Fourgon A à Z

    Le monde secret

    des électrons

    Fourgon A à Z

    Tout le monde est inventeur et surtout vous !!


    Terre

    En électronique, on rencontre souvent le mot earth ou la version anglaise Ground (GND).

    Vous savez probablement déjà que cela n’a pas grand-chose à voir avec la terre de jardin ou le terreau. Qu’entend-on par terre ? Supposons que vous ayez une petite bille d'acier. Vous mettez des électrons dans la sphère. Que se passe-t-il alors ? Les électrons sont répartis aussi uniformément que possible sur la sphère et la sphère acquiert une charge négative. Un électron est extrêmement petit, vous ne pouvez donc même pas mesurer les premiers milliers d'électrons que vous insérez dans la sphère. La planète Terre sur laquelle nous vivons est aussi plus ou moins une sphère. Cette sphère contient de nombreuses substances telles que de l'eau contenant des sels dissous, des minéraux, notamment des métaux, etc. De nombreux matériaux qui se conduisent raisonnablement bien. La planète Terre est une immense sphère. Si vous y injectez quelques milliards d’électrons, le résultat n’est même pas mesurable. Parfois, vous pouvez voir des milliards d’électrons injectés dans la Terre lorsque la foudre frappe. Pourtant, la terre ne reçoit aucune charge.

    Vous pouvez considérer la terre comme un immense récipient dans lequel nous pouvons verser tout l’excès d’eau ou, si nous en avons besoin, le retirer. En électronique, nous utilisons la Terre comme lieu de stockage des électrons. La terre comme un énorme condensateur. Si nous voulons protéger des circuits ou des équipements électriques contre les pics de tension, nous veillons à ce que ces pics puissent facilement se diriger vers la terre. Par exemple, la machine à laver de votre maison est également mise à la terre. Si un fil se casse dans le lave-linge et que du 230 V apparaît à l'extérieur, il circule immédiatement vers la terre afin que le lave-linge reste en sécurité. Comment?

    Oui, il est vrai que nous enfonçons pour cela une épingle bien conductrice profondément dans le sol. La plupart des maisons ont leur propre piquet de terre.


    Analogue

    Tout dans la nature est analogique. Un son peut devenir plus fort ou plus doux sans entendre les pas. La valeur change en douceur. Et c’est également le cas de l’intensité lumineuse et de la couleur. Si nous traduisons des phénomènes naturels tels que la lumière, le son, la couleur et le mouvement en signaux électriques à l'aide d'un capteur, ce sont des signaux analogiques. Sur l'image, vous voyez un signal analogique qui, dans ce cas, prend n'importe quelle valeur comprise entre 0 V et 1,5 V. La plupart des composants électroniques peuvent bien gérer les signaux analogiques. Mais certaines parties importantes ne connaissent que les signaux numériques. Voir numérique.


    Modèle atomique

    Un atome est le plus petit élément constitutif qui possède encore les propriétés du matériau fabriqué avec cet élément constitutif. Le fer, par exemple, est constitué d’atomes de fer. Les atomes se présentent aussi souvent en combinaisons, nous les appelons molécules. La grande majorité des matériaux sont constitués de molécules. Parce que nous ne pouvons pas voir un atome, nous essayons d’imaginer du mieux possible à quoi il pourrait ressembler et comment il est constitué. C'est pourquoi nous créons un modèle, une représentation simplifiée de la réalité. Tout comme vous pouvez dessiner une maison par exemple. Le dessin n'est jamais exactement le même que la maison, mais vous pouvez quand même imaginer la maison. Dans notre modèle, l'atome n'est en grande partie constitué de RIEN ! Au centre se trouve un noyau avec de petites particules positives et neutres. Autour de lui, à une très grande distance fixe, se trouve une sorte de nuage sphérique avec une ou plusieurs très petites particules négatives : les électrons. Toutes les particules à l'intérieur de l'atome sont dessinées dans le modèle sous forme de petites sphères. Pour avoir une idée de l'énorme vide : si un euro sur la Dom Tower à Utrecht était le noyau d'un atome, alors l'électron le plus proche serait une tête d'épingle dans Maastricht!

    Et pourtant, un atome lui-même est incroyablement petit. Il y a plus d’atomes dans un verre d’eau que d’étoiles dans la Voie Lactée ! Les électrons dans le nuage tournent autour du noyau et leur charge est exactement équilibrée avec celle du noyau. Si le noyau devient plus grand, davantage d’électrons doivent se déplacer autour de lui pour maintenir l’équilibre. Cependant, le premier nuage est « plein » de deux électrons. Si l’atome a besoin de plus d’électrons, il utilise un deuxième nuage situé à une distance fixe plus grande et pouvant accueillir un maximum de 8 électrons. Lorsque ce « nuage » est plein, les électrons suivants doivent garder une plus grande distance et ainsi de suite. Parce que les nuages sont à une distance fixe, on les appelle des coquilles. Les propriétés d'un atome sont déterminées par la charge du noyau et le nombre d'électrons flottant autour de lui, en particulier les électrons de la couche externe. La composition des atomes est décrite dans le tableau périodique des éléments, que vous connaissez peut-être en physique et en chimie. Ce que vous pouvez facilement imaginer, c’est que la liaison entre un électron et le noyau devient de plus en plus petite à mesure que la distance augmente. Les très gros atomes sont donc souvent instables et ne peuvent exister que peu de temps avant de se désagréger. 103 électrons semble être le maximum.


    ions

    De fortes forces d’attraction peuvent amener un atome à perdre ou à gagner des électrons d’un autre atome. Lorsqu’un atome perd ou gagne un électron, nous appelons le résultat un ion. Parce que les ions ont une charge, ils jouent un rôle important en électronique, mais aussi en chimie.


    Batterie

    Une batterie est une pompe à électrons. Grâce à un processus chimique dans la batterie, une différence de tension est créée sur les pôles (connexions) que nous pouvons utiliser comme source d'énergie. Lorsque la réserve de produits chimiques dans la batterie est épuisée, nous appelons la batterie vide. Une batterie normale finit alors dans la décharge ou est (partiellement) réutilisée. Avec les piles rechargeables, vous pouvez inverser le processus de décharge en y remettant des électrons. C'est ce qu'on appelle la recharge. Malheureusement, cela ne dure pas indéfiniment et la batterie s'épuise au bout de 10 à 100 charges.

    Les piles sont très pratiques à utiliser. Presque tout devient désormais sans fil, comme votre téléphone portable, la perceuse, vos écouteurs. Et avec une voiture, un cordon est bien sûr vraiment impossible. Mais il y a aussi un inconvénient ; Des matières premières rares sont utilisées pour la fabrication des batteries, souvent extraites du sol aux dépens des populations locales. Et l’énorme utilisation des batteries et le rejet des déchets qu’elles génèrent pèsent lourdement sur l’environnement. Utilisez donc si possible une alimentation secteur et si des piles sont vraiment nécessaires, privilégiez les piles rechargeables.


    Condenseur

    Un condensateur est un composant qui bloque le courant continu et laisse passer le courant alternatif. Un condensateur peut également être utilisé pour stocker (une petite quantité) d’énergie.


    symbole

    condenseur

    Un condensateur est constitué de deux plaques conductrices séparées par une très fine couche d’isolation. Si vous envoyez maintenant des électrons à l’une des plaques (nous l’appellerons plaque A), elle recevra une charge négative. Parce que les plaques sont très rapprochées, les électrons de l’autre plaque (plaque B) sont repoussés. Il semble que le courant traverse le condensateur pendant un moment, mais lorsque la plaque est complètement remplie d'électrons, le mouvement s'arrête. Si vous retirez ensuite tous les électrons de la plaque A, celle-ci devient chargée positivement et les électrons sont attirés vers la plaque B. Encore une fois, il semble que les électrons se déplacent à travers le condensateur, mais ce n'est pas le cas.

    Ce n’est que la charge et la décharge de la plaque A qui provoquent la décharge et la charge (opposées) de la plaque B. La plaque B prend donc toujours la charge opposée à la plaque A. Et cela s'applique également dans l'autre sens, un condensateur n'a pas de polarité (pôle plus et pôle moins). Plus les plaques sont grandes, plus elles peuvent contenir de marchandises. La taille des plaques et donc la quantité de charge qui peut y tenir s'appelle la capacité. L'unité de capacité s'appelle Farad. La plupart des condensateurs que nous utilisons sont bien plus petits que 1 Farad. Vous rencontrerez des valeurs allant de quelques picofarads (pF) à plusieurs milliers de microfarads (µf). (Voir multiplicateurs)

    Vous imaginez bien que les condensateurs de petite capacité se remplissent rapidement. Ils ne peuvent donc transmettre que des changements très rapides. Plus la capacité est grande, plus la longueur d’onde pouvant être transmise est grande.

    L'isolant entre les plaques est très fin. Si la tension devient trop élevée, l'isolant se brisera et un court-circuit se produira entre les plaques. La tension maximale est donc toujours indiquée pour un condensateur.

    Condensateur immergé

    Il existe des condensateurs à godets spéciaux qui sont utilisés pour stocker beaucoup plus d'électrons. Officiellement, ils sont appelés « condensateurs électrolytiques ». Ces condensateurs sont polaires et possèdent donc un pôle positif et un pôle négatif. Le connecter dans l’autre sens détruit le condensateur électrolytique, parfois avec un big bang et beaucoup de puanteur. Attention, ces fumées sont assez toxiques ! Vous pouvez utiliser un condensateur électrolytique comme conteneur de stockage d’électrons. Si vous en avez trop ou plus qu’assez, remplissez le seau. Dès que vous n’êtes pas à la hauteur, videz le seau. Pour montrer qu'un condensateur à godets est un condensateur électrolytique, il porte un symbole différent et il y a un signe plus et un signe moins sur le condensateur. La barre ouverte du symbole est la borne positive du condensateur. Le symbole anglais qui se trouve à côté est également souvent utilisé.

    Modèle à eau du condensateur

    Le fonctionnement d'un condensateur est facile à expliquer à l'aide d'un modèle aquatique : ici, un condensateur est un récipient avec une feuille de caoutchouc au milieu. Au repos, la peau pend au centre du fût.

    a) Si nous appliquons une pression, la feuille s'étirera immédiatement. Beaucoup de courant circule, mais la tension aux bornes du condensateur est pratiquement nulle !

    b) Plus la feuille est étirée, plus elle offrira de résistance.

    c) Finalement, il atteint la position finale et l'augmentation de la pression ne produit plus aucun mouvement. Il y a maintenant la pleine tension, mais aucun courant ne circule !

    d) Si nous supprimons maintenant la pression de l'eau, la feuille de caoutchouc rebondira et exercera elle-même une pression pendant un certain temps ! Le courant circule donc pendant très peu de temps lorsque nous supprimons la tension. e) Si nous inversons la pression de l'eau, la pression de la feuille sera supérieure à la pression de l'eau.

    f) Le mouvement se répète maintenant dans l'autre sens.

    De cette manière, un mouvement en courant alternatif peut être transmis à travers un condensateur.

    Le comportement en tension et en courant d'un condensateur en détail.

    Voyons maintenant, à l'aide de la loi d'Ohm, ce que fait exactement le condensateur.

    Lorsque j'applique une tension à un condensateur, celui-ci se comporte d'abord comme un court-circuit. La résistance à ce moment est presque de 0 Ω ! Un courant très important circule donc déjà, alors que la tension est encore proche de 0 V. Quelque chose comme ceci : U = I x R, R = 0,01 Ω. Si I = 10 A alors la tension ne sera que de 0,1 V ! Si la feuille de caoutchouc est étirée de plus en plus, elle arrêtera de plus en plus le courant, en d'autres termes : la résistance du condensateur devient de plus en plus grande et même presque infiniment plus grande lorsque le caoutchouc est complètement contre la sortie. La résistance est alors très élevée et le courant est très faible. Quelque chose comme ceci : U = I x R, I = 0,00001 A et la résistance = 100 000 Ω, alors U vaut 10 Volts. C'est spécial, d'abord le courant atteint zéro volt, puis la tension devient élevée, alors que presque aucun courant ne circule. La tension est en retard sur le courant. Avec la tension continue, cela s'arrête ici, la tension reste élevée et la résistance est pratiquement infinie, donc le courant est pratiquement nul.

    C'est très différent avec une tension alternative ! Après tout, la tension ne cesse de changer, ce qui oblige le condensateur à répéter le motif. Vous verrez alors que le courant circule toujours en premier, puis la tension apparaît. Nous appelons cela un décalage : avec une tension alternative, la tension aux bornes d'un condensateur est en retard de 90° sur le courant !

    Résistance alternative d'un condensateur

    Un condensateur ne laisse pas passer le courant continu, mais il laisse passer le courant alternatif. La mesure dans laquelle le condensateur gêne le courant alternatif transmis est appelée impédance avec le symbole XC. L'impédance correspond donc à la résistance du courant alternatif et a donc pour unité l'ohm. La résistance alternative d'un condensateur est donnée comme suit

    Où f est la fréquence du courant alternatif en Hertz et C est la capacité du condensateur en Farads. Et, si vous ne le savez pas déjà ; π est la lettre grecque pi et représente le nombre 3,14. Pour trouver la résistance AC, multipliez d’abord la capacité par la fréquence. Ensuite, vous multipliez ce nombre par 6,28 (2x3,14). Enfin, vous divisez 1 par le résultat de cette somme. La résistance du courant alternatif dépend donc de la fréquence ! Plus la fréquence est élevée, plus la résistance au courant alternatif d'un condensateur est faible. Un condensateur transmet en effet plus facilement les hautes fréquences que les basses fréquences et vous verrez dans les circuits qu'on peut en faire bon usage.

    Stockage d'énergie/comportement DC d'un condensateur

    Si vous chargez un condensateur puis le rangez, la tension y reste, tout comme un ballon gonflé. Nous avions l'habitude de faire des farces à ce sujet en chargeant un condensateur (adapté à cela) avec une haute tension, puis en le replaçant dans le placard. La personne suivante qui a pris le condensateur et l'a connecté a vu, à sa grande horreur, pas mal d'étincelles !

    L’énergie que l’on peut stocker dans un condensateur est égale à :


    Où E est l'énergie stockée, C est la capacité du condensateur et U est la tension. Pour charger un condensateur, vous avez toujours besoin d'une résistance de limitation, car un condensateur non chargé a une très faible résistance, voire un court-circuit. L'énorme « courant de démarrage » pourrait détruire l'alimentation électrique et le condensateur. Par conséquent, une petite résistance série R est incluse dans le circuit.

    Dès que l'on bascule le commutateur S sur U1, le condensateur commence à se charger. À t = 0, le condensateur est un court-circuit et toute tension tombe aux bornes de la résistance R. Le courant maximum circule à travers la résistance R (I = U1/R). Le condensateur commence à se charger et donc la résistance du condensateur augmente. La charge s'effectue selon une fonction exponentielle : la résistance de C continue d'augmenter, rendant la charge de plus en plus lente. Après le temps de charge : R*C (Ω et farad) le condensateur est chargé à 63%. Après 5*R*C, le condensateur est complètement chargé et plus aucun courant ne circule. La tension U1 est désormais complètement présente aux bornes du condensateur C. Si nous remettons maintenant le commutateur à 0 V, c'est exactement le contraire qui se produira. Le condensateur se déchargera à travers la résistance R selon une fonction exponentielle. Le condensateur complètement chargé transporte la tension U1 et provoque un courant important dans la résistance. Plus la tension chute, plus le courant traversant la résistance est faible et après le temps de décharge 5*R*C le condensateur est complètement déchargé.

    Lorsque vous utilisez un condensateur comme source d'énergie, vous devez prendre en compte la tension Um la plus basse à laquelle votre circuit connecté fonctionne encore. Le graphique ci-dessous montre que seule une petite partie de la capacité peut être utilisée. Après cela, la tension descend déjà en dessous de la tension de fonctionnement minimale. La solution est une alimentation à découpage qui augmente la tension. Vous en trouverez bien sûr des exemples dans les circuits exemples : circuit 12 et circuit 13.

    Applications : Les condensateurs sont largement utilisés dans les filtres car la résistance du courant alternatif dépend de la fréquence. Vous utilisez également des condensateurs si vous souhaitez uniquement transmettre des signaux de courant alternatif, appelés condensateurs de couplage.

    Plus en profondeur


    Numérique.

    Votre téléphone, votre télévision, votre ordinateur et bien d'autres équipements sont équipés de processeurs, souvent des microcontrôleurs (voir microcontrôleurs). Un processeur ne peut traiter que des signaux numériques. Cela signifie que la plupart des appareils électroniques fonctionnent de manière numérique. Le numérique n'a que deux valeurs : on et off ou un et zéro. Les signaux analogiques tels que la luminosité ou le volume doivent donc d'abord être numérisés avant de pouvoir être stockés dans votre téléphone ou envoyés via WiFi.

    Pour numériser, par exemple, un volume montant et descendant, on divise le temps en étapes fixes. À chaque pas de, par exemple 1 microseconde, le volume est mesuré et enregistré sous forme de nombre numérique. Le volume de votre PC est constitué d'un tableau avec un nombre pour chaque microseconde ! L'ensemble des numéros numériques peut être stocké en mémoire ! Cela peut également être fait avec les couleurs et la quantité de lumière, etc. Il existe plusieurs façons de traduire des valeurs analogiques en valeurs numériques, mais ce ne sera jamais exactement la valeur analogique ! Le gros avantage est qu’avec les signaux numériques, vous n’êtes pratiquement pas gêné par le bruit. (Voir bruit)

    Numéro numérique

    À quoi ressemblent les numéros numériques ?

    Pour vous aider à imaginer cela, regardons d'abord comment les gens ont réellement appris à compter, notamment sur leurs doigts !

    Nous avons dix doigts et pouvons donc naturellement compter jusqu'à dix. Ensuite, nous avons un problème, car nous manquons de doigts. Nous avons résolu ce problème très facilement en disant : nous nous rappelons que nous avons utilisé tous les doigts une fois et recommençons simplement à compter. C'est ainsi que nous avons inventé les dix. Autrefois, si vous vouliez réciter le chiffre 23 à votre petit ami ou votre petite amie à l'école, vous leviez d'abord secrètement 2 x 10 doigts, puis 3 autres. C'est ce qu'on appelle officiellement deux dizaines et trois uns. Cependant, si nous avons rempli 10 dizaines, nous avons à nouveau le même problème et continuons donc avec des centaines. On peut donc toujours en compter un maximum de 10 par groupe. Nous appelons cela le système décimal. L'ordinateur utilise la même astuce, sauf qu'il n'a qu'un seul doigt valable pour zéro et un. C'est pourquoi il calcule toujours en multiples de deux au lieu de dix, c'est-à-dire dans le système dual ou binaire.

    A titre d'exemple, j'ai placé un nombre légèrement plus grand dans la partie inférieure du tableau ; 451. Vous voyez que l'ordinateur a besoin de nombreux emplacements mémoire pour stocker un nombre décimal en binaire. Pour le nombre 451, qui ne prend chez nous que trois cases, l’ordinateur n’a pas besoin de moins de neuf cases. C'est pourquoi un ordinateur doit envoyer beaucoup de données lors du traitement de nombres ou de caractères humains.

     

    

    L’arithmétique binaire est également un peu plus lourde.

    Vous ne devez parcourir les parties suivantes que si vous les aimez, sinon vous les utilisez rarement, voire jamais.

    Addition binaire :

    Supposons que nous voulions additionner les nombres binaires 00001011 et 01101010.

    Cela fonctionne en fait comme une addition décimale (le système à dix chiffres), mais avec une mémorisation pour chaque chiffre :

    00001011 = 11décimal

    01101010 = 106 décimal

    Nous commençons à droite, tout comme le nôtre. 0 1 vaut bien sûr 1. Au deuxième chiffre on trouve 1 1.

    Cela ferait deux, mais cela ne rentre pas dans un chiffre, alors nous disons : rappelez-vous 0 et 1.

    Au troisième chiffre, nous trouvons deux zéros, ce qui est bien sûr zéro, mais nous avons quand même mémorisé 1, ce qui devient 1. Le quatrième chiffre est à nouveau 1 1, ce qui signifie que 0 et 1 sont mémorisés. Le cinquième chiffre est 0 0 = 0 plus 1 du chiffre précédent est 1.

    Les chiffres 6 et 7 sont tous deux 1 et le chiffre 8 = 0

    Le résultat est donc 01110101 = 117 décimal

    Si vous le souhaitez, vous pouvez à nouveau ajouter des décimales et vous verrez immédiatement l'accord.

    On passe au dix car on a dix spots, l'ordinateur passe directement au 1 car il n'a qu'un seul spot (lumière allumée, lumière éteinte).

    Maintenant un autre exemple de multiplication.

    Je donne d'abord les nombres que représentent les chiffres :

    128- 64- 32- 16- 8- 4- 2- 1

    Le bit 0 représente 1, le bit 1 représente 2, le bit 3 représente 8, le bit 4 représente 16, et ainsi de suite.

    Si nous multiplions maintenant 11 par 106, il se produit ce qui suit :

    01101010

    00001011

    Pour plus de commodité, j'ai mis 11 en bas et j'ai laissé de côté la multiplication par 0.

    Comme chez nous, nous multiplions chaque chiffre du nombre du bas par celui du haut.

    Le résultat du bit 0 = 1x106 = 01101010

    Le résultat du bit 1 = 2x106 = 212 = 11010100

    Le résultat du bit 3 = 8x106 = 848 = 1101010000

    Si nous additionnons tous ces nombres, nous obtenons 1166 ou 11x106. = 10010001110

    En tout cas, vous comprenez désormais d’où viennent tous ces chiffres étranges lorsqu’on parle d’ordinateurs ; ce sont toujours des puissances de 2 !


    Diode

    Une diode est un composant qui permet au courant de circuler uniquement dans un seul sens.

    Le symbole d’une diode est à juste titre une flèche. Le côté gauche (dans ce cas) s'appelle l'anode, le côté à partir duquel vous pouvez réaliser un K (inversé) s'appelle la cathode. Le courant circule de l'anode à la cathode. Le symbole a de nombreuses variantes, comme une flèche ouverte ou une flèche traversée par une ligne.

    Modèle aquatique d'une diode

    Dans le modèle à eau, vous pouvez voir une diode comme une vanne, l'eau ne peut s'écouler que dans un seul sens.

    Lorsque l'eau s'écoule dans une direction, la vanne s'ouvre et permet à l'eau de s'écouler.

    Si l'eau s'écoule dans l'autre sens, la vanne se ferme et aucune eau ne peut s'écouler. Avant que la vanne ne s'ouvre, l'eau doit déjà exercer une certaine pression pour soulever la vanne. C'est exactement comme ça avec la diode. Si nous appliquons la tension dans le sens direct, la diode perd toujours un peu de tension pour maintenir la vanne ouverte. Dans une diode, cela s'appelle tension directe (FV) ou chute de tension directe. Cette tension varie selon le type de diode de 0,2 V à 3 V. Si nous connectons la tension à l'envers (en sens inverse), nous devons tenir compte du fait que la vanne ne peut avoir qu'une pression maximale, après quoi elle se brisera. La tension inverse maximale est donc toujours indiquée pour une diode.

    Et enfin, la vanne ne se ferme jamais à 100 %, ce qui signifie qu’une très petite quantité de courant peut circuler dans le sens inverse. C’est ce qu’on appelle le courant de fuite.

    Il existe bien sûr de nombreuses diodes différentes, dont la tension inverse, la tension de perte directe et le courant maximum sont les propriétés les plus importantes.

    Ce qu’on oublie facilement, c’est que lorsqu’une diode fait passer du courant, elle génère également de l’énergie sous forme de chaleur via la tension de perte directe. A titre d'exemple : Un courant de 3 A traverse une diode avec une FV de 1 V. La puissance générée est de 1x3 = 3 Watt ! (P=U*I). C'est pourquoi nous préférons choisir des types avec une faible FV pour les diodes si beaucoup de courant doit circuler.

    Applications de la diode

    La diode est utilisée partout où l'on souhaite convertir une tension alternative en tension continue (voir redresseurs). Les diodes sont également utilisées pour empêcher les chutes de tension dans une ligne.

    Zenerdiode

    Symboles

    Vous voyez une diode avec une ligne tournante brisée. Et c'est vrai. Si vous connectez une diode en sens inverse, elle se brisera si la tension devient trop élevée. Une diode Zener est une diode qui tombe en panne à une certaine tension sans tomber en panne.

    Bien entendu, trop de courant ne doit pas circuler et une bonne limitation du courant est indispensable. Mais ce qui est bien, c’est que vous pouvez ainsi créer une tension fixe. C'est pourquoi ils sont presque toujours utilisés. On peut en trouver des exemples dans les circuits 6, 11 et 13. Avec les diodes Zener, on donne bien sûr la tension Zener, mais aussi la puissance maximale, le courant Zener minimum et l'écart éventuel de la tension.

    DIRIGÉ

    Une diode peut également émettre de la lumière et est alors appelée LED (diode électroluminescente). Le symbole d'une LED représente une diode qui émet de la lumière. Ce qui est bien, c'est qu'avec une diode, beaucoup moins d'énergie est perdue sous forme de chaleur. Avec une lampe à incandescence, seulement 5 à 10 pour cent de l’énergie fournie est convertie en lumière, le reste est utilisé sous forme de chaleur ; très dommage si vous n'avez pas besoin de cette chaleur. Avec les LED modernes, au moins 50 % de l’énergie est convertie en lumière. Les LED sont disponibles dans de nombreuses couleurs. Un inconvénient est que les LED ont généralement une tension de perte directe élevée.

    Dynamo

    Une dynamo est aussi appelée générateur. C'est un appareil qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.

    Il existe plusieurs symboles utilisés, car il existe également plusieurs types de dynamos. Vous voyez souvent un G au lieu d’un symbole sinusal.

    Lisez d’abord tout sur la bobine, vous avez besoin de ces connaissances pour comprendre l’alternateur.

    Une dynamo est constituée d'une bobine et d'un aimant avec lesquels vous créez des ondes magnétiques. Si vous maintenez la bobine dans le champ magnétique ondulant, les électrons « rouleront d'avant en arrière », de sorte qu'une tension alternative soit appliquée aux extrémités de la bobine.

    Plus la bobine est dans le champ magnétique, meilleur est le rendement de la dynamo. Vous trouverez un projet de dynamo simple dans les circuits ; projet d'artisanat 2 la dynamo du tuyau d'évacuation..

    Il existe désormais de nombreux types de dynamos. Le principe de base est le même pour toutes les dynamos, mais grâce à de nombreuses inventions intelligentes, nous disposons désormais de dynamos très efficaces, d'une très petite capacité à d'énormes capacités allant jusqu'à 2 000 milliards de watts !

    symbole d'une dynamo

    Conduire l'alternateur.

    Une dynamo doit être entraînée, c'est-à-dire que quelque chose doit faire tourner l'aimant ou la bobine.

    La plupart des générateurs utilisent pour cela un moteur à essence ou diesel. Mais il existe également de nombreux générateurs entraînés par des turbines.

    Une turbine est comparable à un moulin à eau. La pression de l'eau ou de la vapeur fait tourner le moulin. Une turbine moderne est la turbine à pales des grands barrages. L'eau est très haute devant le barrage.

    En permettant à l'eau de s'écouler à travers la turbine depuis une grande hauteur, elle commence à tourner rapidement et une dynamo peut être entraînée. Parce que cela ne provoque aucune pollution, nous appelons également cela du charbon blanc. La véritable source de cette énergie est le soleil. L’eau de l’océan s’évapore et est emportée par le vent sous forme de nuages. Les nuages pleuvent à vide sur les montagnes, reconstituant l’eau du réservoir. La construction d'un barrage a souvent aussi des conséquences considérables sur l'environnement et l'environnement. Aux Pays-Bas, nous n'avons ni montagnes ni réservoirs. Nous devons donc générer notre énergie différemment. Heureusement, nous avons beaucoup de vent et nous pouvons construire des dynamos dans les éoliennes. Mais la majeure partie de notre énergie électrique est créée à l’aide de turbines à vapeur, des turbines entraînées par la pression de la vapeur. Et vous produisez de la vapeur en chauffant de l’eau. Ce chauffage a lieu dans des chambres de combustion dans lesquelles sont brûlés du charbon, du gaz naturel et/ou de la biomasse. Cela entraîne des émissions importantes de CO2 et de particules.

    Dans une centrale nucléaire, la pression de vapeur est créée par la fission nucléaire. Cela ne libère ni CO2 ni particules dans l’air. C'est une très belle source d'énergie ! Malheureusement, jusqu'à 75 % de la chaleur de l'air et de l'eau de refroidissement disparaît. D'autres problèmes d'une centrale nucléaire sont les déchets radioactifs, qui continuent à émettre des rayonnements mortels (et non électromagnétiques) pendant des milliers d'années, et les risques majeurs en cas d'accident. Le processus de fission nucléaire peut devenir incontrôlé en cas d'accident, libérant d'énormes quantités de déchets radioactifs dans l'air ou dans l'eau. Ce n’est pas imaginaire, les catastrophes des centrales nucléaires de Tchernobyl et de Fukushima ont encore d’énormes conséquences. Ce que l’on sait moins, c’est que d’autres catastrophes nucléaires se sont produites, notamment :

    Sellafield, Grande-Bretagne – 1957

    Idaho Falls, Idaho, États-Unis – 1961

    Jaslovské Bohunice, Tchécoslovaquie – 1977

    Three Mile Island, États-Unis – 1979

    Préfecture d'Ibaraki, Japon – 1999L'énergie nucléaire ne pollue pas l'air, mais il reste encore beaucoup à inventer avant de pouvoir l'utiliser en toute sécurité.


    Ondes électromagnétiques

    L’électricité et le magnétisme sont des frères jumeaux, là où se trouve l’un se trouve l’autre. Si vous appliquez une tension alternative à un fil, des ondes électromagnétiques sont créées. Ces vagues volent dans toutes les directions et traversent la plupart des choses. Si vous faites un faisceau de ces vagues, elles volent principalement dans une seule direction. La lumière que nous voyons est également constituée d’ondes électromagnétiques. Vous pouvez donc voir ces ondes très facilement avec une lampe de poche. Le faisceau de lumière de votre lampe de poche est un faisceau d’ondes électromagnétiques. Les ondes électromagnétiques, comme les autres ondes, ont une hauteur d’onde et une longueur d’onde. La hauteur de la vague est égale à la force de la vague et est appelée amplitude. La longueur de l'onde peut être de plusieurs kilomètres, mais aussi inférieure à un millimètre. Nous, les humains, ne pouvons voir que trois de ces très petites longueurs d’onde, mais il y en a bien d’autres que nous ne pouvons pas voir. Les ondes électromagnétiques sont souvent appelées ondes radio car elles sont utilisées pour transmettre la parole et la musique. De nos jours, les ondes radio sont utilisées pour tout ce que nous voulons envoyer sans connexion filaire, comme Instagram et WhatsApp.

    Spectre électromagnétique

    Si nous alignons soigneusement toutes les fréquences possibles de rayonnement électromagnétique, classées de faible à élevée, nous appelons cette rangée un spectre. Un spectre est donc la collection triée de toutes les possibilités. Le spectre électromagnétique est extrêmement large, la longueur d'onde la plus longue est d'environ 100 000 km, tandis que la plus courte est d'environ 1 billionième de mètre.

    En électronique, vous n'utiliserez pas souvent de nombreuses valeurs du spectre. C'est bien de savoir qu'il existe plus de 2,4 GHz et 5 GHz, mais il n'est certainement pas nécessaire de connaître le spectre par cœur. Si vous voulez savoir exactement, vous trouverez ici tout le spectre. Https://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromagnétique_spectrum

    Un problème étrange.

    La vague dans la corde est facile à comprendre, car le mouvement ascendant de votre main tire les particules de la corde, qui tirent ensuite sur les particules de corde suivantes, etc. Mais les ondes électromagnétiques volent directement à travers l'espace. Et il n’y a aucune particule à attirer ! Le son ne peut donc pas traverser la pièce, vous n'entendez rien dans la pièce spacieuse ! Mais ce qui est étrange, c’est que tous les rayonnements électromagnétiques volent simplement à travers l’espace. Cela n’est possible que si le rayonnement lui-même est constitué d’un flux de particules. Nous appelons ces particules des photons. Et en physique, nous utilisons parfois la propriété ondulatoire et parfois la propriété particulaire du rayonnement électromagnétique, selon ce qui nous convient le mieux.

    Des photons ? Comme vous le savez, les électrons se déplacent dans des couches autour du noyau de l’atome. Lorsqu’un électron saute vers une couche d’énergie inférieure de son atome, une très petite quantité d’énergie est libérée et nous appelons cela un photon. La lumière qui traverse le vide est constituée de très petits paquets d’énergie.

    Vision infrarouge : regardez la télécommande du téléviseur avec la caméra de votre téléphone portable. Choisissez un autre canal.... Grâce à votre téléphone vous pouvez toujours voir l'infrarouge !

    Énergie et puissance

    L'énergie est quelque chose de très spécial. Personne ne sait exactement de quoi il s’agit. Si vous avez beaucoup d’énergie, vous pouvez faire beaucoup de choses. Vous avez besoin d’énergie pour bouger, chauffer, produire de la lumière et bien plus encore. On pourrait dire que l’énergie est la source de tout travail physique. Mais d’où vient cette énergie ? Personne ne connaît la réponse. À l’heure actuelle, nous pensons que toute l’énergie de l’univers a toujours été là et sera toujours là. L'énergie se présente sous de nombreuses formes. Mais toute énergie n’est pas attrayante et/ou utile aux gens. L’énergie sous forme de chaleur est notre plus grande amie, mais en électronique, elle est presque toujours notre plus grand ennemi. Comme tout en électronique fonctionne grâce au déplacement des électrons, la chaleur se dégage partout. C'est pourquoi toutes les pièces deviennent chaudes. Il s’agit non seulement d’une perte d’énergie précieuse, mais cela entraîne également de nombreux problèmes. Les appareils et composants doivent toujours être refroidis pour éviter qu'ils ne deviennent trop chauds.

    L’énergie sous forme d’électricité nous est très utile. Tous les appareils électroniques fonctionnent avec cette énergie. Malheureusement, il n’existe aucune source naturelle d’électricité sur Terre autre que la foudre. Cela signifie que nous devons produire de l'électricité à partir d'autres énergies, par exemple l'énergie éolienne, l'énergie solaire. Le charbon, le gaz et le pétrole sont des sources d’énergie naturelles. Pour produire de l’électricité, elle est d’abord convertie en chaleur (par combustion) puis en pression pour entraîner des turbines, qui à leur tour entraînent des dynamos. L’hydrogène n’est pas une source d’énergie naturelle, mais plutôt une forme de stockage. Si l’on souhaite utiliser l’hydrogène comme carburant, il faut d’abord le produire à l’aide d’électricité.

    Étant donné que l’énergie doit d’abord être générée au niveau de la centrale électrique, vous devez payer pour cette énergie. C'est pourquoi il est important de mesurer et de calculer la quantité d'énergie. Nous appelons la consommation d'énergie puissance. La puissance d'une tension continue est calculée en multipliant la tension par le courant. P=U*I. Pour une tension alternative, ce qui suit s'applique : P=Ueff*I (voir courant alternatif) l'unité est le Watt

    Pour calculer la quantité d'énergie utilisée, nous multiplions la puissance par le temps pendant lequel l'énergie est utilisée : E= P*t l'unité est le Watt-heure.

    Transport d'énergie

    L’électricité doit être transportée comme les autres biens. La centrale électrique produit de l’énergie électrique qui est transportée vers les clients via des lignes à haute tension. Là, la haute tension est réduite à 230 VAC et transportée vers les habitations et les entreprises. Dans la maison, l'électricité entre dans l'armoire à compteurs, après quoi elle est envoyée vers les prises. Là, l'énergie est transmise aux appareils électriques via un câble. Ils ajustent la tension et envoient la puissance aux composants. Enfin, l'alimentation est distribuée sur les cartes de circuits imprimés via des alimentations. Durant tout ce transport, des pertes et des perturbations surviennent dont nous devons tenir compte.


    Pertes de câbles dans le transport d'énergie

    Tous les matériaux, y compris les bons conducteurs, résistent au courant électrique. En d’autres termes : tous les tuyaux ont une résistance.

    Supposons maintenant que nous déroulions un kilomètre de fil de cuivre avec une résistance totale de 1 Ω. Nous voulons transmettre une puissance de 100 watts sur ce fil de cuivre. Si U = 10 V alors il faut fournir un courant de 10 A. La loi de Ω nous apprend que la chute de tension aux bornes de 1 Ω à 10 A est égale à 10 V ! Au bout du câble, toute l’énergie est épuisée et il ne reste plus rien pour l’utilisateur !

    C’est pourquoi nous utilisons une très haute tension pour transporter l’énergie :

    Supposons que la tension U = 1 000 V. Pour fournir 100 watts, seulement 0,1 A est nécessaire.

    La perte sur le câble est alors de 0,1x1 = 0,1 V ! Il en reste beaucoup pour l’utilisateur !

    Ferriet

    La ferrite est un matériau céramique dans lequel des métaux sont mélangés. La céramique signifie que, tout comme la porcelaine, elle est cuite au four, ce qui la rend très dure. Les tasses à thé sont fabriquées à partir d’argile cuite ou de kaolin cuit. Les matériaux céramiques sont des isolants, ils ne laissent pas passer le courant. Comme des particules de fer ont été ajoutées à la ferrite, celle-ci peut très bien conduire les champs magnétiques. Parce qu'il est en céramique, il peut prendre n'importe quelle forme avant la cuisson. Une fois cuite, la ferrite est très dure et très résistante. La ferrite est spécialement conçue pour ses propriétés magnétiquement conductrices. Il est utilisé dans les bobines pour renforcer le champ magnétique. Avec la ferrite, vous pouvez modifier la valeur d'une bobine en mettant plus ou moins de ferrite. Parce que la ferrite conduit très bien magnétiquement, elle est souvent utilisée comme bobine d'arrêt. Les signaux haute fréquence sont court-circuités dans la ferrite et donc étranglés. Ces inducteurs peuvent être trouvés sous forme de billes de ferrite autour des câbles et de noyaux de ferrite sur les cartes de circuits imprimés.

    Filtres

    Les filtres sont utilisés pour retenir les déchets, de sorte que vous vous retrouviez avec une substance pure. Les filtres à poussière, par exemple, éliminent la poussière de l'air afin que vous puissiez respirer un air pur. En électronique, les filtres ne font pas de différence. Les filtres électroniques suppriment les fichiers indésirables de vos signaux. Par exemple, le désordre courant est le bruit. Vous pouvez utiliser des filtres de bruit pour cela. Si vous avez trop de tonalités aiguës dans vos écouteurs, vous les filtrez. Vous pouvez construire de nombreux filtres différents avec des bobines, des résistances et des condensateurs. Le filtrage est une partie importante de l’électronique. Voici quelques exemples simples.

    Filtres RC

    Si vous créez un diviseur de tension avec un condensateur comme résistance « supérieure », les hautes fréquences passeront facilement, mais pas les basses fréquences. Vous avez créé un filtre passe-haut. Si vous remplacez la résistance inférieure par un condensateur, toutes les hautes fréquences iront à zéro et vous aurez donc créé un filtre passe-bas.


    Filtres LC

    Les bobines bloquent le courant alternatif. Plus la fréquence est élevée, mieux la bobine arrête le courant alternatif. C'est pourquoi les bobines sont souvent utilisées lorsque l'on souhaite arrêter le courant alternatif, par exemple en cas de signaux parasites. Dans la pratique de l'électronique, nous voyons la bobine sous la forme d'une perle de ferrite, souvent utilisée pour supprimer les impulsions parasites. Une perle de ferrite est en fait une self avec un noyau de ferrite, dans laquelle les signaux haute fréquence sont étranglés. De nos jours, les billes de ferrite sont disponibles sous forme de SMC. voir Ferrite


    Câblage imprimé

    Dans les circuits que je faisais quand j'étais enfant, toutes les pièces étaient soudées ensemble avec du fil.

    C'était très compliqué et vous avez rapidement commis des erreurs. Chaque pièce avait des « pattes », qui la soudaient à un morceau de fil, une pastille de soudure ou une autre pièce.

    Les pièces étaient également grandes et volumineuses.

    De nos jours, tout ce câblage est réalisé sur une plaque en plastique, appelée carte de circuit imprimé ou PCB en abrégé.

    Étant donné que le câblage est réalisé via une sorte de processus d’impression, nous l’appelons également câblage imprimé. D'où le nom anglais imprimé ; « imprimer » signifie imprimer.

    Circuits intégrés

    Grâce au très grand et important fabricant néerlandais ASML, toutes les pièces peuvent être de plus en plus petites. Les fabricants peuvent ainsi assembler plusieurs milliers de pièces sur une très petite surface. Nous appelons ces circuits intégrés ou CI. Les très grands circuits deviennent bien entendu chauds, ce qui nécessite un refroidissement important. En abaissant continuellement la tension de fonctionnement, les constructeurs tentent de limiter la puissance (P =U*I). Les gros processeurs, comme le I7 d'Intel, embarquent environ 2 000 milliards de MOSFET !!! Un seul CI simple est utilisé dans les circuits. Il y en a des milliers d’autres à découvrir !

    Redresseurs

    Avec une tension/courant alternatif, les électrons continuent de faire des allers-retours. Lorsque nous réalisons des circuits, ils utilisent généralement une tension continue comprise entre 3 V et 12 V. Avec une tension/courant continu, les électrons circulent toujours dans un sens. Si nous disposons d’une source de tension alternative, nous devons d’abord nous assurer que les électrons ne peuvent circuler que dans une seule direction. Nous convertissons la tension alternative en tension continue et bien sûr nous le faisons avec une diode. Ci-dessous vous verrez différents schémas de rectification avec des explications.

    Rectification monophasée

    Ci-dessus, vous voyez le calendrier. Un transformateur transforme une tension alternative de 230 V en une tension alternative de 9 V. Avec une tension alternative, le courant va et vient. Si le courant circule dans le sens des aiguilles d’une montre, la diode le laisse passer. Si le courant veut circuler dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la diode l'arrête.

    Le graphique montre le résultat de ce circuit. La ligne bleue représente la tension du transformateur. La ligne rouge représente la tension continue aux bornes de la résistance. La première chose que vous remarquez est que la tension continue devient et reste nulle lorsque la tension alternative devient négative. La diode bloque alors bien sûr le courant traversant la résistance, aucun courant traversant la résistance signifie aucune tension aux bornes de la résistance. Seule la partie positive (phase positive) de la tension alternative est autorisée. C'est pourquoi nous appelons cette rectification monophasée. Si vous regardez attentivement, vous verrez autre chose qui se démarque. La tension continue reste toujours un peu inférieure à la tension alternative du transformateur. Cela est dû à la tension de perte directe de la diode ! En conséquence, ce n’est pas la totalité de la tension alternative qui tombe aux bornes de la résistance, mais la tension – FV. La plupart des appareils électroniques ne fonctionneront pas bien avec cette tension continue qui ne cesse de baisser pendant un certain temps !

    Redressement monophasé avec condensateur à godet

    Vous voyez presque le même schéma ici, sauf que dans ce cas un condensateur (seau) a été placé après la diode. Si la tension alternative est positive, deux courants circulent désormais à travers la diode, le courant de charge à travers la résistance R1, plus le courant de charge pour le condensateur (seau) C1. Le condensateur seau est donc rempli pendant la phase positive. Si la tension alternative est négative, le condensateur se décharge (le godet se vide) via la résistance de charge R1. Plus la résistance est petite (plus la charge est lourde), plus le condensateur se décharge rapidement.

    Vous pouvez voir dans le graphique ci-dessus que la tension dans la partie négative de la tension alternative chute à moins de 3 V. Ce n'est pas non plus une situation idéale si votre circuit a besoin de 5 V. Ce qui peut aider, c'est un condensateur (seau) plus gros, mais le courant de charge augmentera également considérablement. Vous devez donc choisir une source (transformateur) et une diode capables de fournir et de transmettre ce courant de charge important.

    Rectification pleine alternance

    Le redressement est bien sûr bien meilleur si vous pouvez utiliser les deux moitiés (phases) de la tension alternative.

    La solution du redresseur double alternance est donc de loin la plus belle invention. Le transformateur a une prise centrale sur la bobine de sortie. Le courant est maintenant envoyé à travers la résistance de charge à l'aide de deux diodes. Lorsque le courant traverse le transformateur vers D1, il transmettra le courant à R1. Le courant revient via la branche centrale. Blocs D2 (blocs) à ce moment-là. Si le courant circule vers D2, il fera passer le courant vers R1, tandis que la diode D1 est coupée. Le condensateur (seau) est donc chargé deux fois par longueur d'onde au lieu d'une. Par conséquent, la tension diminuera également moins. La phase négative devient ainsi positive ! D'où le nom de rectification double alternance.

    Pont de diodes

    Vous avez besoin de ce circuit si le transformateur n'a pas de prise centrale et que vous souhaitez toujours un redressement pleine alternance. Deux diodes sont toujours allumées et deux sont éteintes. Essayez-le, comment le courant circule-t-il si A est positif et B est négatif ? Et si B est plus et A est moins ? Le résultat est presque le même que celui du circuit précédent, mais comme le courant circule toujours à travers deux diodes, vous avez affaire à une chute de tension directe deux fois supérieure et à une perte de puissance double dans les diodes.

    Par AM-démodulateur

    Un redresseur monophasé spécial est le démodulateur AM. Il est constitué d'une diode suivie d'un condensateur.

    Ceci est le schéma d'un véritable récepteur radio fonctionnel. Donc si vous le souhaitez, vous pouvez le recréer.

    Comment ça marche?

    La bobine L1 et le condensateur réglable C1 forment ensemble un circuit accordé (voir résonance) connecté à une antenne. L'onde porteuse modulée AM est redressée via la diode D1, puis les hautes fréquences sont filtrées grâce à C2. Les basses fréquences restantes ont encore suffisamment d’énergie pour piloter directement un bouchon d’oreille à haute impédance.

    Erreur historique

    Alexandre Volta a inventé la première pile zinc-cuivre vers 1800. Les scientifiques de l’époque pensaient que le courant allait du plus vers le moins et ont donc toujours opté pour cette solution. Ce n'est que bien plus tard (vers 1860) qu'un certain M. Rutherford découvrit que les électrons avaient une charge négative. Et... ce sont les électrons qui peuvent se déplacer à travers un conducteur. Le flux d’électrons va donc du moins vers le plus ! Cela ne change absolument rien pour tous nos calculs et nous continuons donc à utiliser le courant conventionnel du plus vers le moins.

    Plaque de refroidissement

    En électronique, la chaleur est presque toujours notre ennemie. Étant donné que les électrons traversent les pièces, celles-ci deviennent de plus en plus chaudes et finissent par tomber en panne en raison d'une surchauffe.

    C'est pourquoi une puissance maximale est toujours indiquée pour la plupart des composants. Les pièces perdent leur chaleur au profit de l’air qui passe devant elles. (Dans des cas particuliers, le refroidissement par eau est également utilisé). Malheureusement, la plupart des pièces sont logées dans un boîtier en plastique. C'est compréhensible, car vous ne voulez pas que la pièce entre accidentellement en contact quelque part. Vous souhaitez également protéger les matériaux qui composent la pièce contre l’oxydation. Mais le plastique n’est pas un bon conducteur de chaleur. C'est pourquoi les pièces qui doivent être traitées avec une puissance élevée contiennent souvent des plaques de métal dans le plastique. Ces plaques dépassent vers l’extérieur, permettant à la pièce de bien mieux refroidir. Plus la surface sur laquelle l’air peut circuler est grande, plus la pièce peut dissiper sa chaleur. Par conséquent, vous pouvez aider la pièce en augmentant la surface de refroidissement. Ensuite il faut bien sûr utiliser un matériau qui conduit bien la chaleur, comme le cuivre ou l’aluminium. L'aluminium est moins cher et plus léger que le cuivre, c'est pourquoi il est utilisé pour refroidir les plaques. Pour une plaque de refroidissement, il est indiqué de combien de degrés la température de la plaque augmentera par puissance fournie en watts. En Europe, nous utilisons °C/W. Plus cette valeur est basse, meilleure est la capacité de refroidissement ! La plupart des pièces indiquent la température jusqu'à laquelle elles fonctionnent encore correctement. Vous pouvez bien sûr calculer la puissance du circuit. Et de cette façon, vous pouvez calculer la taille de la plaque de refroidissement.

    Un exemple.

    Un transistor KD880 a une tension de collecteur de 12 V. La tension d'émetteur est de 4 V. le courant est de 2 A.

    La température de travail sûre est de 60°C. La température ambiante est de 20 °C.

    12 - 4 = 8 V tombe aux bornes du transistor. La puissance que le transistor doit convertir en chaleur est de 8 V x 2 A = 16 W.

    Le transistor est autorisé au maximum

    60-20 =40 °C de chauffage.

    Il faut donc installer une plaque de refroidissement de 40/16 °C/W = 2,5 °C/W.

    pouvoir

    Si nous regardons attentivement autour de nous, nous voyons des forces à l’œuvre partout. Les choses que nous jetons en l’air retombent toutes sur terre. La Terre attire tous les objets et nous appelons cela la gravité. Si nous tenons deux aimants ensemble, ils s’éloigneront ou s’attireront. Nous appelons cela la force magnétique.

    Quelque chose qui pousse ou tire sur un objet s’appelle une force.

    Quatre extracteurs et pousseurs inexpliqués ont été trouvés (jusqu'à présent) :

    La force nucléaire faible assure l’échange d’énergie au sein du noyau atomique.

    La forte force nucléaire garantit que les noyaux atomiques restent ensemble.

    La gravité garantit que tout reste sur Terre et que les planètes restent sur leurs orbites.

    La force électromagnétique garantit que les électrons restent autour du noyau de l’atome. Cette puissance rend notre électronique possible.

    Les pouvoirs sont très mystérieux, invisibles et personne ne sait exactement pourquoi ils existent.

    Circuits logiques

    Le mot logique est utilisé pour beaucoup de choses, mais en électronique, il a une signification très claire. Un circuit logique est un circuit dans lequel vous pouvez insérer des zéros et des uns et d'où sortent des zéros et des uns. Un circuit logique réagit toujours de la même manière aux zéros et aux uns que vous y mettez. Un zéro et un un sont toujours une tension fixe. En logique 5 V par exemple, il s'agit de 0 V et 5 V. Les circuits logiques fonctionnent donc en binaire. Il existe juste quelques circuits de base très faciles à comprendre et à appliquer. Vous pouvez créer de nombreux circuits amusants avec des circuits logiques.

    Des portes logiques

    Une porte est une arche sous laquelle on peut passer, parfois avec une porte. Vous entrez par une porte et vous ressortez de l'autre côté. Et c’est exactement comme ça avec les portes logiques. Il existe trois portes de base avec lesquelles vous pouvez réaliser de nombreuses combinaisons.

    La porte OU, la porte ET et la porte NON. Le portail Not possède 1 entrée et 1 sortie. La sortie est toujours opposée à l'entrée. C'est pourquoi la porte NON est également appelée inverseur. Le circuit émetteur commun avec le transistor NPN est en fait également une porte NON. La porte OU a deux (ou plus) entrées. La sortie devient 1 lorsqu'une des deux entrées devient 1. Une porte OU est très simple à réaliser avec des diodes

    La porte ET possède également deux (ou plus) entrées. La sortie devient 1 lorsque les deux entrées deviennent 1. La porte ET est également facile à réaliser avec des diodes.

    En laissant de côté toutes les limitations électroniques, vous pouvez (logiquement parlant) étendre indéfiniment les entrées de la porte ET et de la porte OU.

    Vous pouvez ainsi déclencher une alarme si un 1 arrive sur l'une des nombreuses entrées de la porte OU, provenant par exemple d'un capteur de bris de vitre.

    Ou vous pouvez vous assurer que vous ne pourrez prendre une décision qu’ensemble. S'il manque un 1 quelque part sur l'une des entrées de la porte ET, il n'y aura pas de 1 sur la sortie.

    La bascule

    Dans le circuit 9, vous trouverez un interrupteur qui commute à chaque fois que vous appuyez sur un bouton. C'est exactement ce que fait une bascule. Une bascule est un circuit logique qui commute les deux sorties à chaque fois que vous l'utilisez. De nombreuses variantes de la bascule ont été inventées, mais elles effectuent toutes la commutation. Étant donné qu'une bascule possède un commutateur de maintien logique, vous pouvez l'utiliser comme mémoire binaire. Chaque bascule peut mémoriser exactement 1 bit.

    Il existe de nombreux circuits logiques vendus sous forme de circuits intégrés. Il existe même des circuits intégrés (IC) dont les fonctions logiques peuvent être sélectionnées par programmation.

    Magnétisme

    Le magnétisme est une force dont nous ne connaissons pas le pourquoi. Ce que nous savons, c’est que le magnétisme est lié à la force électrique. Un aimant est toujours constitué d'un pôle nord et d'un pôle sud. Les pôles semblables se repoussent et les pôles opposés s’attirent. Un matériau magnétiquement sensible, tel que le fer, le nickel ou le cobalt, devient également magnétique lorsqu'il entre en contact avec un champ magnétique. La force magnétique est transmise à travers des matériaux magnétiquement sensibles. L'objet devient un aimant qui possède un pôle nord là où il touche un pôle sud et vice versa. Si un objet magnétiquement sensible reste longtemps dans un champ magnétique puissant, il devient également un aimant.

    Si l’objet est ensuite retiré du champ magnétique, il reste souvent magnétique. C'est ce qu'on appelle le magnétisme résiduel. L’objet perd généralement ce magnétisme résiduel après une longue période. Les objets magnétiques pour toujours sont appelés aimants permanents. Le fait qu’un fil, ou mieux encore une bobine, à travers lequel circule le courant, devient également magnétique s’appelle l’électromagnétisme. L'électromagnétisme et le magnétisme jouent un rôle majeur dans nos vies. Partout où l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique (y compris le moteur électrique) et là où l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique (y compris la dynamo), ces deux formes d'électromagnétisme sont appliquées. Voir les projets d'alternateur et de moteur monopolaire pour des explications simples.

    MesurerLa mesure est très spéciale car elle rend visibles des choses invisibles, généralement sous la forme de chiffres et de lettres. En électronique, nous mesurons principalement le courant, la tension et la résistance. Pour ce faire, nous avons besoin d’un capteur et d’un compteur. Un capteur est un composant qui convertit un signal en un signal électriquement mesurable. Le capteur le plus simple est une résistance. Lorsque nous envoyons un courant à travers une résistance, une tension apparaît aux bornes de la résistance. Plus le courant est élevé, plus la tension est élevée. Nous pouvons ensuite mesurer cette tension avec un voltmètre et calculer le courant correspondant. Il est bien entendu ennuyeux que la résistance de mesure elle-même gêne également le courant, ce qui signifie que la mesure n'est pas tout à fait correcte. A titre d'exemple, un circuit composé de la batterie B1 et de la résistance R1. La tension que procure BI est. 5 V., R1 = 1 Ω. Vous souhaitez mesurer le courant qui traverse ce circuit. Grâce à la loi d'Ohm, nous savons que le courant qui traverse R1 doit être égal à 5 A. Nous insérons maintenant notre capteur 1 Ω dans le circuit. Le compteur n'indique que 2,5 A ! Comment est-ce possible? Le compteur est en panne ? Non, le compteur fonctionne bien. Grâce à notre résistance de mesure, la résistance totale du circuit est désormais de 2 Ω. Et 5 V divisé par 2 Ω équivaut à 2,5 A. Sans résistance de mesure, le courant est de 5 A, avec résistance de mesure, le courant est de 2,5 A. Nous avons une erreur de mesure d'au moins 50 %. Nous choisissons donc notre résistance de mesure aussi petite que possible lors de la mesure du courant. La très petite différence de tension aux bornes de cette résistance est alors énormément amplifiée par un nombre fixe et ensuite seulement mesurée. Dans l'exemple, nous pouvons utiliser une résistance de mesure de 0,1 Ω et amplifier le signal 10x. Le résultat de la mesure est alors de 5/1, 1 = 4,5 A. C'est bien mieux

    Lors de la mesure de la tension, nous avons un problème similaire. Le compteur utilise également une résistance comme capteur. Cette résistance sera parallèle à la résistance sur laquelle nous voulons mesurer la tension. La résistance totale devient donc plus petite. Par exemple, vous souhaitez mesurer la tension de sortie d'un diviseur de tension. Le diviseur de tension se compose de R1 et R2, tous deux de 1 kΩ. La batterie fournit 5 V. Grâce à la loi d'Ohm, nous savons que la tension aux bornes de la résistance R2 doit être exactement de 2,5 V. Vous branchez le compteur et il affiche un peu moins de 1,7 V ! Le compteur est en panne ? Non, du fait de la résistance interne (capteur) du voltmètre, il y a désormais une résistance en parallèle avec R2. La résistance totale y atteint désormais 500 Ω ! La tension n'est donc que de 1/3 de 5 V, soit environ 1,7 V. Encore une erreur de mesure importante grâce à la résistance de mesure. C'est pourquoi nous utilisons la résistance de mesure la plus élevée possible lors de la mesure de la tension. Les résistances de mesure ont également une tolérance qui affecte votre mesure. La précision de votre mesure dépend donc de votre capteur, mais aussi de votre compteur réel.

    De nos jours, nous mesurons presque tout numériquement. Cela signifie que nous divisons le temps en très petits pas, par exemple d'une milliseconde, et que nous prenons une mesure à chaque fois qu'un pas est franchi. Nous appelons également cela « prélèvement d'échantillon ». Chaque échantillon est représenté par un numéro. Nous faisons cela en utilisant un convertisseur analogique-numérique. En calculant intelligemment (par exemple toujours en faisant la moyenne des 10 derniers échantillons) on obtient une valeur que l'on peut afficher sur un écran. Si votre multimètre peut convertir quelques échantillons par seconde, vous ne verrez pas de courts pics de tension. Il faut donc connaître exactement quelles sont les propriétés de votre compteur pour savoir si la valeur mesurée correspond quelque peu à la réalité.

    Le compteur universelEt maintenant le compteur le plus utilisé en ce moment, le compteur universel, également appelé multimètre. Universel car il peut mesurer beaucoup de choses différentes et a souvent un certain nombre d’astuces utiles dans son sac. Il en existe de toutes formes et tailles, du très bon marché au très cher. Si l’on prend en compte une précision que nous pouvons utiliser pour notre objectif, vous pouvez disposer d’un excellent compteur universel pour quelques dizaines d’euros.

    Jetons un coup d'œil à un tel compteur. Encore une fois, il existe de nombreux types et tailles, de sorte que chaque compteur peut avoir un aspect différent. Ci-dessus, vous verrez un écran sur lequel la fonction sélectionnée et le résultat de la mesure sont visibles. Cela comprend souvent une ou plusieurs touches pour sélectionner des fonctions supplémentaires. Au milieu se trouve un commutateur rotatif avec lequel vous choisissez une plage de mesure ou une fonction. Enfin, en bas se trouvent les points de connexion des cordons de mesure. Que peut faire un tel compteur ? Nous pouvons le voir facilement grâce au commutateur avec lequel vous choisissez les fonctions. Le bouton est maintenant désactivé et vous devez le régler ici chaque fois que vous n'avez pas besoin de mesurer. Le compteur fonctionne sur batterie et si vous le laissez allumé, la batterie s'épuisera ! Un pas vers la droite, le compteur mesurera une tension alternative avec un maximum de 500 V. Encore un pas vers la droite, la sensibilité est légèrement plus grande et vous pouvez mesurer des tensions alternatives jusqu'à 200 V. Vous pouvez alors mesurer le courant continu de manière très précise (2 mA pleine échelle) jusqu'à 10 A. Attention, pour mesurer un courant de 10 A , le câble de mesure noir doit être débranché et connecté à l'entrée de mesure de courant. C'est le cas de presque tous les multimètres. À l'étape suivante, le multimètre lui-même fournit une tension carrée que vous pouvez utiliser comme signal de test. L'étape suivante consiste en un test de sifflement et de diode. Le sifflement provoque un bip du compteur lorsqu'il y a une très faible résistance entre les broches de mesure. Par exemple, vous pouvez tester des câbles. Une épingle de chaque côté, si le compteur ne siffle pas c'est qu'il y a une interruption quelque part. La mesure de diode fait bon usage de la tension de perte directe d’une diode. Une bonne diode présente une chute de tension comprise entre 0,3 et 1,2 V dans le sens conduit et dans le sens inverse la tension est égale à la tension d'alimentation, donc beaucoup plus élevée. Les étapes suivantes vous permettent de mesurer une résistance par incréments de plus en plus grands, de 200 Q à pleine échelle à 200 MQ à pleine échelle. Et enfin, vous pouvez mesurer la tension continue avec une précision décroissante de 200 mV à 500 V pleine échelle. C'est déjà une somme incroyable, pour un compteur qui coûte moins de 20 euros. Regardons les spécifications, ou avec quelle précision le compteur mesure-t-il ? Selon les spécifications, ce compteur mesure la tension continue avec une précision de ± 0,8 %. La tension alternative avec une précision de ± 2 %. Le courant continu avec une précision de ± 2 % et les résistances avec une précision de ± 1 à 1,5 %. 10 V. Tension CC, la tension réelle se situe entre 9,84 V et 10,16 V. Si vous mesurez un courant CC de 100 mA, le courant réel se situe entre 96 mA et 104 mA. Il est donc important que vous sachiez à l'avance avec quelle précision vous souhaitez mesurer et avec quelle précision vous pouvez mesurer. Gardez à l’esprit qu’avec des valeurs élevées, il n’est pas utile de mesurer de manière très précise. Si vous souhaitez mesurer la distance entre Paris et Utrecht, vous le faites évidemment en kilomètres et non en millimètres. L’épaisseur d’un cheveu se mesure en micromètres et non en kilomètres. Avec le multimètre, la précision est donnée pour la lecture à pleine échelle par plage de mesure. Dans la plage 200 mA, la précision est de ± 0,2 % de 200 mA, donc de ± 0,4 mA.

    Microcontrôleur

    Vous pouvez comparer un microcontrôleur avec une calculatrice. Au cœur de la calculatrice se trouve un contrôleur qui contrôle tout le trafic. Vous pouvez utiliser votre clavier pour transmettre des chiffres ou des commandes au contrôleur. Votre clavier traduit d'abord ces nombres en nombres binaires, sinon le contrôleur ne les comprendra pas. Le contrôleur peut voir à partir du numéro s'il s'agit d'un numéro réel ou d'une affectation. Il décide ensuite où envoyer le numéro. Il peut par exemple stocker brièvement le numéro dans la mémoire de travail ou l'envoyer à l'unité de calcul. S'il souhaite vous renvoyer le numéro, il l'envoie à l'écran. Là, le nombre binaire est parfaitement traduit en un nombre que vous pouvez lire.

    A titre d'exemple, on calcule 2 3 = 6

    L'entrée est toujours d'abord traduite en nombres binaires, la sortie est toujours traduite en nombres que nous pouvons lire. Vous entrez d’abord un 2 avec le clavier. Cela envoie le nombre en binaire (0010) au contrôleur. Il stocke le numéro dans la mémoire de travail et l'envoie à l'écran. Vous verrez donc le chiffre 2 y apparaître. Appuyez maintenant sur le signe plus. Le contrôleur reçoit la commande binaire plus et la place dans la mémoire de travail et sur l'écran. Entrez maintenant un 3 avec le clavier. Ce numéro est également envoyé au contrôleur, qui le remet en mémoire et à l'écran. Enfin, appuyez sur le signe est. Le contrôleur reçoit le signe est et envoie désormais le 2, le 3 et le signe plus à l'unité arithmétique. Ceci effectue l'addition et renvoie 6 au contrôleur. Le contrôleur envoie le 6 à la mémoire de travail et à l'écran.

    Voici donc les parties d'une calculatrice :

    Mémoire vive

    Une unité de compte

    Un contrôleur de la circulation ou un contrôleur

    Entrée (clavier)

    Sortie (affichage)

     

    La mémoire de travail, l'unité de calcul et le contrôleur réunis dans une seule maison (intégrée, donc sans clavier ni écran) sont appelés un microcontrôleur.

    Un microcontrôleur est doté d'une mémoire de programme en plus. Vous pouvez y saisir toute une série de commandes (bien sûr également binaires) qui seront exécutées par le microcontrôleur. Lorsque le contrôleur atteint la fin de la ligne, il recommence depuis le début. Nous appelons une telle série de commandes (instructions) un programme. Et écrire un programme est ce que nous appelons la programmation.

    De plus, un certain nombre de ports (interfaces) vers le monde extérieur sont souvent inclus. Les plus connues sont l’interface écran et l’interface clavier.

    Les microcontrôleurs modernes regorgent également de solutions intelligentes, notamment pour les rendre plus rapides, plus efficaces et plus fiables. Il existe de nombreux types de microcontrôleurs avec leurs propriétés particulières et souvent leur propre langage. Vous pouvez gagner énormément avec un microcontrôleur. Il est indispensable pour un inventeur. Arduino est très sympa pour les débutants. La langue est facile à apprendre et on peut rapidement faire de très belles choses.

    Moduler et démoduler.

    Les ondes électromagnétiques (ondes radio) se propagent à la vitesse de la lumière. Si nous parvenons à regrouper les messages sous forme d’ondes radio, nous pouvons les envoyer à la vitesse de la lumière. Le conditionnement d'un message dans une onde lumineuse ou radio est appelé modulation. La modulation la plus simple est « on et off ». Avec une lampe de poche, vous pouvez transmettre des caractères Morse ou des codes ASCII. Et même des choses typiquement analogiques comme la musique ou les images, à condition qu'elles aient été préalablement numérisées ; traduit par « lumière allumée et lumière éteinte ».

    Il existe d'autres moyens de masquer les messages dans une onde radio : la modulation d'amplitude (AM) et la modulation de fréquence (FM). Cela semble compliqué, mais ce n’est vraiment pas le cas ! En réalité, une onde (électromagnétique) n’a que deux caractéristiques : la longueur d’une partie d’onde complète et la hauteur. La hauteur de la vague s’appelle l’amplitude. Avec la modulation d'amplitude, nous modifions la hauteur de l'onde.

    Comme vous le savez, l'oreille humaine peut entendre des fréquences comprises entre 30 Hz et 20 kHz environ. Une onde radio a des fréquences très élevées, comme par exemple 2,4 GHz pour le WiFi : 2,4 milliards de Hz.

    Le son lui-même se propage lentement et se désintègre rapidement, mais une onde radio se propage très rapidement sur d'énormes distances. Si nous faisons varier l’amplitude de cette onde radio rapide dans la mesure de l’onde sonore, alors l’onde sonore se déplace avec l’onde radio.

    Ici vous pouvez voir comment nous pouvons envoyer une fréquence plus lente en modifiant l’amplitude de l’onde radio. L’onde radio est appelée à juste titre onde porteuse, car elle transporte avec elle la fréquence la plus basse.

    Bien entendu, vous pouvez également modifier la longueur d’une section d’onde complète. Cela modifie la fréquence de l'onde porteuse. Vous pouvez voir le résultat dans l'image ci-dessous. Ici aussi, la basse fréquence est cachée dans la haute fréquence. Nous appelons cela la modulation de fréquence ou FM. L'image est très exagérée, généralement la variation est très faible par rapport à l'onde porteuse.

    L’astuce pour cacher la basse fréquence dans la haute fréquence s’appelle la modulation. Si vous souhaitez à nouveau supprimer la basse fréquence, vous devez démoduler.

    Montageprint

    Si vous avez réalisé un circuit agréable et fonctionnel sur votre carte expérimentale, vous souhaitez naturellement l'utiliser quelque part. Dans ce cas, la planche d’expérimentation est très gênante. Pour les petits circuits, vous pouvez utiliser un morceau de PCB de montage. Il s'agit d'un circuit imprimé comportant uniquement des rangées de trous. Insérez les pattes des pièces dans les trous et soudez-les en place. Vous utilisez maintenant des fils pour réaliser les connexions soudées entre les pièces.

    Sur la photo, vous voyez le circuit « la machine à foudre » construit sur un PCB de montage. A gauche le dessus avec les pièces et la plaque de refroidissement. Vous pouvez à peine voir les connexions en bas, tout comme les îles. À droite, en bas du morceau de PCB de montage avec toutes les connexions. Sur les points rouges, une patte d'une des pièces dépasse du trou. Ces îles sont donc soudées. Divers circuits imprimés de montage sont disponibles à la vente, avec des îlots interconnectés en rangées ou en groupes et des modèles spéciaux pour cartes microcontrôleurs.

    Code Morse et code ASCII

    Pourquoi le code ASCII a été introduit.

    Le code Morse se compose de signaux courts et longs sous forme de lumière ou de bip. Afin de bien distinguer les signaux longs des signaux courts, il a été convenu que les signaux longs doivent être au moins trois fois plus longs que les signaux courts. De plus, il doit y avoir une pause d'au moins 1 signal long entre chaque caractère. Vous comprenez déjà que c'est assez difficile, car un opérateur radio est tout simplement plus rapide que l'autre ! De plus, le nombre de personnages est assez limité.

    Le code Morse est lent et sujet aux erreurs. En effet, la différence entre zéro et un est une différence de temps qui n’a pas été précisément convenue. Surtout si vous perdez le compte en cours de route, vous ne savez plus où commence un nouveau personnage. Le code Morse est lent car tous les caractères sont constitués de signaux longs et courts. Il suffit de regarder le chiffre 0, de préférence 5 x un signal long ! Si vous souhaitez créer plus de personnages, ils deviendront plus longs.

    Le code ASCII est un code numérique. Chaque caractère est précédé d'une pause d'une durée convenue. Viennent ensuite 8 zéros ou uns d'une heure convenue, qui forment ensemble un signe. Le zéro a la même longueur que le un. En termes simples, le zéro est 0 V et le 1 est une tension fixe, par exemple 5 V. De cette façon, vous pouvez créer 255 caractères qui ont tous exactement la même longueur. Comme les machines sont à nouveau parfaitement alignées après chaque pause de démarrage, vous pouvez travailler avec des temps de bits beaucoup plus courts. Le transfert est donc bien plus rapide et tout aussi rapide pour tous les personnages.

    À titre de comparaison : le code Morse zéro se compose de 5 signaux longs et de quatre courtes pauses. C'est-à-dire le temps de 19 signaux courts.

    Chaque caractère du code ASCII se compose de 8 signaux courts.

    Il existe désormais des extensions majeures du code ASCII à cause de tous les caractères spéciaux, de tous les langages avec leurs propres caractères et des mathématiques et de la physique avec leurs propres caractères. Le code a donc été étendu à 16 bits, ce qui permet de créer 65535 caractères.

    OscillationVous avez probablement déjà entendu un microphone vibrer. Un méchant sifflement étouffe tous les autres sons. Comment est-ce arrivé? Le son des haut-parleurs retourne dans le microphone. Pour certaines tonalités, le son est amplifié exactement 1 fois, voire plusieurs fois. Pour ces tonalités, le son tourne en rond au volume maximum. Elle ne s'arrête que lorsque le circuit est interrompu : c'est ce qu'on appelle l'oscillation. Les hurlements sont très ennuyeux, mais les oscillations sont largement utilisées en électronique. Pour construire des émetteurs ou des sirènes, par exemple. Si vous renvoyez un signal de la sortie à l'entrée et que le gain est d'au moins 1, un tel circuit oscillera. Des exemples peuvent être trouvés dans les circuits 12, 13 et 14.

    Russie

    Si vous fermez les yeux et écoutez attentivement, vous découvrirez que le monde est plein de bruit. Vous entendez des sons provenant de différentes sources : la circulation automobile sur l'autoroute un peu plus loin, un avion qui passe bien au-dessus de vous, le chant des oiseaux dans les arbres, le bruissement du vent dans les feuilles, etc. Nous appelons cela un bruit de fond. Votre cerveau est parfaitement capable d'ignorer ces sons, vous n'entendez donc que la voix de votre petit-ami ou petite-amie. Les signaux électriques contiennent également du bruit. Ce bruit, tout comme le bruit de fond, provient de différentes sources. Le mouvement thermique des atomes provoque du bruit provenant des résistances, des transistors et des amplificateurs. Les alimentations à découpage provoquent de nombreux pics de commutation sur l'alimentation. Le rayonnement électromagnétique est absorbé par les fils et/ou les pistes d'impression. Tout ce bruit est amplifié avec le signal réel. Parfois, le bruit est si fort que le signal s'y « noie ».

    Le bruit est une source majeure de problèmes en électronique dans 99 % des cas. C’est pourquoi de nombreuses réflexions ont été menées sur la manière de prévenir ou d’éliminer le bruit. C'est devenu un métier en soi, les filtres constituant un élément important de la solution. Travailler sans bruit est une illusion. La technologie numérique offre une bonne protection contre le bruit dans la chaîne du signal. Après tout, le signal est zéro ou un. Les petits signaux sonores sont alors automatiquement laissés de côté.

    Pourtant le numérique n’est pas invulnérable. Dans la chaîne de signaux elle-même, zéro n’est pas toujours exactement zéro et un n’est pas toujours exactement un. Ainsi, les limites applicables sont précisées :

    Par exemple, dans une logique 5 V, « moins de 0,9 V » est considéré comme zéro et supérieur à 3,7 V, comme un.

    Si un signal est égal à 1, il ne devient nul que lorsqu'il descend brièvement en dessous de 0,9 V. Si le signal est nul, il ne devient nul que lorsque la tension monte brièvement au-dessus de 3,7 V. Cet écart est appelé hystérésis. Si votre signal est de 4 V, alors dans ce cas il est égal à 1. Si un signal de bruit de -3,2 V arrive, le 1 devient un 0 ! Plus la tension est faible, plus l'hystérésis est faible et plus les signaux sont sensibles au bruit. Et nous voulons réduire la tension en raison de la puissance élevée que les microcontrôleurs utiliseraient autrement.

    Des inventeurs intelligents travaillent sur ce problème depuis un certain temps, afin que nous puissions travailler avec des tensions d'alimentation de plus en plus faibles.

    Changer

    Habituellement, vous souhaitez pouvoir allumer ou éteindre l’alimentation d’un circuit. Par exemple, vous ne laissez pas toujours la lampe de votre chambre allumée, heureusement il y a un interrupteur dans le mur qui permet d'allumer ou d'éteindre la lampe. Un interrupteur est généralement constitué de deux morceaux de matériau conducteur que vous pouvez presser l'un contre l'autre. Comme l'interrupteur momentané du projet "Une lumière près de ton lit"

    Comme il existe de nombreux interrupteurs différents, il existe également de nombreux symboles différents. Cependant, le principe est toujours le même. Dès que les conducteurs se touchent, ils entrent en contact et le circuit est fermé. Les conducteurs d'un interrupteur sont donc appelés contacts. Un interrupteur possède donc des contacts qui peuvent être fermés ou ouverts. Lorsque les contacts sont fermés, l'interrupteur connecte les fils connectés entre eux, mais pas lorsque les contacts sont ouverts

    Il existe donc de nombreux commutateurs différents. Les plus courants sont les interrupteurs poussoirs, les interrupteurs à bascule et les interrupteurs rotatifs. Un interrupteur à bascule reste toujours dans la position dans laquelle vous l'avez réglé. Un interrupteur à bascule est généralement utilisé pour allumer ou éteindre la lumière. Un commutateur rotatif comporte souvent plusieurs niveaux, chacun avec son propre modèle de commutation. Vous pouvez les retrouver par exemple dans le compteur universel. Les contacts peuvent brûler à des tensions et/ou courants élevés. Dans ce cas, on utilise des interrupteurs spéciaux (rouleaux de commutation), remplis d'azote ou dont l'air a été aspiré.

    Schéma et circuit

    Imaginez-vous comme le dompteur d'animaux au cirque. Seuls vos animaux ont des milliards d’années, ce sont des électrons. Et vous pouvez leur faire réaliser les figures les plus difficiles. Il n'y a rien de tel que de sauter à travers un cerceau enflammé. Pour les amener à faire ces tours, nous laissons les électrons circuler à travers des labyrinthes de nos propres circuits. Nous plaçons toutes sortes d'obstacles, de toboggans et bien d'autres pièces électroniques dans ces labyrinthes. Il est difficile de concevoir un tel labyrinthe si vous ne pouvez pas l’imaginer. C'est pourquoi nous réalisons un dessin très précis de chaque labyrinthe. Nous appelons un tel dessin un diagramme. Chaque partie a son propre symbole et chaque connexion est une ligne. De plus, chaque pièce du schéma possède sa propre combinaison chiffre/lettre, afin que vous sachiez toujours exactement de quelle pièce vous parlez. Vous pouvez facilement dessiner sur une feuille de papier, mais avec de grands circuits, cela devient difficile. Avec les logiciels de dessin (CAO) actuels, vous pouvez facilement dessiner un diagramme. Et concevez immédiatement le câblage imprimé en fonction du schéma que vous avez dessiné. Heureusement, il existe également un projet « open source », afin que vous puissiez disposer gratuitement d'un bon logiciel. https://kicad-pcb.org/.

    Série et parallèle

    Résistances en série

    Si vous connectez les résistances les unes après les autres ; en série, la résistance totale augmente, à savoir la somme de toutes les résistances.

    Série : R-total = R1 R2 R3 (et ainsi de suite)

    Ensemble 16 Ω (rappelez-vous : toujours plus grand que le plus grand)

    Résistances en parallèle

    Si vous connectez des résistances les unes à côté des autres, en parallèle, la résistance totale devient de plus en plus petite.

    Vous pouvez calculer la résistance totale avec la formule suivante :

    Parallèle : 1/R-total = 1/R1 1/R2 1/R3 et ainsi de suite.

    Ensemble 2,6 Ω (rappelez-vous : toujours plus petit que le plus petit)

    Les lignes noires sont les fils de connexion et ont une résistance de 0 Ω. Dans les dessins, j'ai dessiné la résistance la plus élevée comme tube le plus étroit. Dans les schémas électriques réels, les blocs sont tous identiques et la valeur est simplement indiquée à côté ou dans ceux-ci.

    Connexion en série et en parallèle des condensateurs

    Condensateur en série

    Si vous collez des condensateurs ensemble (en série), la capacité devient plus petite et la résistance au courant alternatif devient plus grande.

    En montage série, la valeur de remplacement est constituée de l'addition des valeurs inversées :

    1/C-total = 1/C1 1/C2 1/C3 (et ainsi de suite)

    (C'est juste le contraire de la résistance)

     

    Condensateurs en parallèle

    Si vous connectez des condensateurs en parallèle, la capacité augmente. Ceci est facile à comprendre car la tension alternative aux bornes des condensateurs est la même partout et la surface de la plaque augmente chaque fois que vous connectez un condensateur supplémentaire en parallèle.

    Pour la capacité de remplacement C des condensateurs connectés en parallèle C1 à Cn, on additionne les capacités des condensateurs.

    C-total = C1 C2 C3 (et ainsi de suite)

    Connexion série et parallèle des bobines

    Les inductances ne sont pas aussi faciles à calculer que les résistances et les condensateurs. Les bobines sont sensibles aux champs magnétiques, mais elles les créent également lorsque vous y faites passer du courant !

    Ainsi, si vous placez les bobines les unes derrière les autres ou les unes à côté des autres, elles ressentiront toujours le champ magnétique de l'autre.

    Bobines en série

    Étant donné que l'auto-inductance d'une bobine est directement proportionnelle au nombre de tours, la formule d'une connexion en série est simple :

    L-total = L1 L2 L3 et ainsi de suite.

    La résistance CC s'additionne également, mais la capacité parasite diminue en réalité. Mais en raison des champs magnétiques des bobines connectées en série, le résultat de la formule n'est pas précis.

    Bobines en parallèle

    Il n’existe pas de règles de calcul simples pour connecter des bobines en parallèle. Les bobines doivent leur résistance au courant alternatif au fait qu’elles doivent créer un champ magnétique cohérent avec le courant circulant dans la bobine. Malheureusement, ce champ magnétique affecte également les bobines placées à côté d’une bobine. Si on l’oublie un instant, on pourrait utiliser la formule suivante :

    Il est également possible que les bobines se trouvent complètement dans le champ magnétique de l'autre. Si la direction de leurs champs est la même, la connexion en parallèle n'aura aucune conséquence sur l'inductance. La résistance au courant continu diminue bien entendu.

    Si la direction de leurs champs est opposée, ils s'annulent mutuellement ! S'ils sont également de valeurs différentes, des courants circuleront entre eux, ce qui peut les faire chauffer et se briser ! Il est donc important de mesurer en pratique les bobines en série et en parallèle.

    SMC de CMS

    Les pièces anciennes que j’utilisais dans le passé sont souvent volumineuses et encombrantes. Les pièces modernes d'un PCB sont beaucoup plus petites. Ils sont soudés directement à la surface du circuit imprimé et sont donc appelés « composants montés en surface » ou également « dispositifs montés en surface ».

    Il reste encore des parties avec des pattes.

    Heureusement, car pour nous, inventeurs, il est très simple d’assembler rapidement quelque chose sur une carte expérimentale. Hein, une planche d'expérimentation ? Qu'est-ce que c'est?

    Les plaques expérimentales sont spécialement conçues pour les amateurs. Il s'agit de plaques en plastique épaisses avec des trous sous lesquels se trouvent des ressorts en cuivre. Ces ressorts sont reliés les uns aux autres en rangées, afin que vous puissiez rapidement assembler un circuit. Le nom officiel est breadboard et vous en aurez certainement besoin, heureusement, ils ne sont pas chers. Sur la photo, vous voyez une planche à pain avec 2 x 20 rangées de 5, reliées entre elles, des trous et des lignes électriques au-dessous et au-dessus toujours divisées en groupes de 5. Dans la partie supérieure du dessin, j'ai montré avec des lignes comment le cuivre ressort sont connectés :

    Dans la rangée 1, a, b, c, d et e sont connectés. Et aussi f, g, h, i et j. C'est exactement la même chose pour chaque ligne. Sur les lignes électriques rouges et bleues, vous pouvez voir que 5 trous sont connectés les uns en dessous des autres. A titre d'exemple : le fil rouge épais en partant de la gauche est connecté à la résistance via les broches d'alimentation plus. L'autre côté de la résistance est connecté à la LED via la rangée 8. L'autre branche de la LED se trouve dans la rangée 10. La rangée dix est connectée aux broches d'alimentation négatives avec un fil bleu et le fil bleu épais y est connecté. Si vous connectez une batterie aux fils rouge et bleu, la LED s'allumera.

    Soudure

    Les métaux deviennent liquides lorsqu’on les chauffe. Les métaux n'ont pas tous le même point de fusion. Le cuivre ne fond qu'à 1080 °C. L'argent fond à 960 ° C et l'étain à 230 ° C. Lorsque vous mélangez des métaux (appelés alliages), le mélange (alliage) n'a pas de point de fusion précis, mais devient d'abord visqueux puis de plus en plus liquide à mesure que la température continue d'augmenter. De nos jours, nous utilisons un mélange d’étain et d’argent comme soudure. Vous pouvez liquéfier la soudure avec un fer à souder (une pointe de métal chauffée avec un point de fusion élevé). Si vous placez ce mélange de métaux liquides contre un autre métal ayant un point de fusion plus élevé, un alliage se forme également à l’interface. Si vous laissez ensuite les métaux refroidir au repos, ils seront bien liés mécaniquement et électriquement.

    Nous l'utilisons lorsque nous voulons souder des pièces ensemble ou sur un circuit imprimé. La soudure étain/argent peut être facilement traitée à environ 380°C. Malheureusement, votre fer à souder perd également des atomes à cause du liquide chaud, de sorte qu'il est lentement « mangé ». De plus, le métal liquide peut très facilement se combiner avec l’oxygène de l’air (s’oxyder). Les oxydes métalliques conduisent très mal la chaleur et l’électricité et nous ne pouvons donc pas les utiliser. C'est pourquoi un antioxydant (flux) est ajouté à la soudure. Dans la soudure moderne, cet agent est déjà présent dans le fil à souder. Il est utile de consulter un cours ou une démonstration de soudure en ligne. De cette façon, vous comprendrez rapidement comment procéder. Permettre un bon écoulement et ne pas utiliser trop de soudure sont probablement deux instructions importantes.

    Rincer

    Une bobine est un composant constitué d'un fil conducteur enroulé autour d'une forme de bobine avec ou sans noyau. Pour comprendre une bobine, il faut revenir au cours de physique. De là, nous savons qu’un champ magnétique est créé autour d’un fil à travers lequel circule un courant.

    En enroulant le fil autour d'un corps de bobine, les enroulements renforcent mutuellement leur champ magnétique de telle sorte que la bobine génère un pôle nord magnétique à une extrémité et bien sûr le pôle sud à l'autre extrémité (en fonction de la direction du courant).

    Les bobines se présentent également sous de nombreuses formes et tailles et avec différents matériaux de base, mais le principe de base de la bobine est toujours le même : une bobine neutralise toujours un changement de courant. En effet, l’augmentation du courant dans une bobine provoque un champ magnétique croissant, c’est-à-dire une onde magnétique.

    La bobine est donc dans une onde magnétique qu'elle produit elle-même. Cependant, cette onde magnétique crée un contre-courant dans la bobine. Ou pour rester en langage visuel : l’onde magnétique fait pencher la bobine de l’autre côté, de sorte que les électrons veulent reculer. Tout courant changeant dans une bobine provoque un champ magnétique changeant qui initie un mouvement électronique opposé. Nous appelons cela l’auto-induction.

    Modèle à eau de la batterie

    Dans le modèle aquatique, une bobine est représentée comme une roue à aubes qui entraîne un volant d’inertie.

    a) Initialement la roue est au repos.

    b) Si l'on connecte maintenant la pression de l'eau, la roue offrira d'abord une très grande résistance. Lentement, la roue commence à tourner et une fois qu’elle tourne, il deviendra plus facile de tourner de plus en plus vite.

    c) Jusqu'à ce que l'eau ne soit presque plus gênée par la roue.

    d) Si nous inversons maintenant le sens de la pression de l'eau, la roue à aubes continuera d'abord à tourner et augmentera ainsi encore la pression de l'eau. La roue va maintenant réduire sa vitesse en raison de la contre-pression et finalement s'arrêter.

    e) Ensuite, la roue commence à tourner dans l’autre sens. d'abord lentement, puis de plus en plus vite.

    f) jusqu'à ce que l'eau ne soit presque plus un obstacle.

    Vous voyez que la tension est d’abord appliquée à la bobine et ensuite seulement le courant circule. Nous appelons cela un décalage. Avec une tension alternative, le courant traversant la bobine est en retard de 90° par rapport à la tension. Un inducteur fait exactement le contraire d’un condensateur !


    Une bobine peut également stocker de l'énergie grâce au volant d'inertie. Et une bobine neutralise le changement dû à l’auto-induction. Cela fait de la bobine un bon conducteur pour le courant continu, mais une résistance pour le courant alternatif. La valeur d'une bobine est exprimée en Henry. La bobine est indiquée par la lettre majuscule L. Le degré auquel une bobine gêne le courant alternatif est appelé impédance avec le symbole ZL. L'impédance correspond à la résistance du courant alternatif et a donc pour unité l'ohm. Vous pouvez calculer l'impédance d'une bobine à l'aide de la formule suivante :

    L'impédance d'une bobine augmente donc à mesure que la fréquence de la tension alternative augmente. En pratique, les bobines ont également une résistance de fil ohmique.

    Applications des bobines

    Les bobines sont utilisées dans les filtres, pour la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique et comme stockage d'énergie.

    Dans les filtres on utilise le fait que les bobines offrent une résistance élevée au courant alternatif et que cette résistance augmente avec la fréquence (voir filtres)

    Conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique. Une fois le courant circulant, la bobine devient un puissant aimant capable d’attirer des pistons, de tirer des leviers ou de se déplacer dans un champ magnétique. Vous connaissez peut-être déjà ces applications comme solénoïdes, relais, haut-parleurs, etc.

    Conférencier

    Un haut-parleur est peut-être la plus belle invention avec une bobine.

    Cela fonctionne comme suit :

    Si vous envoyez une tension alternative à travers une bobine, celle-ci devient un aimant dont les pôles nord et sud changent constamment. Si l'on suspend la bobine élastiquement dans le champ d'un aimant permanent, elle sera alternativement attirée ou repoussée par l'aimant permanent. La bobine se déplace d'avant en arrière dans la bobine à la fréquence du courant alternatif !

    Nous collons un entonnoir en carton léger sur la bobine, appelé cône, qui se déplace ensuite d'avant en arrière avec la bobine. La vibration du cône met l’air en mouvement et nous percevons l’air vibrant comme un son. Du moins si la fréquence est dans la plage audible pour nous. Le principe du haut-parleur moderne est toujours le même, mais de nombreuses inventions ont été réalisées pour garantir que le son soit aussi naturel que possible. Le symbole du haut-parleur ressemble à un petit haut-parleur. La résistance et la puissance maximale sont souvent indiquées. Les fiches techniques des enceintes incluent souvent un graphique montrant quelles tonalités sont les mieux reproduites.

    Microphone

    Ce qui est bien, c'est que le principe fonctionne également dans l'autre sens. Si vous faites vibrer le cône en utilisant le son (par exemple en chantant dessus), la bobine vibrera avec lui. La bobine est située dans le champ magnétique de l'aimant permanent, ce qui fait que les électrons de la bobine vont et viennent au rythme du son. En d'autres termes, une tension alternative apparaît sur la bobine avec la fréquence du son. Un tel capteur sonore est appelé microphone. Pour que le son soit aussi naturel que possible, un bon microphone est construit de manière très différente, mais le principe est complètement le même. On peut donc réellement utiliser un haut-parleur comme microphone, même si la qualité sonore n'est pas très bonne.

    Piézo

    Vous pouvez également fabriquer de bons haut-parleurs et microphones en utilisant le principe d'un condensateur. Et de nos jours, on a inventé des matériaux qui rétrécissent ou se dilatent immédiatement lorsque vous appliquez une tension positive ou négative. Cristaux piézo-électriques, par exemple. Cela vous permet de créer de minuscules microphones et haut-parleurs dont le son reste raisonnable. Trois devine dans quoi ils se trouvent.

    Bobine comme relais

    Un autre bon exemple est un relais. Un relais est un interrupteur actionné électriquement. Un relais se compose d'une bobine, d'un induit et de deux contacts à ressort. Si nous envoyons du courant à travers la bobine, celle-ci devient un aimant puissant. Cet aimant tire l'armature vers le bas. L'autre côté de l'armature presse alors les contacts à ressort l'un contre l'autre ; l'interrupteur est fermé. Lorsque vous coupez l’alimentation, l’armature n’est plus attirée par la bobine. Les contacts à ressort reviennent et ne font plus contact ; l'interrupteur est ouvert.

    Le symbole d'un relais est constitué du symbole d'une bobine reliée par une ligne pointillée à un ou plusieurs contacts.

    Stockage d'énergie dans une bobine

    Une fois que le courant traverse une bobine, il continuera si la ligne est interrompue, car la roue a encore de l'élan. L'énergie stockée est libérée sous forme de pic de tension. Si la bobine est soudainement déconnectée, cela peut entraîner des impulsions à haute énergie ! Dans le cas d'un relais, vous ne le souhaitez évidemment pas, car cela peut détruire l'électronique qui commute le relais.


    Une diode de roue libre résout ce problème. Voir l'image ci-dessous.

    1, le relais est excité et un courant circule dans la bobine du positif au négatif. La diode est dans le sens inverse.

    2. Le relais est désactivé. Le courant dans la bobine continue de circuler pendant un certain temps et est court-circuité via la diode.

    Alimentation à découpage avec stockage d'énergie dans une bobine.

    On peut également profiter de cette propriété de la bobine. Une alimentation à découpage fait bon usage de cette propriété. A titre d'exemple, le fonctionnement d'une alimentation à découpage (régulateur abaisseur)


    1. l'interrupteur est fermé et la bobine démarre. Un courant croissant traverse la résistance de charge. La diode est éteinte.

    2. L'interrupteur est ouvert et la bobine peut délivrer l'énergie stockée à la résistance de charge grâce à la diode. La diode est conductrice. Un courant décroissant circule à travers la résistance de charge. En choisissant soigneusement les temps de commutation et en absorbant les variations de tension avec un condensateur, on peut déterminer la tension de sortie.

    Transformateur

    On réduit une tension alternative avec un transformateur, deux bobines très bien couplées de valeurs différentes. Le symbole d'un transformateur se compose de deux bobines alignées l'une contre l'autre, souvent avec une ou deux lignes entre elles pour indiquer qu'elles contiennent un noyau (en fer doux). Comme il existe de nombreux transformateurs différents, avec beaucoup ou peu d’enroulements, vous trouverez également de nombreuses variantes du symbole. Un enroulement est exactement une boucle de fil d’une bobine. En modifiant le nombre d'enroulements, nous modifions la tension et le courant maximum des bobines du transformateur.

    A titre d'exemple, un transformateur secteur avec trois tensions de sortie (6V, 9V et 12V) et une puissance maximale de 12V, 0,5 ampère. Vous pouvez voir le symbole à côté. Un transformateur secteur comporte de nombreux enroulements fins du côté primaire du secteur. Du côté secondaire, une ou plusieurs bobines avec un fil épais et relativement peu d'enroulements. Hormis les pertes d'énergie (en chaleur), la puissance primaire est égale à la puissance secondaire. Une bobine primaire de 230 VAC à 1 ampère peut donc fournir près de 230 Watts en sortie. Un bon transformateur est assez efficace jusqu'à 97 %.

    Transistor dans MOSFET

    Le transistor et le (mos)fet sont des semi-conducteurs à trois connexions. Un courant important peut circuler entre deux de ces connexions, la troisième connexion sert à réguler ce courant. Le transistor et le mosfet ont une structure interne complètement différente. Ils ont tous deux leur pour et contre. Dans les transistors, les trois connexions sont appelées ; Collecteur, émetteur et base. La base est l'entrée de commande, le courant principal circule entre le collecteur et l'émetteur.

    Avec le Mosfet, les connexions sont appelées Drain, Source et Gate. La porte est l'entrée de commande, le courant principal circule entre le drain et la source

    Voir les symboles ci-contre.

    rappelez-vous : transistor = mosfet contrôlé en courant = contrôlé en tension

    Il existe deux types de chacun, un type N et un type P. Dans le transistor NPN, l'émetteur est la sortie de la grande ligne et le collecteur est l'entrée. Avec le transistor PNP, c'est l'inverse, ce que vous pouvez facilement voir dans la direction de la flèche de l'émetteur.

    Avec le Mosfet, le courant circule de drain à source avec le type à canal N et de source à drain avec le type à canal P.

    Le transistor NPN

    Sur la gauche, vous voyez le modèle aquatique d'un transistor NPN. Le canal principal est fermé par une plaque percée de trous. Il y a un rabat en caoutchouc avec des trous sur la plaque, mais décalé de manière à ce que le canal soit fermé. Lorsque nous soufflons maintenant de l'eau à travers le mince tuyau sur le côté, le rabat en caoutchouc se détache de la plaque métallique et l'eau peut s'écouler à travers le tuyau principal. Plus vous envoyez d'eau par l'entrée latérale, plus la distance entre le rabat en caoutchouc et la plaque métallique augmente, ce qui permet à beaucoup plus d'eau de s'écouler. À un certain point, le tissu et la plaque sont si éloignés l'un de l'autre que le courant maximum circule ; plus de direction assistée sur le côté n'a aucun sens. Une fois le modèle aquatique terminé, il y aurait également un clapet anti-retour au bas du transistor, comme dans la diode. L'eau ne peut pas refluer. Étant donné que le transistor est une diode contrôlable, il présente également une chute de tension directe entre la base et l'émetteur. Cette chute de tension varie de 0,5 à 0,9 V. Dans nos additions nous supposons toujours 0,7 V dans la formule : VB – VE = 0,7 V

    Le transistor est donc un gros tube diode que vous pouvez ouvrir en permettant au courant de circuler dans le grand tube à travers un petit tube. Le collecteur est l'entrée du grand tube. L'émetteur est la sortie du gros tube. C’est de là que vient le courant qui entre via le collecteur et la base. Dans la formule : IE = IB IC

    La mesure dans laquelle le grand tube s'ouvre en raison du faible courant auxiliaire traversant la base varie selon le type de transistor. Nous appelons cela le facteur d’amplification actuel et le symbole est ß. En multipliant le courant de base par le gain de courant, vous obtenez le courant de collecteur correspondant. Dans la formule : IC = ß 0,2 V jusqu'à 0,5 V. Avec des courants importants, un transistor devient donc très chaud, et encore plus chaud s'il n'est qu'à moitié ouvert. C'est pourquoi un transistor est ensuite refroidi. Les propriétés d'un transistor sont enregistrées sur une fiche technique par le fabricant. Vous y trouverez la tension maximale entre collecteur et émetteur, le courant maximal, la puissance maximale et le facteur de gain du transistor. La fréquence maximale à laquelle le transistor fonctionne encore est souvent également mentionnée.

    Du N-MOSFET

    Avec le N Mosfet, deux grilles se superposent, précisément de manière à se fermer mutuellement. Aucune eau ne peut donc couler. Si j'applique maintenant une pression sur le côté de la grille supérieure, elle glisse sur le côté et les trous sont exposés. Plus je glisse loin, plus l’eau peut couler. Finalement, les trous sont exactement les uns au dessus des autres et le courant maximum a été atteint. Lorsque j'arrête d'appliquer une pression, la plaque supérieure revient en arrière et l'alimentation est coupée. Le courant ne peut pas non plus refluer avec le MOSFET, mais le MOSFET n'a pas de diode intégrée. Cela signifie également qu'il n'y a pas de tension de seuil fixe. Au contraire, vous devriez considérer le mosfet comme une source de courant réglable. Chaque tension de grille a une ouverture de canal fixe. La tension de commande des mosfets est donc variable et va de la tension de grille minimale à 10 volts ou plus. Le Mosfet nécessite une pression minimale pour ouvrir la vanne. Cette tension varie considérablement. Pour un Mosfet, la tension de grille minimale VGS est donc indiquée à laquelle il s'ouvrira encore. Attention : cela peut également être de 10 V ou plus. Si la tension de grille dépasse VGS, le mosfet s'ouvrira davantage à mesure que la tension de grille augmente. À une certaine tension, le mosfet est complètement ouvert. Il reste une très petite résistance interne, la plupart des mosfets étant de quelques à plusieurs dizaines de mΩ. C'est pourquoi les mosfets sont très adaptés à la commutation de courants importants. La perte de tension aux bornes de la petite résistance interne est très faible, tout comme la puissance dissipée. Par exemple, un mosfet avec une résistance ON de 12 mΩ a une perte de tension de 10x0,012. à 10 A. = 0,12 V donc une puissance de 1,2 Watts. Un transistor avec une perte de 0,3 V ne produirait pas moins de 3 watts de chaleur. Vous pouvez également retrouver toutes les informations importantes sur la fiche technique des mosfets.

    Il est désormais clair pour vous qu’il existe de nombreuses variantes de toutes les pièces. Cela s'applique également au BJT et au MOSFET. Heureusement, il existe de nombreux transistors et mosfets qui sont quasiment universels et qui sont les plus couramment utilisés.

    Les transistors et les MOSFET jouent un rôle majeur en électronique ; pratiquement tout est construit avec. Vous pouvez les utiliser comme commutateurs, éléments de mémoire, amplificateurs et bien plus encore. Vous rencontrerez un certain nombre d’applications pratiques dans les circuits.

    Schakelingen transistors de base

    Il existe trois schémas de circuit de base pour les transistors. Le circuit émetteur commun ou GES, le circuit de base commune ou GBS et le circuit collecteur commun ou GCS. Le plus couramment utilisé est le circuit émetteur commun et est donc expliqué plus en détail ci-dessous.

    Le circuit émetteur communVous voyez ici un transistor NPN ordinaire en conduction. Il existe 2 circuits : le circuit base-émetteur (les flèches rouges) et le circuit collecteur-émetteur (les flèches violettes). La base est alimentée via R1. La loi d'Ohm s'applique à R1, donc le courant traversant R1 (et la base) est égal à 4,3/47 000 = 0,09 mA. Le courant du collecteur est alors ßX0,09 mA = 200x0,09 mA = 18 mA. Le courant de l'émetteur est alors bien entendu de 18 0,09 = 18,09 mA. La résistance du collecteur est de 0,018*220 = 3,96 V (loi de Ω U = I*R). L'alimentation pousse le courant à travers les circuits, de sorte que le courant circule à travers l'alimentation de 0 à 5 V. Ce circuit peut être utilisé pour de nombreuses inventions amusantes.

    L'émetteur étant à zéro, il est utilisé à la fois pour l'entrée et la sortie, d'où le nom : « circuit émetteur commun ».


    Ici vous voyez le transistor PNP dans un circuit émetteur commun. Il faut un certain temps pour s'y habituer, mais comme vous pouvez le constater, le transistor fait tout de la même manière que le transistor NPN, mais exactement en sens inverse. L'émetteur est connecté directement au 5 V. La ligne 5 V est désormais la ligne commune pour l'entrée et la sortie. La base est toujours 0,7 V inférieure à l'émetteur et les courants sont donc opposés. Vous découvrirez que combiner NPN et PNP offre de nombreuses possibilités.

    La ligne électrique est un zéro virtuel pour tous les signaux. L'alimentation électrique garantit que la tension d'alimentation reste toujours la même (5 V dans l'exemple). Ainsi si un signal de tension alternative arrive sur la ligne d’alimentation, il sera court-circuité à zéro via l’alimentation.

    Si vous appliquez une variation de courant alternatif à l'entrée d'un GES (la base), elle apparaîtra en sens inverse à la sortie (le collecteur). Le GES est donc un onduleur !

    Facteur de multiplication

    L’électronique fonctionne souvent avec des nombres très grands et très petits. C'est pourquoi des facteurs de multiplication sont utilisés. Vous en connaissez certains depuis longtemps, comme le kilo 1000 fois. Un kilogramme équivaut à 1 000 grammes, un kilomètre équivaut à 1 000 mètres et un kilo-Ω (kΩ) équivaut à 1 000 Ω. Vous trouverez ici un aperçu pratique de tous les facteurs utilisés en électronique. L'usage est de coller le symbole directement devant le nom de l'unité. 1 µH = 10-6 Henry, 1 MgΩ = 106 Ω, et ainsi de suite.

    Résistance

    Comme leur nom l’indique, les résistances résistent au courant, c’est-à-dire qu’elles gênent le courant. plus la valeur de la résistance est grande, plus le passage du courant est difficile.

    La valeur est donnée dans l'unité Ohm, généralement abrégée en signe oméga grec : Ω. Ici vous voyez le symbole européen et américain de la résistance. Dans le diagramme, la valeur est indiquée à côté ou dans la résistance. Une résistance a une valeur de 1 Ω si exactement 1 A de courant circule lorsque vous appliquez exactement 1 V de tension aux bornes de la résistance. Aujourd’hui, les résistances peuvent être fabriquées de manière très précise, avec des marges d’erreur inférieures à 0,1 % !

    Il existe de nombreux types de résistances, selon l'application.

    Vous utiliserez le plus les modèles présentés ici. A gauche la résistance normale avec pattes et à droite une résistance SMD qui peut être soudée directement sur le circuit imprimé grâce aux bords métalliques.

    Le modèle de résistance de l’eau

    Il s’agit du modèle d’eau le plus simple : comparez une résistance à un tuyau dans lequel circule de l’eau. Plus le tuyau est étroit, plus l'eau y circule difficilement et donc plus la valeur de résistance est élevée.

    Van humide Ohm

    Le courant ne circulera à travers la résistance que si une tension est appliquée aux broches. Plus la tension est élevée, plus le courant circulera, mais plus la résistance est grande, moins le courant circulera.

    Cela se voit immédiatement dans la loi d’Ohm.

    Une tension plus élevée signifie un courant plus élevé, une résistance plus élevée signifie un courant moindre.

    À l’inverse, nous savons également quelle est la tension aux bornes d’une résistance si nous connaissons le courant et la résistance : U = I x R.

    Et enfin, nous pouvons calculer la résistance si nous connaissons la tension et le courant. R = U/I

    Cela s'applique à n'importe quelle résistance n'importe où dans un circuit !

    Puissance d'une résistance

    Les résistances convertissent la différence de tension en énergie sous forme de chaleur. Une résistance devient plus chaude à mesure que la tension augmente et également à mesure que le courant augmente.

    Vous pouvez immédiatement le voir dans la formule de la puissance P :

    P = UxI

    Où P est la puissance générée en watts, U est la tension aux bornes de la résistance en volts et I est le courant traversant la résistance en A.

    La chaleur générée doit être correctement évacuée, sinon la résistance deviendra trop chaude et pourrait se briser.

    Assurez-vous toujours que vous disposez d’une résistance de puissance correcte et d’un refroidissement suffisant.

    Applications de base de la résistance

    Limitation actuelle

    Les résistances sont souvent utilisées en série avec d'autres composants pour limiter le courant traversant ce composant. Un exemple de ceci est le contrôle LED suivant.

    Pendant la conduction, une tension (tension directe) de 1 V tombe aux bornes de cette LED. La LED fonctionne mieux avec un courant de 20 mA. La tension aux bornes de la résistance est donc de 4 V lorsque le courant traverse la LED. Nous souhaitons limiter le courant à 20 mA, la valeur de la résistance découle désormais de la loi de Ω :

    R = U/I

    La résistance doit donc être : 4 : 0,02 = 200 Ω

    Assurez-vous toujours d’une limitation de courant appropriée pour protéger vos composants. Gardez à l’esprit que le pouvoir est désormais largement généré dans la résistance. Dans l'exemple, la puissance dans la résistance est de 4 x 0,02 = 0,08 Watt.


    Diviseur de tension

    Avec les résistances, nous pouvons diviser une tension en plusieurs tensions plus petites. Ici vous voyez un simple diviseur de tension.

    La tension d'entrée est divisée en U1 et U2 par les résistances. Vous pouvez calculer cela avec les formules suivantes :



    Cela devient un peu plus difficile si l'on veut connecter un circuit à la tension U2 qui peut/doit fonctionner sur U2. Bien entendu, ce circuit utilise également du courant et constitue donc en fait une résistance supplémentaire que nous appelons également résistance de charge ou Rlast en abrégé. La résistance inférieure est désormais constituée de la connexion parallèle de R2 et RLast.

    Cela rend les formules un peu plus compliquées, mais si vous regardez bien, ce n'est pas si mal, non ?

    Potentiomètre

    Un potentiomètre est un diviseur de tension réglable. Il est constitué d’une grande résistance sur laquelle glisse un contact. Vous pouvez immédiatement le voir dans le symbole. Si vous augmentez le curseur, la résistance supérieure diminue et la résistance inférieure augmente et vice versa.

    Résistance anti « flottante »

    Si un fil de cuivre n’est connecté à rien, vous ne savez jamais quelle tension il y a. Une telle canalisation « flottante » est très sensible aux dysfonctionnements. Vous ne voulez donc certainement pas de détails dans vos circuits. Pourtant, cela arrive plus facilement que vous ne le pensez. Il suffit de regarder ce circuit très simple d'un seul interrupteur :

    Quelle est réellement la tension sur IO1 lorsque l’interrupteur est ouvert ? La ligne allant du commutateur à P « flotte » et peut donc prendre n'importe quelle valeur ! Les électrons peuvent simplement sauter dans le fil s'il y a un surplus quelque part ou si des tensions d'induction peuvent apparaître.

    Bien sûr, vous ne voulez pas du tout ça !

    C'est pourquoi nous veillons à ce qu'un tuyau soit toujours connecté à quelque chose. Pour ce faire, nous connectons la ligne avec une résistance à une tension connue, généralement la tension d'alimentation ou le neutre.

    Si nous augmentons la tension, nous appelons également cette résistance une résistance de rappel. Si nous tirons à zéro, cela s’appelle une résistance pull-down.

    Dans le circuit présenté ici, nous savons exactement quelle est la tension à P, grâce à la résistance de rappel : 5 V. Lorsque l'interrupteur se ferme, P devient 0 V.

    Le choix de la valeur d'une telle résistance est toujours un compromis. La résistance réduit la résistance totale du circuit et consomme donc également de l'énergie. Une résistance de 10 Ω dans l'exemple rendrait l'entrée très insensible aux parasites, mais lorsque l'interrupteur est fermé cela ne nécessite pas moins de 0,5 A et donc 2,5 Watt ! Une valeur courante pour une alimentation de 5 V est de 10 kΩ, pour une alimentation de 3 V de 3,3 kΩ. Assurez-vous que tous les nœuds ont toujours une valeur.

    Code couleur pour les résistances.

    Les résistances standards ont quatre anneaux. L’un de ces anneaux se trouve à une plus grande distance, c’est l’anneau de tolérance.

    Tenez-le à droite. Les valeurs de couleur vont de 0 à 9, noir = 0, marron = 1, rouge = 2, orange = 3, jaune = 4, vert = 5, bleu = 6, violet = 7, gris = 8 et blanc = 9.

    On compte à partir de la gauche : notez le numéro par sonnerie. Les résistances standard ont l'anneau 1, l'anneau 2, un certain nombre de zéros dans l'anneau 3 et une tolérance.

    La résistance standard supérieure est donc de 470 Ω avec une tolérance de 2%

    Les résistances de précision ont un anneau supplémentaire : anneau 1, anneau 2, anneau 3, un nombre de zéros dans l'anneau 4 et une tolérance.

    La résistance de précision inférieure est donc de 39000 Ω, soit 39 kΩ avec une tolérance de 2%

    Si l'anneau de tolérance est manquant (vierge), la résistance a une tolérance de ± 20 %. Maintenant, une résistance peut s'écarter un peu, mais il vaut mieux ne pas utiliser ces résistances.

    Tension alternative

    Avec une tension alternative, chaque pôle est alternativement plus et moins, les électrons vont et viennent donc.

    Bien que le courant alternatif puisse prendre de nombreuses formes, il est généralement sinusoïdal. Le nombre de changements par seconde est appelé fréquence f, exprimée en Hz. Étant donné que la tension alternative change constamment, nous devons savoir exactement ce que fait la tension alternative à un moment donné pendant les mesures. Nous appelons cela la phase. La phase est divisée en 360 degrés. Puis la vague recommence. À 180 degrés, la tension aux bornes des pôles est exactement de 0 V, à 90 degrés, la tension est maximale. la distance entre 0 et 360 degrés est exactement 1 longueur d'onde avec λ comme symbole et mètre comme unité. Les autres unités et valeurs du courant alternatif sont les mêmes que celles de la tension continue. La tension a le symbole U et l'unité Volt. Le courant porte le symbole I et l'unité A. En Europe, par exemple, le 230 V AC à 50 Hz est fourni via la prise. (AC signifie courant alternatif)

    La valeur efficace

    Une tension alternative change constamment de polarité. La tension aux pôles varie continuellement entre 0 V et la tension maximale. La tension maximale est appelée tension de haut en haut. La quantité d’énergie produite naturellement par une tension alternative varie également entre 0 et l’énergie de haut en haut. Si l’on compare une tension continue et une tension alternative, on remarque qu’une tension alternative est inférieure à la tension continue la plupart du temps. Une tension continue de même valeur que la tension crête d’une tension alternative fournira donc beaucoup plus de puissance. Pour fournir la même puissance, nous avons besoin d’une tension alternative avec une tension crête à crête plus élevée. C'est pourquoi nous parlons généralement de la valeur efficace de la tension (et du courant) alternatifs. La valeur efficace d'un courant alternatif est la valeur de la tension continue qui fournit la même puissance que la tension alternative. Voir la formule ci-contre. La tension de haut en haut est donc bien supérieure à la tension effective. Par exemple, la tension haut en haut de notre 230 VAC(eff) n'est pas inférieure à ±325 V

    La tension alternative présente l'avantage de pouvoir être utilisée pour le transfert inductif (voir bobine et transformateur). Cela facilite la transformation d’une tension alternative en d’autres tensions. Et cela est très nécessaire pour le transport de l'énergie (voir pertes dans les câbles).

    Avec le courant alternatif, nous pouvons également créer des ondes électromagnétiques qui se propagent, entre autres, à la vitesse de la lumière dans l’espace et l’air. C'est la base de (presque) tous les transferts de données sans fil, comme le WiFi.

    La vitesse de propagation du courant dans une substance (comme le fer ou le cuivre) a le symbole v et l'unité mètres par seconde.

    Vous pouvez trouver la longueur d'onde en divisant la vitesse de propagation par le nombre de vibrations par seconde :

    Étant donné que la vitesse de propagation à travers différentes substances est différente, la longueur d'onde change à mesure que la vibration se déplace à travers une autre substance. Cela s'applique également aux ondes électromagnétiques.

    Fusible

    Un fusible est utilisé pour protéger un circuit et/ou une alimentation contre un courant excessif. Le fusible à l’ancienne est constitué d’un tube de verre contenant un fil d’argent très fin. À un certain courant, le fil brûle et aucun courant ne peut plus circuler. Vous pouvez le trouver dans le symbole. Il se compose d'un rectangle avec un fil de fusion à l'intérieur. La valeur maximale du courant y est indiquée. Dans ce cas 1 ampère. Le T signifie lent, ce qui signifie que ce fusible ne saute pas lors de surcharges très courtes, à condition qu'elles ne soient pas trop importantes. S'il y a un F (rapide) à côté, le fusible sautera immédiatement.

    De nos jours, de nombreux nouveaux matériaux ont été découverts avec lesquels des fusibles peuvent être fabriqués. Il existe par exemple des fusibles à réarmement automatique qui ont une valeur de résistance très élevée en cas de surcharge. Lorsque la surcharge disparaît, ce fusible reprend une valeur de résistance très faible.

    Cellule photovoltaïque

    Vous saviez déjà qu’il est possible de produire de la lumière avec de l’électricité, mais il est également possible de reconvertir l’énergie lumineuse en énergie électrique. Et nous disposons d’une source d’énergie inépuisable dans le ciel : le soleil. Il existe de nombreuses façons d’utiliser l’énergie solaire, mais la cellule solaire est une méthode électronique. Les cellules solaires sont fabriquées de telle manière que la lumière solaire incidente provoque une tension sur les connexions de la cellule solaire. Malheureusement, le rendement n'est pas très élevé. Au maximum 20 % de la lumière incidente est (actuellement) convertie en électricité. Mais beaucoup de gens y travaillent. Une invention après l’autre garantit que le rendement est de plus en plus élevé. Le fonctionnement exact d'une cellule solaire est si compliqué qu'il a fallu faire appel au célèbre scientifique Albert Einstein pour l'expliquer. Pour nous, il suffit pour le moment de savoir que cela fonctionne. Les lampes de jardin chinoises bon marché contiennent toutes des cellules solaires. Ces luminaires rouillent rapidement et sont ensuite remplacés au bout d'un an. Dommage pour l'environnement, mais tant mieux pour nous : les cellules solaires sont généralement encore utilisables !

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