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Electronique >> Matériel >> Circuits de base >> Réalisations
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Introduction :
Auteur : Kolohama
Date : 20/06/2016
Sources : Aucune, Images, Google

Cette partie est la plus importante de tout le site, voilà pourquoi j'y ai consacré plusieurs pages. L'électronique telle que nous la connaissons aujourd'hui, n'a pas toujours été comme ça, l'électronique traditionnelle comporte des résistances, des condensateurs et d'autres composants qui sont d'une taille visible à l'oeil humain. Cette électronique aujourd'hui, bien qu'encore utilisée dans certaines applications, reste en majorité réservée à un publique d'amateurs car tout le secteur professionnel tend vers une technologie plus compacte et plus pratique où une simple puce comporte tout un circuit complexe.

Exemples d'applications électroniques :

De nos jours, les exemples en électronique ne manquent pas, d'ailleurs, on pourrait passer la journée entière à les citer et on ne finira quand même pas !! L'électronique, s'est implantée dans tous les secteurs, on pense au secteur paramédical, de l'automobile, aéronautique et spatial, dans le secteur du divertissement, de l'informatique, la robotique et j'en passe...

radio television consoles micro-onde telephone robot

* Quelques exemples de fabrication électroniques.

Electronique de base :

Quand on parle de l'électronique de base, on fait référence à tout ce qui est résistances, diodes et autres composants de base. L'échelle des composants de base se mesure en quelques millimètres et peuvent atteindre jusqu'à 1 centimètre. C'est le type d'électronique qu'on utilisait dans les anciennes fabrication en électroniques (ancien poste de radio ou télévision). Jusqu'aux années 90, on utilisait encore des montages faits seulement de ce genre de composants. Aujourd'hui, nous utilisons mais d'une manière partielle des composants de ce type dans des montages faits essentiellement de circuits intégrés. Dans la sous-section plus bas (réalisations), on y voit la fabrication de ce genre de montage qui est encore utilisé par de nombreux amateurs d'électronique.

Micro-électronique :

Comme son nom l'indique la micro-électronique utilise quasi les mêmes composants que l'électronique de base mais à une échelle du micromètre. C'est à dire que les composants sont tellement petits qu'ils sont à peine visible à l'oeil nu, on a par exemple des résistances mesurant à peine 2 millimètres. Ce principe a été fortement développé par les compagnies d'électroniques nippones, et l'industrialisation de masse des articles d'électronique. Cette technologie n'est pas à la portée du grand publique car réservée à l'industrie bien que beaucoup d'amateurs se livrent à des interventions manuellement sur ce genre de circuits. La conception de circuits en micro-électronique diffère de celle de l'électronique de base car perçage nécessaire sur les circuits micro-électroniques, cette technique en français est appelée CMS (pour composants montés en surface).

Nano-électronique :

A l'heure actuelle où ces lignes sont écrites, l'électronique à l'échelle nanométrique est réservée aux domaines scientifiques et fait à peine ses débuts dans l'industrie grand publique (quand on pense à ce fameux IPOD nano d'Apple). La réalisation des circuits nanométrique est quelques peu complexe car elle nécessite un microscope à effet de champ ou à effet tunnel pour travailler des puces à l'échelle de l'atome. Une technologie nécessitant non seulement des connaissances approfondie en physique mais aussi des moyens financiers énormes lorsqu'on veut industrialiser un produit de cette taille-là.

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Les resistances :
Auteur : Kolohama
Date : 21/06/2016
Sources : Aucune, Images, Google
Rôle des résistances :

Comme son nom l'indique, la résistance est un composant qui résiste au courant dans le but de l'affaiblir. L'utilité principale est de pouvoir avoir une valeur de tension précise après que la tension soit passée dans la résistance. Sur l'image en dessous, on peut voir différents types de résistances, il y'en a dans toutes les tailles et pour tous les gabarits.


resistance

* Image de quelques résistances.


Mesurer la valeur d'une résistance :

Pour mesurer la valeur d'une quelconque résistance, il y'a deux possibilités soit on utilise un Ohmmètre, soit on se réfère au code des couleurs marqué sur chaque résistance. La valeur de la résistance se mesure en Ohm, et en ce qui concerne la première méthode (celle avec le Ohmmètre), elle est donnée dans la section sur le matériel et son utilisation. Dans la partie qui suit, nous allons voir comment décrypter le code de couleur présent sur chaque résistance.

* Code de couleurs :

En ce qui concerne ce fameux code de couleur, à vrai dire il n'y a pas plus simple. On a une liste de couleur qui commence à 0 et se termine à 9, pour bien les retenir la liste des couleurs commence avec la couleur la plus foncée à la couleur la plus claire (du noir au blanc). Progressivement pour chaque couleur est attribué un chiffre, exemple noir = 0; rouge= 2 etc...
Sur la résistance sont dessinées plusieurs bandes de couleurs différentes, on commence toujours par celle où la couleur est comprise dans la table des couleurs car on ne peut commencer par une couleur or ou argent par exemple qui sont les couleur représentative de la tolérance, on y reviendra plus tard. Dans les résistances à 4 bandes (les plus courantes d'ailleurs), la première bande représente le premier chiffre de la valeur de la résistance et la deuxième bande le second chiffre. Tandis que la troisième bande représente le multiplicateur des deux précédents chiffres, généralement c'est toujours une valeur comprise entre 1 et 10000000. Par exemple si j'ai une résistance à 4 bandes qui commence par une bande rouge, violet puis orange, alors cela nous fait rouge = 2; violet = 7; puis orange = x 1000, donc 27 x 1000 = 27000 Ohm ou 27 KOhm.

* Valeur de Résistances disponibles :

Quand il s'agit de résistances, malheureusement les valeurs précises que l'on souhaite avoir ne sont pas toujours disponibles. Pour remédier à ce problème, on utilise des assemblages de résistances différentes par leur valeur. Dans le tableau en dessous à droite, on peut voir l'ensemble des valeurs de résistances existantes. Pour obtenir une valeur précise, il faut comme dit précédemment combiner plusieurs valeurs.

tableau_resistance

* Code des couleurs de résistances.

tableau_resistance_2

* Valeurs des résistances existantes.


Composition de différentes résistances :

Les résistances pour circuits électroniques traditionnels, se composent généralement de céramique enveloppée d'une couche de Carbonne.

Tolérance d'une résistance :

Pour la dernière bande, celle de la tolérance, elle représente l'écart de la valeur maximum que garanti le constructeur, par exemple une résistance de 1000 Ohm avec une tolérance de 10% à une valeur comprise entre 900 Ohm et 1100 Ohm. Normalement, il n'y a que quatre couleurs représentant la tolérance, à savoir le marron, le rouge, couleur or et argent. Pour une meilleure description de ce qui a été dit, veuillez-vous en référer au tableau au-dessus à gauche.

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Les condensateurs :
Auteur : Kolohama
Date : 23/06/2016
Sources : Principes d'électronique (Malvino), Images, Google, Proteus
Rôle des condensateurs :

Les condensateurs ont plusieurs rôles dont le découplage, la liaison, le filtrage et par moment maintenir la charge dans certains appareils en faisant office de batterie interne. On parle de condensateurs de liaison, lorsque le condensateur en question dans un circuit quelconque (surtout dans un étage à amplificateur) est confronter à deux types de signaux différents et que ce dernier laisse passer la composante alternative et bloque le courant continu. le condensateur dit de découplage est similaire à son homologue de liaison car il bloque aussi le courant continu et laisse passer le courant alternatif. A une exception près, le condensateur de découplage est utilisé pour créer une masse alternative dans un étage à amplificateur (c'est à dire qu'il est directement relié à la masse). Pour le filtrage on utilise aussi des condensateurs couplé des bobines pour avoir une tension d'une fréquence précise lorsque la fréquence du courant est différente de celle que l'on souhaite.


condensateur

* Image de quelques condensateurs.


Mesurer la valeur d'une capacitance :

Pour mesurer la capacitance de plusieurs condensateurs, il faut soit les additionner soit multiplier leur valeurs et diviser le nombre 1 par la somme des fractions inversées. Ce n'est pas très différent de la manière de calculer la valeur de plusieurs résistances sauf que comme vous allez le voir, la manière de procéder est quelque peu inversée.

* Condensateurs en série :

Comme dit plutôt la manière de procéder est à l'inverse des résistances, c'est à dire lorsqu'on a des condensateurs en séries, il ne faut pas additionner la somme de leur valeur. Mais diviser le chiffre 1 par la somme des fractions de la valeur de chaque condensateur divisant le chiffre 1.

* Condensateurs en parallèles :

Afin de mesurer la capacitance totale de plusieurs condensateurs en parallèles, il suffit des les additionner. Par exemple C1 + C2 + C3 + ... + Cn. Les deux exemples plus bas, seront plus éloquents que ces deux derniers paragraphes.

con_serie

* Condensateurs en séries.

con_parallele

* Condensateurs en parallèles.


Structure de base d'un condensateur :

Mis à part les condensateurs électrolytiques (chimiques) ou au tental, en règle générale un condensateur est toujours conçu de la même façon. Il faut tout simplement deux plaques de fer et un diélectrique au milieu, généralement un isolant. Les plaques de fer sont reliées à des fils et comme nous allons le voir dans les sections qui suivent le diélectrique peut être de la céramique, du plastique ou voir même du vide (de l'aire). Pour certains condensateurs, les plaques de fer sont enroulées avec du papier par exemple ou un film plastique comme sur l'image en bas à droite. Le principe de fonctionnement est très simple, lorsque le courant traverse la plaque positive du condensateur, le diélectrique est chargé d'électrons, bien sûre quand le condensateur atteint sa capacité de charge maximum, il se décharge par la plaque négative du condensateur.

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* Structure de base d'un condensateur.

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* Réalisation de condensateur cylindrique.


Présentation de différents types de condensateurs :

Il existe différents types de condensateurs, mais ils différent tous par le diélectrique à l'intérieur. Vous trouverez en dessous une petite liste des différents diélectriques utilisés pour vous faire une idée sur la composition de certains condensateurs. Cette liste n'est bien entendu pas complète car ça reste un aperçu seulement.

  • Condensateur Céramique.
  • Condensateur électrolytique.
  • Condensateur au tental.
  • Condensateur papier.
  • Condensateur à vide.
  • Condensateur en plastique.

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Les diodes :
Auteur : Kolohama
Date : 24/06/2016
Sources : Principes d'électronique (Malvino), Images, Google
Rôle des diodes :

Le rôle principal des diodes est l'écrêtage, l'écrêtage est utile lorsque l'on a une tension alternative et que l'on veut transformer cette dernière en tension continue. L'écrêtage veut dire que l'on coupe la crête de la sinusoïde en utilisant une diode. On peut couper soit la partie positive, soit la partie négative, soit les deux grâce à un pont de diodes. Les autres applications de la diode sont plus nombreuses que cela, certains les utilisent comme limiteurs ou multiplicateurs de tension. Il ne faut pas oublier qu'il existe une multitude de types de diodes, on pense à diodes électroluminescentes (LED) qui servent uniquement à éclairer ou encore les diodes Zener ou Schottky.


diodes

* Image de quelques diodes.


Composition d'une diode :

Une diode normale est fabriquée à partir de silicium ou de germanium comme tout semi-conducteur qui se respecte. Elle possède une anode et une cathode, son symbole est représenté en bas à gauche. la diode possède deux régions une de type N et une autre de type P, on distingue ses deux jonctions par le fait qu'elles sont comme on les appellent "Dopées". Dans un atome de Silicium par exemple, il y'a 4 électrons de valence. Pour donner une meilleur conductivité, on utilise le dopage en créant des trous dans la bande de valence du silicium.

* Dopage :

Le dopage consiste à ajouter des impuretés dans le silicium ou le germanium afin d'augmenter sa conductivité. On a parlé des deux parties de la diode (type N et P), c'est effectivement là que le dopage intervient car les deux parties ne sont pas dopées de la même façon. Pour la partie N, on augmente plutôt les électrons en ajoutant des atomes à 5 électrons de valence tels que l'Arsenic, le phosphore et l'antimoine. Tandis que pour la partie P, on augmente le nombre de trous capables d'accueillir les électrons de la région voisine lorsque le courant traverse la diode. Pour ça on ajoute des atomes d'impureté trivalent (3 électrons dans la bande de valence) tels que l'aluminium, le bore ou le gallium.

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* Structure et symbole d'une diode.

diode_struc_2

* Région P et région N d'une diode.


Mesure de la sortie d'une diode :

Quand une diode est polarisée dans un sens ou dans un autre, elle laisse passer soit la partie positive, soit la partie négative d'une onde sinusoïdale (alternative). Comme sur les deux images en dessous, la diode coupe soit la partie positive soit la partie négative tout dépend de la polarisation de la diode. Mais ce n'est pas tout à fait ce qu'on croit car la valeur moyenne de la partie écrêtée n'est 0, mais la valeur de la tension de crête de sortie divisée par le nombre Pi, voici les formules pour calculer la valeur moyenne :

* Valeur de la tension crête de sortie :

Vcrête(sor) = Vcrête(ent) - 0,7 V

* Valeur moyenne de la sortie :

VMOY = Vcrête(sor) / π

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* Tension écrêtée grâce à une diode.

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* Valeur moyenne de la tension écrêtée.


Types de diodes :

Dans l'introduction, nous avons parlé de plusieurs types de diodes, bien évidemment, il y'en a pas mal, vous trouverez en bas une petite liste énumérant quelques-unes d'entre :

  • Diode au Cilicium normale.
  • Diode Zener.
  • Diode électroluminescente.
  • Photodiode.
  • Optocoupleur.
  • Afficheur 7 segments.
  • Diode laser.
  • Diode Schottky.
  • Diode Varicap.
  • Varistors.
  • Diode tunnel.

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Les bobines et inductances :
Auteur : Kolohama
Date : 25/06/2016
Sources : Fondements d'électronique (Floyd), Images, Google, Proteus
Fonction des bobines :

En électronique, les bobines sont utilisées pour le filtrage, les radiofréquences, et par moment pour enlever le bruit dans les circuits électroniques. Il y'a plusieurs types de bobines mais on en parle pas ici car elles font partie du domaine de l'électrotechnique. On pense aux relais, bobines de moteurs, de transformateurs etc...


bobines

* Image de quelques bobines.


Mesurer la valeur d'une inductance :

La valeur de la bobine ou de l'inductance se mesure en Henry, pour en calculer plusieurs dans un même circuit, on utilise le même procédé que les résistance et l'inverse des condensateurs.

* Bobines en série :

Afin de calculer des inductances en série, on les additionne tout simplement, l'exemple en dessous montre la manière de procéder.

* Bobines en parallèles :

Pour les inductances en parallèles, il suffit d'utiliser la même méthode que les résistances en parallèles, c'est à dire diviser le chiffre 1 par la somme des fractions du chiffre 1 divisé par la valeur de chaque inductance.


induc_serie

* Inductances en séries.

induc_parallele

* Inductances en parallèles.


Type de bobines :

La liste des différents types de bobines est représentée en dessous, bien sûr elle ne comporte que celles utilisée en électronique.

  • Bobines fixes.
  • Bobines variables.
  • bobines à noyau d'air.
  • Bobines à noyau de fer.
  • Bobines à noyau de ferrite.

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Les Transistors :
Auteur : Kolohama
Date : 27/06/2016
Sources : Principes d'électroniques (Malvino), Images, Google, Proteus
Rôle du transistor :

Il ne faut pas chercher plus loin, bien que le transistor reste l'un des composants les plus complexe de l'électronique, il ne sert principalement qu'à deux choses l'amplification des signaux et la commutation. Le terme en dit long sur lui-même quand on parle d'amplification, car il est à l'origine de la plupart des amplificateurs traditionnels. Lorsqu'on a un signal (alternatif par exemple) de faible amplitude, ce signal peut être combiné à un autre signal continu de plus forte valeur pour augmenter l'intensité du signal alternatif, d'où les trois pattes du transistor. Il peut être monté de plusieurs façons différentes, mais cela dépend de la nature du transistor. Comme on le voit un peu plus bas, il y'a différents types de transistors et les étages à amplificateurs sont vus dans la section sur les circuits de bases.
Pour ce qui est de la commutation, elle est exclusivement réservée au domaine du numérique, puisqu'il s'agit de mettre le transistors sur une des deux positions différentes, soit le bas (0), soit le haut (1).


transistors

* Image de quelques transistors.


Schéma du contenu d'un transistor :

* Les différentes parties du transistor (base, émetteur, collecteur) :

Le transistor possède trois régions dopées, celle du bas est appelée l'émetteur, celle du milieu est la base et celle du sommet le collecteur. Le transistor peut être NPN car il y'a une région P entre deux régions N ou inversement PNP. Le transistor a deux jonctions, une entre l'émetteur et la base, l'autre entre le collecteur et la base. Par conséquent, le transistor est semblable à deux diodes tête-bêche. Sur l'image en bas à droite est représenté un schéma, la diode du bas est appelée diode émetteur-base ou plus simplement diode émetteur, la diode du haut est appelée diode collecteur-base ou diode collecteur.


part_trans

* Schéma du transistor bipolaire.

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* Transistors, comparaison avec diodes.


* Transistor à jonction NPN :

Comme sur l'image en dessous à gauche, le transistor NPN se compose de deux régions N séparées par une région P. Pour le fonctionnement de ce genre de transistor, il suffit d'appliquer une tension positive minime à la base pour le voir fonctionner et voire la tension passer du collecteur à l'émetteur. On peut constater d'ailleurs sur son symbole que la fléche de l'émetteur se dirige vers l'extérieur.

* Transistor à jonction PNP :

Sur l'image de droite en dessous, on peut voir le schéma d'un transistor PNP, son fonctionnement diffère du NPN par le fait qu'il contienne deux régions P et une région N au milieu. Le fonctionnement du PNP est aussi différent car pour faire passer le courant de l'émetteur au collecteur, il faut appliquer une tension minimum négative à la base pour voir le transistor fonctionner. Sur le symbole du PNP, on peut constater que la fléche du sens conventionnel du courant se situe dans l'émetteur et va vers la base.


npn

* Transistor de type NPN.

pnp

* Transistor de type PNP.


Autres types de transistors :

* Transistor JFET :

Dans un transistor JFET pour juction field effect transistor, le nom des broches est différent par rapport à un transistor bipolaire. Le collecteur est appelé drain, la base est appelée grille, et l'émetteur est appelée source. La tension d'alimentation entraîne les électrons de la source vers le drain. Pour faire fonctionner ce type de transistor, il faut que l'alimentation du drain soit positive et que la tension sur la grille soit négative.


jfet

* Transistor de type JFET.

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Les Amplificateurs operationnels :
Auteur : Kolohama
Date : 30/06/2016
Sources : Principes d'électroniques (Malvino), Images, Google, Proteus

Bien que quelques amplificateurs opérationnels haute puissance existent, les amplis op sont en grande majorité des composants de faible puissance, fonctionnant dans la gamme du Watt. Certains sont optimisés pour la bande passante, d'autres pour les faibles décalages d'entrée, d'autres encore pour le faible bruit, etc. Il est possible de trouver des amplis op adaptés à la quasi-totalité des applications analogiques. L'ampli op est le composant actif le plus important dans les systèmes analogiques. Par exemple en connectant deux résistances externes, on ajuste le gain en tension et la largeur de la bande passante à la valeur exacte souhaitée. Avec d'autres composants extérieurs, il est possible de fabriquer des convertisseurs, des oscillateurs, des filtres actifs et d'autres montages intéressants.

Composition d'un ampli OP :

D'un ampli op à l'autre, la composition du circuit intégré est différente à chaque fois car tout ampli op est l'assemblage de plusieurs transistors, résistances, diodes et condensateurs, disposées sur une unique et même puce.

Méthode d'utilisation des ampli OP :

* L'amplificateur sommateur :

L'amplificateur sommateur possède deux entrées au minimum et sa tension de sortie est proportionnelle à la somme algébrique négative des tensions à l'entrée.

* Le comparateur :

Le comparateur est un type d'amplificateur opérationnel utilisé pour comparer l'amplitude d'une tension à une autre. Dans une application du comparateur, l'ampli-op est utilisé dans une configuration à boucle ouverte, avec la tension incidente à une entrée et une tension de référence à l'autre.

* Intégrateur et différentiateur :

Un intégrateur à ampli-op simule l'intégration mathématique, procédé fondamental d'addition déterminant l'aire totale sous la courbe d'une fonction. Un différentiateur à ampli op simule la différentiation mathématique, soit le procédé qui détermine le taux instantané de variation d'une fonction.

* Oscillateurs :

Un oscillateur à ampli op produit comme tous les autres ascillateurs une forme d'onde répétitive à sa sortie avec seulement une tension d'alimentation c.c à l'entrée. La tension de sortie peut être sinusoïdale ou non selon le type d'oscillateur.

* Filtres actifs :

les filtres actifs à ampli op sont des circuits qui favorisent le passage d'une telle ou telle fréquence. Pour les filtres actifs, il existe des filtres passe-bas, passe-haut ou passe-bande selon le type du filtre. on dit actif pour cause d'utilisation d'un ampli-op ou plus précisément pour l'emploi d'un élément de gain.

* Régulateurs de tension :

Dans certains cas, l'ampli op eut être utilisé pour réguler la tension, comme à la sorte d'un pont de redressement.

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