L’électronique de base explique comment fonctionne l’électricité et comment les différentes pièces font fonctionner un circuit. Il couvre des concepts fondamentaux tels que la tension, le courant, la résistance et la puissance, ainsi que des composants clés tels que les résistances, les condensateurs, les diodes et les transistors. Cet article fournit des informations claires et détaillées sur ces concepts, y compris la lecture des circuits, les sources d’alimentation et les conseils de sécurité.
Présentation de l’électronique de base
L’électronique de base consiste à comprendre comment fonctionne l’électricité et comment nous pouvons l’utiliser pour faire fonctionner les choses. Au cœur de ce système se trouvent quatre idées principales : la tension, le courant, la résistance et la puissance. Ceux-ci nous indiquent comment l’électricité se déplace, sa force et la quantité d’énergie qu’elle consomme. Une fois que vous connaissez ces bases, vous pouvez commencer à apprendre à assembler différentes pièces - comme des résistances, des condensateurs et des commutateurs - pour construire des circuits fonctionnels.
Une autre compétence importante est la lecture de schémas, qui sont des dessins faits de symboles qui montrent comment un circuit est connecté. Il est ainsi plus facile de suivre un design et de l’assembler correctement. La sécurité et le dépannage sont également des aspects clés de l’électronique, car ils vous aident à identifier les problèmes dans un circuit et à les résoudre tout en assurant votre sécurité et celle de l’appareil.
Principes de base de l’électronique de base
• Tension (V) - La tension est la poussée électrique qui déplace les électrons dans un circuit. Il est mesuré en volts (V) et montre la différence d’énergie potentielle entre deux points.
• Courant (I) - Le courant est le flux d’électrons à travers un conducteur. Il est mesuré en ampères (A) et nous indique la quantité de charge qui passe un point chaque seconde.
• Résistance (R) - La résistance ralentit le flux de courant. Il est mesuré en ohms (Ω) et aide à contrôler la façon dont l’électricité se déplace dans un circuit.
• Puissance (P) - La puissance indique la quantité d’énergie électrique utilisée ou délivrée chaque seconde. Il est mesuré en watts (W) et est obtenu en multipliant la tension par le courant.
Types de courant dans l’électronique de base
Courant continu (CC)
Le courant continu circule dans une direction stable. La tension dans un circuit CC reste constante, de sorte que le courant se déplace en douceur dans toutes les parties du circuit. Le courant continu est souvent utilisé dans les systèmes qui nécessitent un flux continu et stable d’électricité.
Courant alternatif (CA)
Le courant alternatif change de direction encore et encore au fil du temps. Sa tension monte et descend selon un motif d’onde répétitif. Parce que le courant alternatif continue de changer de direction, il est plus facile de se déplacer sur de longues distances et peut toujours fournir de l’énergie efficacement.
Fréquence (Hz)
La fréquence du courant alternatif indique combien de fois le courant change de direction chaque seconde. Il est mesuré en hertz (Hz). Une fréquence plus élevée signifie que le courant change de direction plus de fois en une seconde. Les systèmes d’alimentation utilisent une fréquence fixe pour que les appareils électriques fonctionnent correctement.
3,4 RMS (racine carrée moyenne)
La valeur RMS mesure la quantité de puissance utilisable qu’une tension ou un courant alternatif peut fournir. Il représente le niveau effectif de courant alternatif par rapport à une alimentation en courant continu stable. La valeur efficace permet de calculer la puissance réelle qu’une source CA fournit à un circuit.
Lecture de schémas et de symboles électroniques
| Symbole | Composant | Fonction / Description |
|---|---|---|
| Ω | Résistance | Limite ou contrôle le flux de courant électrique. Cela permet d’éviter qu’un courant trop important n’endommage d’autres composants. |
| — ▸ — | Diode | Permet au courant de circuler dans une seule direction. Il bloque le courant allant dans le sens opposé. |
| ⏚ | Sol | Sert de point de référence pour la tension dans un circuit. C’est le chemin de retour courant du courant électrique. |
| ∿ | Source AC | Fournit un courant alternatif qui change de direction périodiquement. |
| + − | Source DC | Fournit un courant continu qui circule dans une direction constante. |
| △ | Amplificateur opérationnel (Op-Amp) | Amplifie les signaux électriques faibles pour les rendre plus forts. Souvent utilisé dans les circuits de traitement et de contrôle du signal. |
| ⎍ | Lampe / Ampoule | Convertit l’énergie électrique en lumière. Indique quand le courant circule dans un circuit. |
| ⎓ | Batterie | Fournit de l’énergie électrique stockée pour alimenter les circuits. A des bornes positives et négatives. |
| 🌀 | Inductance / Bobine | Stocke l’énergie dans un champ magnétique lorsque le courant le traverse. Aide à contrôler les changements de courant. |
Résistances dans l’électronique de base
Fonction des résistances
Les résistances contrôlent le flux du courant électrique à des niveaux sûrs. Ils aident à prévenir l’endommagement des composants sensibles en limitant la quantité de courant qui circule dans un circuit.
Division de la tension
Les résistances peuvent être utilisées pour diviser la tension en parties plus petites. Cette configuration, connue sous le nom de diviseur de tension, fournit des niveaux de tension spécifiques nécessaires aux différentes parties d’un circuit.
Calage dans les circuits
Lorsque les résistances sont combinées avec des condensateurs, elles créent des circuits de synchronisation. La résistance et le condensateur déterminent ensemble la vitesse à laquelle une tension change, cette relation s’appelle la constante de temps RC. Il est nécessaire dans des applications telles que le filtrage de signaux et les circuits de retard.
Valeur de résistance
La résistance d’une résistance est mesurée en ohms (Ω). Il indique la force avec laquelle la résistance s’oppose au flux de courant. Une résistance élevée permet à moins de courant de passer, tandis qu’une résistance faible permet à plus de courant de circuler.
Tolérance
La tolérance indique à quel point la valeur réelle de la résistance est proche du nombre inscrit sur la résistance. Il est exprimé en pourcentage, par exemple ±1 %, ±5 % ou ±10 %. Un pourcentage plus faible signifie que la résistance est plus précise et plus cohérente en termes de performances.
Puissance nominale
La puissance nominale indique la quantité de chaleur qu’une résistance peut supporter avant d’être endommagée. Il est mesuré en watts (W). Les valeurs nominales courantes incluent 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W et 1 W. L’utilisation d’une résistance d’une puissance nominale trop faible peut entraîner une surchauffe ou une brûlure.
Défaillances courantes
Les résistances peuvent tomber en panne si elles sont exposées à trop de courant ou de chaleur. Au fil du temps, cela peut entraîner une modification de leur valeur de résistance ou leur faire cesser complètement de fonctionner. Une sélection et un refroidissement appropriés aident à prévenir ces problèmes.
Condensateurs dans l’électronique de base
Fonction des condensateurs
Un condensateur stocke la charge électrique lorsqu’il est connecté à une source de tension et la libère en cas de besoin. Cette capacité le rend utile pour stabiliser la tension, réduire le bruit et maintenir un fonctionnement fluide des circuits électroniques.
Types de condensateurs
• Condensateurs en céramique : petits, peu coûteux et stables. Couramment utilisé pour filtrer et contourner les signaux indésirables dans les circuits.
• Condensateurs électrolytiques : ont des valeurs de capacité élevées, adaptées au stockage de plus d’énergie. Ceux-ci sont polarisés, ce qui signifie qu’ils ont des fils positifs et négatifs qui doivent être connectés correctement.
• Condensateurs à film : Connus pour leur fiabilité et leur précision. Souvent utilisé dans le filtrage, le cadencement et les circuits audio où des performances stables sont importantes.
• Condensateurs au tantale : Compacts et stables dans un large éventail de conditions. Cependant, ils doivent être utilisés en dessous de leur tension nominale (derated) pour éviter tout dommage ou panne.
Polarité des condensateurs
Certains condensateurs, tels que l’électrolytique et le tantale, ont une polarité. Cela signifie qu’un fil doit être connecté du côté positif du circuit et l’autre du côté négatif. L’inversion de la polarité peut provoquer une surchauffe, une fuite ou même une explosion.
ESR (résistance série équivalente)
Chaque condensateur a une petite résistance interne connue sous le nom d’ESR. Cela affecte l’efficacité avec laquelle le condensateur peut se charger et se décharger. Dans les circuits à haute fréquence ou à découpage, un faible ESR est nécessaire pour assurer un fonctionnement stable et efficace.
Déclassement de tension
Pour améliorer la fiabilité et la durée de vie, les condensateurs doivent fonctionner en dessous de leur tension nominale maximale. Ce processus s’appelle le déclassement. Les condensateurs sont utilisés à une tension nominale de 20 à 30 % inférieure à celle indiquée pour éviter les contraintes et les défaillances précoces.
Diodes et LED dans l’électronique de base
Fonction des diodes
Une diode agit comme une soupape unidirectionnelle pour le courant électrique. Il laisse le courant circuler dans le sens avant et le bloque dans le sens inverse. Cette propriété est utilisée pour protéger les circuits contre les dommages causés par la tension inverse et pour convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC), un processus appelé redressement.
Types de diodes
• Diodes standard : Utilisées principalement pour la rectification. Ils contrôlent la direction du courant et protègent contre les tensions inverses.
• Diodes Zener : conçues pour permettre au courant de circuler dans le sens inverse lorsque la tension dépasse une valeur définie. Ils sont souvent utilisés pour réguler la tension et prévenir les dommages causés par les surtensions.
• Diodes électroluminescentes (LED) : Les LED émettent de la lumière lorsque le courant les traverse vers l’avant. Ils sont utilisés comme indicateurs et dans les applications d’éclairage.
Transistors et amplificateurs opérationnels dans l’électronique de base
Présentation des transistors
Un transistor est un dispositif à semi-conducteur qui peut agir comme un commutateur électronique ou un amplificateur. Il contrôle le flux de courant entre deux bornes à l’aide d’un petit signal appliqué à une troisième borne. Les transistors sont utilisés dans presque tous les appareils électroniques, des circuits simples aux processeurs complexes.
Transistor à jonction bipolaire (BJT)
Le BJT est un appareil contrôlé par le courant en trois parties : la base, le collecteur et l’émetteur. Un petit courant à la base contrôle un courant beaucoup plus important entre le collecteur et l’émetteur. Les BJT sont couramment utilisés dans les circuits d’amplification car ils peuvent augmenter la force des signaux faibles. Ils peuvent également fonctionner comme des commutateurs électroniques dans les circuits numériques.
Transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET)
Le MOSFET est un appareil contrôlé en tension. Il dispose de trois bornes : porte, drain et source. Une petite tension à la porte contrôle le flux de courant entre le drain et la source. Les MOSFET sont connus pour leur rendement élevé et leur commutation rapide. Ils génèrent moins de chaleur que les BJT car ils nécessitent très peu de courant d’entrée à la porte.
Amplificateurs opérationnels (amplificateurs opérationnels)
Un amplificateur opérationnel est un circuit intégré qui amplifie la différence entre deux signaux d’entrée. Il s’agit d’un amplificateur de tension à gain très élevé, utilisé dans de nombreuses applications analogiques.
• Amplification : Renforce les signaux faibles sans modifier leur forme.
• Filtrage : Supprime les bruits ou les fréquences indésirables.
• Mise en mémoire tampon : Empêche la perte de signal entre les étages du circuit.
Les amplificateurs opérationnels peuvent également exécuter des fonctions mathématiques telles que l’addition, la soustraction et l’intégration dans les systèmes analogiques.
Sources d’alimentation dans l’électronique de base
| Sujet | Descriptif |
|---|---|
| Piles | Fournir une alimentation CC portable en convertissant l’énergie chimique en énergie électrique. |
| Capacité | Mesuré en Ah ou mAh, montrant combien de temps l’énergie peut durer. |
| Limites | Énergie limitée ; Doit être rechargé ou remplacé après utilisation. |
| Régulateurs de tension | Maintenez une tension continue constante pour un fonctionnement stable du circuit. |
| Type linéaire | Simple mais moins efficace ; L’excès d’énergie se transforme en chaleur. |
| Type de commutation | Efficace; augmente ou diminue la tension à l’aide de la commutation rapide. |
| Adaptateurs d’alimentation | Convertissez le courant alternatif des prises murales en courant continu pour les appareils. |
| Correspondance de tension | Doit correspondre à la tension de l’appareil pour éviter tout dommage. |
| Cote actuelle | Doit être égal ou supérieur à la configuration actuelle requise de l’appareil. |
En conclusion
L’électronique de base aide à expliquer comment les circuits utilisent l’électricité pour fonctionner de manière sûre et efficace. La compréhension de la tension, du courant et du rôle de chaque composant permet un contrôle précis de l’alimentation et du flux de signaux. Il souligne également l’importance de connexions appropriées, de sources d’alimentation stables et de pratiques de sécurité dans la construction et l’entretien de systèmes électroniques fiables.
Foire aux questions [FAQ]
Quelle est la différence entre l’électronique analogique et l’électronique numérique ?
L’électronique analogique utilise des signaux continus, tandis que l’électronique numérique utilise des 0 et des 1 discrets.
À quoi sert une planche à pain ?
Une plaque d’essai est utilisée pour construire et tester des circuits sans soudure.
Qu’est-ce qu’un circuit intégré (CI) ?
Un circuit intégré est une petite puce qui contient de nombreux composants électroniques dans un seul boîtier.
Pourquoi la mise à la terre est-elle importante en électronique ?
La mise à la terre empêche les chocs électriques et protège les circuits contre les surtensions.