B passe à 0).

Du coup, Vbe2 devient négative, et T2 se bloque. (A passe au niveau 1). Donc C1 se charge positivement, et en profite pour saturer plus rapidement T1. Dans le même temps, C2 se décharge, et la tension Vbe2 diminue pour finir par redevenir positive. T2 va se re-saturer, et on va recommencer un cycle. Valeur du signal à l’oscilloscope :



1012°) Autre exemple : Amplificateur de micro électret :

Ce montage permet d'amplifier le son d'un micro à électret:. Le montage se décompose en deux parties semblables. Le deuxième étage est l'ampli "de puissance" sur lequel est branché le haut parleur.

Le micro crée de toutes petites varia-tions qui se répercutent sur la base de T1. T1 amplifie ces variations, et les transmets sur la base de T2 par l' inter-médiaire de C5. T2 amplifie de nouveau, mais est capable de délivrer suffisamment de courant pour alimenter un petit haut parleur. Les condensateurs C3, C4, et C5 sont des condensateurs de liaison. Sans C3 par exemple, le haut parleur serait alimenté en permanence avec une ten-sion continue ce qui produirait un mau-vais son et risquerait de le griller. Les condensateurs C1 et C2 sont là pour obtenir une amplification plus forte. Remarques : - Attention le micro à électret est polarisé; le moins, est la patte reliée au boîtier. - on peut brancher à peu près n'importe quel haut parleur en sortie, en sachant qu'on entendra mieux si son impédance est plus élevée (moins de perturbations sur l'étage de sortie).



11°) La régulation :

R4 est la résistance qui polarise la Zener. Un pont diviseur formé par R1, le poten-tiomètre et R2 ramène une partie de la tension de sortie sur la base de T3. Le potentio-mètre sert à ajuster la tension de sortie que l'on désire. Si l'on ramène ce potentiomètre sur la face avant, nous obtiendrons une alimentation variable régulée. Supposons le montage en équilibre, la tension de sortie est stable à la valeur que nous avons choisie. La valeur de la tension ramenée sur la base de T3 vaut : Us x R1 / (R1 + R2) pour nos calculs négligeons le potentiomètre, il se divise en 2 parties inégales ou égales qui s'ajoutent à R1 et R2. Imaginons maintenant que la tension de sortie baisse brutalement consécutivement à un appel de courant de la charge. La tension ramenée sur la base de T3 va diminuer en-traînant une diminution du courant collecteur de T2. Si Ic2 baisse, la chute de tension aux bornes de R3 diminue ce qui se traduit par une élévation du potentiel sur la base de T2 d'où une augmentation de la tension de sortie. La régulation rend la tension de sortie indépendante des fluctuations de tension d'entrée et du courant de sortie. En clair, la tension d'entrée, issue du redresseur et du fil-tre peut varier, la régulation maintient à niveau constant la tension de sortie. De même les variations de courant de charge n'influencent pas la tension de sortie. La technologie des composants évolue et nous fournit aujourd'hui des régulateurs intégrés. Il s'agit de la série de 78 et 79xx. La série 78 produit des régulateurs de ten-sions positives, la série 79 des régulateurs de tensions négatives. Le marquage est simple à comprendre, un 7812 régulera une tension de sortie à 12V. Ces régulateurs ne sont pas des régulateurs de puissance, le courant maximal est de l'ordre de 1,5 A.



Les régulateurs se présente de cette manière :

Voici comment se monte un tel régulateur. Les condensateurs que vous voyez en entrée et sortie ne sont pas là pour filtrer mais pour éviter les oscilla-tions du dispositif.

Supposons sur nous disposions d'un régulateur 5V et que nous ayons besoin de 6V, nous pouvons insérer une diode dans la broche de masse, la tension régulée d'élèvera à 5,7V. Si vous mettez deux diodes, la ten-sion montera à 6,4V etc.

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Les Dif Composants