Apprendre l Electronique en Partant de Zero - Niveau 1

297 Pages·2002·36.15 MB·French

Apprendre
l’électronique
en partant de zéro
Niveau 1

Ce pictogramme mérite une explica- des achats de livres et de revues,
tion. Son objet est d’alerter le lec- au point que la possibilité même,
teur sur la menace que représente pour les auteurs, de créer des
pour l’avenir de l’écrit, particulière- œuvres nouvelles et de les faire
ment dans le domaine de l’édition éditer correctement est aujourd’hui
technique et universitaire, le dévelop- menacée.
pement massif du photocopillage. Nous rappelons donc que toute
Le Code de la propriété intellec- reproduction, partielle ou totale, de
tuelle du 1er juillet 1992 interdit en la présente publication est interdite
effet expressément la photocopie sans autorisation écrite de l’auteur
à usage collectif sans autorisation ou de ses ayants droit ou ayants
des ayants droit. Or, cette pratique cause. Déroger à cette autorisation
s’est généralisée dans les éta- constituerait donc une contrefaçon
blissements d’enseignement supé- sanctionnée par les articles425 et
rieur, provoquant une baisse brutale suivants du Code pénal.
La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part,
que les «copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées
à une utilisation collective», et, d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but
d’exemple et d’illustration, «toute reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement
de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite» (alinéa 1er de l’article 40).Cette
représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon
sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal.
Apprendre
l’électronique
en partant de zéro
Niveau 1
Cet ouvrage est une compilation
du Cours d’Électronique en Partant de Zéro
parus dans les numéros 1 à 28 de la revue
ELECTRONIQUE et Loisirs magazine.

1
LE COURS
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eenn ppaarrttaanntt ddee zzéérroo
Dispenser, dans une revue, un cours d’électronique est toujours une gageure.
En guise d’introduction
D’abord, si l’on ne veut faire aucune impasse, il faut du temps. Du temps, cela
Si vous considérez qu’il n’est pos-
signifie aussi de nombreux mois de publication.
sible d’apprendre l’électronique qu’en
fréquentant un Lycée Technique, vous Ensuite, il faut que le cours soit simple mais précis, efficace mais sans
découvrirez en suivant ce cours qu’il complexité.
est aussi possible de l’apprendre
Le cours que nous vous proposons à partir de ce numéro1 d’ELECTRONIQUE
chez soi, à n’importe quel âge, car
c’est très loin d’être aussi difficile et Loisirs magazine est certainement le meilleur qu’il nous ait été donné de
que beaucoup le prétendent encore. voir depuis que nous nous sommes découvert une passion pour l’électronique,
Tout d’abord, nous parlerons des c’est-à-dire depuis 38 ans! Son auteur, Giuseppe MONTUSCHI est un autodi-
concepts de base de l’électricité, dacte. A plus de 70 ans, chaque mois, sur son ordinateur, il écrit lui-même la
puis nous apprendrons à reconnaître
plupart des articles qui sont publiés dans la revue NUOVA ELETTRONICA qu’il
tous les composants électroniques,
édite depuis plus de 30 ans. Nous tenons à le remercier de nous avoir confié
à déchiffrer les symboles utilisés
ce cours et donné l’autorisation de le publier pour vous. Nous sommes convain-
dans les schémas électriques, et
avec des exercices pratiques simples cus qu’un jour prochain, grâce à lui, vous réaliserez votre rêve, faire de l’élec-
et amusants, nous vous ferons en- tronique votre passion.
trer dans le monde fascinant de
J.P.
l’électronique.
Nous sommes certains que ce cours
sera très apprécié des jeunes auto-
Le courant électrique
didactes, des étudiants ainsi que des Les électrons négatifs sont maintenus
enseignants, qui découvriront que Chaque jour, nous profitons des bien- en orbite par les protons positifs com-
l’électronique peut aussi s’expliquer faits du courant électrique. Le secteur me le montre la figure2.
de façon compréhensible, avec un 220 volts fournit le courant nécessai- Chaque atome, selon l’élément auquel
langage plus simple que celui utilisé re pour allumer les lampes de la mai- il appartient, possède un nombre bien
dans les livres scolaires. son, faire fonctionner le réfrigérateur, défini de protons et d’électrons.
la télévision ou l’ordinateur. Les piles Par exemple, l’atome d’hydrogène pos-
En suivant nos indications, vous au-
nous fournissent le courant nécessai- sède un seul proton et un seul électron
rez la grande satisfaction de consta-
re pour écouter notre baladeur ou pour
ter que, même en partant de zéro,
téléphoner avec notre portable.
vous réussirez à monter des amplifi-
Le courant électrique ne s’obtient qu’en
cateurs hi-fi, des alimentations sta-
mettant en mouvement les électrons.
bilisés, des horloges digitales, des
Pour comprendre ce phénomène il faut
instruments de mesure mais aussi
nécessairement parler de l’atome.
des émetteurs qui fonctionneront par-
faitement, comme s’ils avaient été
L’atome, pour celui qui l’ignorerait en-
montés par des techniciens profes-
core, est constitué d’un noyau consti-
sionnels. tué de protons (de charge positive) et
Aux jeunes et aux moins jeunes qui de neutrons (de charge neutre). Autour
démarrent à zéro, nous souhaitons de ce noyau tournent, à la vitesse de
que l’électronique devienne, dans un la lumière (c’est-à-dire à 300000 km
futur proche, leur principale activité, par seconde) des électrons (de charge
notre objectif étant de faire de vous négative). La figure1 est explicite.
de vrais experts sans trop vous en- On pourrait comparer l’atome à un sys-
nuyer, mais au contraire, en vous di- tème planétaire miniaturisé avec au Fig.1: L’atome est constitué d’un
vertissant. centre le soleil (noyau de protons) et noyau central de charge positive et
autour de nombreuses planètes (élec- d’électrons de charge négative qui
Giuseppe MONTUSCHI sont en orbite autour de lui.
trons) qui seraient en orbite.
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ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique – Premier niveau
LE COURS
électrons libres car on réussit sans dif-
ficulté à les soustraire à leurs orbites
pour les insérer dans un autre atome.
Ce déplacement d’électrons d’un ato-
me à un autre peut s’obtenir avec un
mouvement mécanique (dynamo - al-
ternateur) ou avec une réaction chi-
mique (piles - accumulateurs).
Si on retire des électrons à un atome,
celui-ci prend une polarité positive, car
le nombre de protons devient plus im-
portant que le nombre d’électrons (voir
figure7).
Fig.2: Les électrons sont Si on introduit des électrons libres dans
maintenus en orbite par le noyau. un atome, celui-ci prend une polarité
Les électrons les plus éloignés négative car le nombre d’électrons de- Fig.9: Deux atomes de charge
peuvent facilement se soustraire à positive ou de charge négative se
vient plus important que le nombre de
leur noyau. repoussent tandis que deux atomes
protons (voir figure8). de charge opposée s’attirent.
Deux bornes dépassent toujours d’une
(figure3). L’atome de bore possède 5 pile, l’une marquée d’un signe positif
protons et 5 électrons (figure4), l’ato- (excès de protons) et l’autre marquée
me de cuivre possède 29 protons et d’un signe négatif (excès d’électrons).
29 électrons, tandis que l’atome d’ar- Si on relie ces deux bornes avec un fil
gent possède 47 protons et 47 élec- conducteur (par exemple le cuivre), les
trons. électrons seront attirés par les protons
Plus le nombre d’électrons présents et ce mouvement d’électrons génére-
dans un atome est grand, plus le ra un courant électrique (voir figure10)
nombre d’orbites qui tournent autour qui ne cessera que lorsqu’un parfait
de son noyau est important. équilibre entre protons et électrons se
Les électrons qui tournent très près du sera rétabli dans les atomes.
noyau sont appelés électrons liés car Nombreux sont ceux qui considèrent
ils sont difficiles à arracher de leur or- que le flux du courant électrique va du
bite. positif vers le négatif. 4,5 V
Les électrons qui tournent dans les or- Au contraire, le flux du courant élec-
bites les plus éloignées sont appelés trique va toujours du négatif vers le
Fig.10: Les électrons sont attirés
par les protons donc le flux du
courant électrique va du négatif vers
le positif.
positif car ce sont les protons qui atti-
rent les électrons pour équilibrer leurs
atomes et non l’inverse.
Pour comprendre le mouvement de ce
flux d’électrons, on peut se servir de
deux éléments très connus : l’eau et
l’air.
On peut associer les électrons néga-
Fig.3: L’atome Fig.4: L’atome de bore Fig.5: L’atome de tifs à l’eau et les protons positifs à l’air.
d’hydrogène a 1 a 5 protons et 5 sodium a 11 protons et
Si on prend deux récipients pleins d’air
proton et 1 électron. électrons. 11 électrons.
(charge positive) et si on les relie entre
eux avec un tube, il n’y aura aucun flux
car dans chacun de ces récipients il
manquera l’élément opposé, c’est-à-
dire l’eau (voir figure11).
Même si on relie entre-eux deux réci-
pients pleins d’eau (charge négative),
il n’y aura aucun flux dans le tube car
il n’existe pas de déséquilibre eau/air
(voir figure12).
Si, par contre, on relie un récipient plein
d’air (polarité positive) à un autre plein
Fig.6: Lorsque le Fig.7: Si on retire à un Fig.8: Si on ajoute à un d’eau (polarité négative), on obtiendra
nombre d’électrons atome des électrons, il atome des électrons, il un flux d’eau du récipient plein vers le
est égal au nombre devient une charge devient une charge vide (voir figure13) qui ne cessera que
de protons, la charge électrique positive. électrique négative. lorsque les deux récipients auront at-
est neutre.
teint le même niveau (voir figure14).
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ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique – Premier niveau
LE COURS
Le mouvement des électrons peut être fois que chaque atome aura équilibré En alimentant une ampoule avec une
utilisé pour produire de la chaleur en ses protons avec les électrons man- tension continue fournie par une pile
les faisant passer à travers une résis- quants, il n’y aura plus aucun courant ou un accumulateur (voir figure19), on
tance (radiateurs électriques, fer à sou- électrique. aura un fil de polarité négative et un fil
der, etc.), pour produire de la lumière de polarité positive. Les électrons cir-
en le faisant passer à travers le fila- culeront donc toujours dans une seu-
LA TENSION
ment d’une ampoule ou encore, pour le direction, c’est-à-dire, du pôle négatif
unité de mesure VOLT
réaliser des électro-aimants en le fai- vers le pôle positif avec une tension
sant passer dans une bobine enroulée N’importe quelle pile a une électrode constante.
sur un morceau de fer (relais, télérup- positive et une électrode négative car
teurs). à l’intérieur de son corps il existe un
déséquilibre d’électrons.
Pour conclure, on peut affirmer que le Ce déséquilibre de charges positives
courant électrique est un mouvement et négatives génère une tension qui se
d’électrons attirés par des protons. Une mesure en volt. 1,5 V.
Une pile de 9 volts a un déséquilibre
d’électrons 6 fois plus important
qu’une pile de 1,5 volt, en effet, en
multipliant 1,5 x 6 on obtient 9 volts
1,5 V. 1,5 V.
(voir figures15 et16).
Une pile de 12 volts aura un déséqui-
libre d’électrons 8 fois plus important
qu’une pile de 1,5 volt.
Pour vous expliquer l’importance de
Fig.11: Si on compare l’air à une cette différence, nous utiliserons en- Fig.15: Une pile de 3 volts a un
«charge positive» et l’eau à une core les éléments eau - air. déséquilibre d’électrons double par
«charge négative», en reliant entre Une pile de 1,5 volt peut être compa- rapport à une pile de 1,5 volt.
eux deux récipients pleins d’air, il rée à deux récipients peu profonds :
n’y aura aucun flux. l’un plein d’eau (négatif) et l’autre plein
d’air (positif).
Si on les relie entre eux, on aura un
flux d’eau très modeste parce que la
différence de potentiel s’avère toute 1,5 V
aussi réduite (voir figure13).
Une pile de 9 volts est comparable à
un récipient dont la profondeur s’avè-
re être 6 fois plus grande que celle du
Fig.12: De même que, si on relie récipient de 1,5 volt, par conséquent, 1,5 V
deux récipients pleins d’eau entre si l’on relie entre eux le récipient né-
eux, il n’y aura aucun flux parce qu’il gatif et le récipient positif on aura un
n’existe pas de déséquilibre entre la flux d’eau supérieur en raison d’une
charge positive et la charge négative.
différence de potentiel plus impor-
tante.
1,5 V
Comme pour les mesures de poids, qui
peuvent être exprimées en kilogrammes
- quintaux - tonnes et en hectogrammes
- grammes - milligrammes, l’unité de
1,5 V 1,5 V
mesure volt peut aussi être exprimée
avec ses multiples appelés:
Fig.13: En reliant entre eux un -kilovolt
récipient plein d’eau et un plein -mégavolt
d’air, on obtiendra un flux d’eau de ou bien alors avec ses sous-multiples
ce récipient vers l’autre, car il existe appelés: 1,5 V 1,5 V
un déséquilibre.
-millivolt
-microvolt
-nanovolt
Vous avez probablement souvent en-
1,5 V 1,5 V
tendu parler de tensions continues et
de tensions alternatives, mais avant
de vous expliquer ce qui les différen-
cie l’une de l’autre, il faut savoir que:
Fig.14: Le flux d’eau cessera - la tension continue est fournie par: Fig.16: Une pile de 9 volts a un
lorsqu’on aura atteint un parfait des piles - des accumulateurs - des cel- déséquilibre d’électrons «six» fois
équilibre eau/air. Une pile est lules solaires plus grand qu’une pile de 1,5 volt et
déchargée quand les électrons sont - la tension alternative est fournie par: «deux» fois plus grand qu’une pile
au même nombre que les protons. de 4,5 volts.
des alternateurs - des transformateurs
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ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique – Premier niveau
LE COURS
Les mesures de tension les plus utilisées Une fois de plus, nous allons vous ex-
dans le domaine de l'électronique sont : pliquer la différence qui existe entre
0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 une tension «continue» et une tension
VOLTS mV « alternative », avec un exemple hy-
kV = kilovolt draulique et pour ce faire, nous utili-
V = volt serons nos récipients, l’un plein d’eau
mV = millivolt (pôle négatif) et l’autre plein d’air (pôle
µV = microvolt positif).
Dans le tableau 1 nous reportons les facteurs
de division et de multiplication pour convertir
Pour simuler la tension continue on re-
une tension en ses multiples et sous-multiples :
lie les deux récipients comme sur la fi-
gure21.
TABLEAU 1 CONVERSION VOLT
L’eau s’écoulera vers le récipient vide,
volt x 1 000 = kilovolt
volt : 1 000 = millivolt et lorsqu’elle aura atteint le même ni-
volt : 1 000 000= microvolt veau dans les deux récipients, le dé-
millivolt x 1 000 = volt placement de l’eau cessera.
millivolt : 1 000 = microvolt De la même façon, dans une pile ou
microvolt x 1 000 = millivolt dans un accumulateur, les électrons
microvolt x 1 000 000= volt
négatifs en excès afflueront toujours
vers le pôle positif, et lorsque sera at-
teint un parfait équilibre entre les
En alimentant une ampoule avec une Cela signifie que la valeur d’une ten- charges positives et les charges né-
tension alternative de 12 volts, fournie sion alternative commence à une va- gatives, ce flux cessera.
par un alternateur ou un transforma- leur de 0 volt pour augmenter pro- Une fois que cet équilibre est atteint,
teur (voir figure 20), ce n’est plus un gressivement à 1, 2, 3, etc. volts il n’y a plus de déplacement d’élec-
fil négatif et un fil positif que nous au- positifs jusqu’à atteindre son maximum trons, la pile ne réussissant plus à four-
rons mais alternativement l’un ou positif de 12 volts, puis elle commen- nir de courant électrique. Elle est alors
l’autre car la polarité changera conti- ce à redescendre à 11, 10, 9, etc. volts considérée comme déchargée.
nuellement. Cela revient à dire que, positifs jusqu’à revenir à la valeur ini- Quand une pile est déchargée on la jet-
successivement (alternativement) cir- tiale de 0 volt. te (pas n’importe où mais dans les ré-
culera dans chaque fil une tension né- cipients prévus à cet effet!), à la dif-
gative qui deviendra positive pour re- A ce point, sa polarité s’inverse et, tou- férence d’un accumulateur qui, lorsqu’il
devenir négative, puis à nouveau jours de façon progressive, augmente est déchargé, peut être rechargé en
positive, etc. Donc, les électrons cir- à 1, 2, 3, etc. volts négatifs jusqu’à at- étant relié à un générateur de tension
culeront tantôt dans un sens, tantôt teindre son maximum négatif de 12
dans le sens opposé. L’inversion de volts, puis elle commence à redes-
polarité sur les deux fils n’intervient cendre à 11, 10, 9, etc. volts négatifs,
pas brusquement — c’est-à-dire qu’il jusqu’à retourner à la valeur de départ
n’y a pas une inversion soudaine de de 0 volt (voir figure26).
polarité de 12 volts positifs à 12 volts
négatifs ou vice-versa — mais de fa- Ce cycle du positif au négatif se répè-
çon progressive. te à l’infini.
4,5 V
Fig.19: En tension «continue» on
aura toujours un fil de polarité
négative et un de polarité positive.
4,5 V.
Fig.17: TENSIONS CONTINUES - On prélève la tension «continue» des
batteries rechargeables, des piles et des cellules solaires.
Fig.20: En tension «alternative»
les deux fils n’ont pas de polarité,
PRISE 220 V
parce qu’alternativement, les
Fig.18: TENSIONS ALTERNATIVES - On prélève la tension «alternative» des électrons vont dans un sens puis
alternateurs, des transformateurs et du secteur 220 volts. dans le sens opposé.
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ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique – Premier niveau
LE COURS
externe, qui se chargera de créer à nou- d’abord dans un sens, puis dans le
veau le déséquilibre initial entre élec- sens opposé.
trons et protons.
Pour simuler la tension alternative, on
utilise toujours les deux récipients, que LA FREQUENCE
l’on place, cette fois, sur un plan en
unité de mesure
bascule (voir figure22).
le HERTZ
Une main invisible placera celui plein
Fig.21: En tension «continue»
d’eau (polarité négative) en position Dans la figure26 nous montrons le gra-
l’eau s’écoule vers le récipient plein
d’air jusqu’à ce que s’opère un surélevée par rapport à l’autre qui est phique d’une période de la tension al-
parfait équilibre entre les deux vide (polarité positive). ternative qui, comme vous pouvez le
éléments. Tout d’abord, l’eau s’écoulera vers le voir, représente une sinusoïde compo-
récipient vide et lorsque le flux cesse- sée d’une alternance positive et d’une
ra, on aura le récipient de gauche vide alternance négative.
(polarité positive), et celui de droite
plein d’eau (polarité négative). On appelle fréquence, le nombre des
A ce point, la « main invisible » soulè- sinusoïdes qui se répètent en l’espa-
vera le récipient de droite en faisant ce d’une seconde. On l’exprime avec
écouler l’eau dans le sens inverse jus- le symbole Hz, qui signifie Hertz.
qu’à remplir le récipient de gauche, et Si vous observez l’étiquette qui figure
une fois qu’il se sera rempli, cette sur le compteur de votre habitation,
même main le soulèvera encore pour vous y trouverez l’indication 50Hz.
inverser à nouveau le flux de l’eau (voir Ce nombre sert à indiquer que la ten-
figure25). sion que nous utilisons pour allumer
De cette façon, l’eau s’écoulera dans nos lampes change de polarité 50 fois
Fig.22: En tension «alternative»
le tube reliant les deux récipients, en 1 seconde.
l’eau s’écoule vers le récipient vide.
Les mesures de fréquence les plus utilisées
dans le domaine de l'électronique sont :
Hz = hertz
kHz = kilohertz
Dans le tableau 2 nous reportons les facteurs
MHz= mégahertz
de division et de multiplication pour convertir
GHz= gigahertz
une fréquence en ses multiples et sous-multiples :
Fig.23: Quand celui-ci s’est rempli,
TABLEAU 2 CONVERSION HERTZ
il devient de polarité opposée,
hertz x 1 000 = kilohertz
c’est-à-dire négative.
hertz x 1 000 000= mégahertz
kilohertz x 1 000 = mégahertz
kilohertz x 1 000 000= gigahertz
mégahertz x 1 000 = gigahertz
kilohertz : 1 000 = hertz
mégahertz : 1 000 = kilohertz
mégahertz : 1 000 000= hertz
gigahertz : 1 000 = mégahertz
gigahertz : 1 000 000= kilohertz
Fig.24: A ce point, le récipient plein
se lève et l’eau s’écoule en sens
inverse.
1 seconde
CC = tension
VOLT
MAX continue
AC = tension
ALTERNANCE
POSITIVE alternative
0 VOLT
ALTERNANCE
NEGATIVE
VOLT
MAX
FFiigg..2255:: QQuuaanndd llee rréécciippiieenntt ddee
ggaauucchhee eesstt pplleeiinn,, iill ssee llèèvvee ppoouurr Fig.26: On appelle «fréquence» le nombre des sinusoïdes qui se répètent en
iinnvveerrsseerr llee fflluuxx.. «1 seconde». La fréquence se mesure en Hertz.
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ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique – Premier niveau