elec:quelques_rappels_theoriques
Différences
Ci-dessous, les différences entre deux révisions de la page.
Les deux révisions précédentesRévision précédente | |||
elec:quelques_rappels_theoriques [2014/10/15 21:47] – [Résumé des unités] arnaudr | elec:quelques_rappels_theoriques [2024/04/16 22:19] (Version actuelle) – modification externe 127.0.0.1 | ||
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+ | ====== Quelques rappels théoriques ====== | ||
+ | |||
+ | ===== Au programme ===== | ||
+ | Jérôme a fait une initiation à l' | ||
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+ | Steven a posté sur google doc ses notes sur cette session [[http:// | ||
+ | |||
+ | ===== Principes de base ===== | ||
+ | |||
+ | Les deux notions fondamentales sont le courant et la tension, elles peuvent être facilement comprises en prenant l' | ||
+ | |||
+ | ==== La tension ==== | ||
+ | La tension est une différence de potentiel entre deux points du circuit, ce qui n'est pas très parlant. En prenant l' | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Ici la différence de niveau est de 7 mètres. Dans un circuit électronique, | ||
+ | |||
+ | ==== Le courant ==== | ||
+ | Le courant est la quantité d' | ||
+ | Le symbol du courant est I. | ||
+ | |||
+ | ==== La puissance ==== | ||
+ | La puissance d'un cours d'eau est liée à son débit et à la pression qu' | ||
+ | La puissance est la quantité d' | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | Formule: P = U x I | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ===== Résistances ===== | ||
+ | |||
+ | La résistance est ce qui s' | ||
+ | La résistance est le composant électronique de base dont la principale caractéristique est d' | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | Formule: U = R x I | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | **Symbole** | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Pour connaitre la valeur ohmique d'une résistance, | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Table du code des couleurs des résistances** | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Pour en savoir plus : [[http:// | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Exemple avec cette résistance : | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Les couleurs sont les suivantes : Jaune, Violet, Rouge, Or. | ||
+ | |||
+ | Et elles se traduisent par : " | ||
+ | |||
+ | Ainsi: 47 * 100 = 4700Ω = 4,7kΩ. | ||
+ | |||
+ | On a donc une résistance de 4,7kΩ de précision 5%. | ||
+ | |||
+ | ** | ||
+ | Valeurs normalisées** | ||
+ | |||
+ | Il n' | ||
+ | |||
+ | Si c' | ||
+ | Il y a des valeurs normalisées de résistances qu'on retrouve dans les séries Exx qui indiquent le nombre de valeurs par décade (ainsi E12 contient 12 valeurs par décade). | ||
+ | |||
+ | Pour en savoir plus : [[http:// | ||
+ | |||
+ | ** | ||
+ | Association de résistance en série** | ||
+ | |||
+ | Lorsque l'on met bout à bout des résistances, | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | Réq = R1 + R2 + … + Rn | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | __Exemple__ | ||
+ | |||
+ | Imaginons que l'on a 2 résistances associées en série : | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Soit une résistance de 4,7kΩ + une résistance de 2,2kΩ. | ||
+ | |||
+ | La valeur de la résistance équivalente sera : 4 700Ω + 2 200Ω = 6 900Ω | ||
+ | On a donc une résistance équivalente à Req = 6,9kΩ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Association de résistance en parallèle** | ||
+ | |||
+ | Lorsque l'on associe plusieurs résistances en parallèle, alors la résistance équivalente se trouve à l'aide de la formule : | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | 1/ | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | La résistance équivalente est toujours inférieure à la plus petite des résistances | ||
+ | |||
+ | __Exemple__ | ||
+ | |||
+ | Imaginons que l'on a les 2 résistances associées en parallèle : | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Soit une résistance de 470Ω et une résistance de 1kΩ. | ||
+ | |||
+ | Alors pour calculer la valeur de la résistance équivalent, | ||
+ | 1/Réq = 1/470 + 1/ | ||
+ | |||
+ | Ce qui peut se simplifier par : | ||
+ | Réq = (1000 x 470) / (1000 + 470) = 320 | ||
+ | |||
+ | La valeur équivalente de l' | ||
+ | Dans le cas où il n'y a que 2 résistances en parallèle, il est possible de simplifier la formule de la résistance équivalente de la façon suivante : | ||
+ | < | ||
+ | Réq = (R1xR2) / (R1+R2) | ||
+ | </ | ||
+ | Dans le choix d'une résistance, | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Potentiomètre | ||
+ | ** | ||
+ | c'est une résistance variable pour ajuster une valeur (ajustement par vis multi-tours) ou pour indiquer une valeur de consigne (à l'aide d'un bouton de commande sur son axe) | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Condensateurs ===== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Diodes ===== | ||
+ | |||
+ | La diode est un autre composant électronique de base : il est facile de combiner du silicium dopé très simplement. | ||
+ | Son fonctionnement simplifié est celui d'un interrupteur commandé par une tension (Vd) qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens. | ||
+ | |||
+ | //(ajouter un dessin sur la structure)// | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Cette propriété lui ouvre un champ d' | ||
+ | - Le redressement du courant alternatif issu du secteur ; | ||
+ | - la régulation de tension à l’aide de diodes Zener, qui ont un comportement de source de tension quasi idéale. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Symboles** | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Diode de signal, d' | ||
+ | |||
+ | __Caractéristique électrique | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Le courant est négligeable pour une tension Vd négative (ceci est vrai jusqu' | ||
+ | |||
+ | Au dessus d'un certain seuil Vo de tension Vd positive, le courant direct croit très rapidement avec Vd. | ||
+ | |||
+ | Le seuil Vo (barrière de potentiel) dépend du semi conducteur intrinsèque de base utilisé. Il est d' | ||
+ | |||
+ | La caractéristique a la forme suivante : | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | //(ajouter applications types)// | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Diode Zéner** | ||
+ | |||
+ | (à compléter) | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Transistors ===== | ||
+ | **Un peu de théorie : l' | ||
+ | ** | ||
+ | |||
+ | Un transistor bipolaire est constitué de trois zones semi-conductrices, | ||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | On a donc un composant à trois électrodes : | ||
+ | * l' | ||
+ | * la base : la zone P intermédiaire | ||
+ | * le collecteur : la deuxième zone N | ||
+ | |||
+ | |||
+ | //Dans le cas d'un transistor bipolaire de type PNP, la structure reste équivalente, | ||
+ | // | ||
+ | |||
+ | En fonctionnement normal du transistor, la jonction base-émetteur est polarisée en direct, elle conduit, la jonction base-collecteur est, elle, polarisée en inverse, elle est bloquée. | ||
+ | |||
+ | La jonction B-E étant polarisée en direct, on a un courant Ib, ce qui se traduit par un déplacement d' | ||
+ | |||
+ | Si les conditions " | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Ils sont porteurs minoritaires pour cette jonction polarisée en inverse et sont accélérés. Ils traversent très facilement la jonction pour arriver dans le collecteur. On obtient ainsi un déplacement d' | ||
+ | |||
+ | **En résumé**: sous l' | ||
+ | Ce courant Ic peut être nettement plus important que le courant de base Ib, c'est l' | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Symboles du transistor bipolaire** | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Le symbole du transistor bipolaire traduit sa structure avec, bien entendu, ses trois électrodes Emetteur, Base, Collecteur et, pour identifier le type, le repère de la jonction base-émetteur par une flèche à l' | ||
+ | |||
+ | Pour le transistor bipolaire de type PNP, complémentaire au type NPN, il en va de même pour son symbole et son comportement. | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | **Courants et tensions dans le transistor** | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Le comportement électrique du transistor est traduit par l' | ||
+ | |||
+ | * **Vbe** : tension base-émetteur | ||
+ | * **Vce** : tension base- collecteur | ||
+ | * **Ib ** : le courant de base | ||
+ | * **Ic ** : le courant collecteur | ||
+ | * **Ie ** : le courant émetteur | ||
+ | * **β ** : amplification de courant du transistor | ||
+ | |||
+ | La loi des nœuds étant respectée, on a toujours : Ie = Ic + Ib. | ||
+ | |||
+ | Par ailleurs l' | ||
+ | **Ic = β*Ib**. | ||
+ | |||
+ | Il s'en suit : Ie = (β + 1)*Ib. | ||
+ | |||
+ | Dans le cas d'un transistor de signal (petite puissance) β est de l' | ||
+ | Cela permet d' | ||
+ | |||
+ | **Caractéristiques idéales** | ||
+ | |||
+ | Deux caractéristiques traduisent le comportement d'un transistor. | ||
+ | La caractéristique Ib = f(Vbe), que l'on peut qualifier de " | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | La jonction base-émetteur a le comportement classique d'une diode: | ||
+ | > Vbe < Vs (la tension de seuil d' | ||
+ | Ib = 0 et Ic = 0. | ||
+ | > Vbe = Vs , la jonction B-E est conductrice Ib > 0 et Ic > 0 , avec Ic = β * Ib. | ||
+ | |||
+ | Ce modèle convient parfaitement en fonctionnement " | ||
+ | Pour la zone collecteur-émetteur la caractéristique traduit la relation fondamentale Ic = β * Ib. Ic reste constant si Vce évolue, on a un générateur de courant (parfait) paramètré (commandé) par Ib, cela défini la zone de fonctionnement linéaire du transistor. | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Pour des tensions Vce faibles, de l' | ||
+ | |||
+ | En première approximation on peut considérer que cette zone de saturation se limite au cas Vce = 0. | ||
+ | |||
+ | **Fonctionnement en commutation** | ||
+ | |||
+ | Utiliser un transistor en commutation consiste à exploiter essentiellement les états bloqué et saturé. | ||
+ | |||
+ | Dans le cas idéal le transistor se comporte comme un interrupteur : | ||
+ | * bloqué : Ic = 0 , Vce est fonction des éléments du montage (Vcc); C'est un interrupteur ouvert. | ||
+ | |||
+ | * saturé : Vce = 0 (ou proche de 0, typiquement 0,2V) , Ic est fonction des éléments du montage ; C'est un interrupteur fermé. | ||
+ | |||
+ | Dans les deux cas P = Vce*Ic = 0 , la puissance dissipée par le transistor est pratiquement négligeable, | ||
+ | |||
+ | Pour passer de l' | ||
+ | |||
+ | Le montage ci-contre illustre une utilisation typique du transistor en commutation. Il s'agit de commander une diode électroluminescente à partir d'un signal logique 0 -5v. | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Supposons le cahier des charges défini par les données suivantes : | ||
+ | |||
+ | * Vd = 2v, Vcesat = 1v et un courant Id > 10mA. | ||
+ | Il faut déterminer Rb et Rc | ||
+ | * Si Ve = 0 , le transistor est bloqué , l' | ||
+ | * Si Ve = 5v, le transistor doit être saturé ⟹ Vce = Vcesat et Ib > Ic/β . | ||
+ | |||
+ | Pour respecter Id > 10mA, Rc doit être inférieur à (Vcc-Vd-Vcesat) / Id c.à.d. Rc < 900 ohms. | ||
+ | En valeur normalisée (choisie par défaut) Rc = 820 ohms , cela donne un courant Id réel de 11mA. | ||
+ | Ib doit être supérieur à Ic / β quelque soit β , on prendra donc le cas le plus défavorable, | ||
+ | Dans ces conditions Rb < [(Ve-Vbe)/ | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Le graphique ci-dessus traduit ce fonctionnement dans le plan Ic, Vce. | ||
+ | Avec les deux points spécifiques : | ||
+ | * saturation , Vce =1v et Ic = 11mA | ||
+ | * blocage, Vce = Vcc et Ic =0 | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | **Exercice corrigé: commande d'un relais à partir d'un signal logique** | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Le but est de commander un relais à l'aide d'une porte logique, .... | ||
+ | |||
+ | On ne peut pas brancher directement le relais sur cette sortie, car il consomme trop de courant. Il faut donc mettre un transistor qui va servir d' | ||
+ | |||
+ | On va calculer la valeur de R. Notez que cette résistance est obligatoire. En effet, la jonction base - émetteur se comporte comme une diode. C'est à dire que Vbe_max = 0.7V environ. Sans cette résistance, | ||
+ | |||
+ | Voici le schéma que nous allons étudier. | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | **Données :** | ||
+ | |||
+ | T: transistor NPN, ß = 200, Vce_sat = 0.2V, Vbe_sat = 0.7V, Vce_max = 45V | ||
+ | |||
+ | REL: relais, Résistance du relais = 310 Ohms, relais prévu pour être alimente en 12V | ||
+ | |||
+ | D: diode de roue libre. Cette diode sert uniquement à protéger le transistor lorsqu' | ||
+ | |||
+ | R: ce qu'on cherche. | ||
+ | |||
+ | Vcc = +12V | ||
+ | |||
+ | Ve vaut 0 ou 5V. Lorsque Ve = 0, on veut que le relais ne soit pas alimenté (soit Urel = 0), et lorsque Ve = 5V, on veut que le relais soit alimenté (soit Urel = 12V environ). | ||
+ | |||
+ | **Résolution du problème :** | ||
+ | |||
+ | On commence par vérifier pour Ve = 0: | ||
+ | |||
+ | Si Ve = 0, alors Vbe = 0, et Ib = 0 (la " | ||
+ | |||
+ | Donc le transistor est bloqué, Ic = Ie = 0. Donc Urel = Rel x Ic = 310 x 0 = 0. | ||
+ | |||
+ | On a bien obtenu ce qu'on voulait. | ||
+ | |||
+ | Remarque, dans ce cas là, Vce = Vcc = 12V. (c'est bien inférieur à Vce_max) | ||
+ | |||
+ | On fait le calcul de R pour Ve = 5V: | ||
+ | |||
+ | **Calcul de Ic:** | ||
+ | |||
+ | On a Vcc = Vce + Urel | ||
+ | |||
+ | Or il faut que le transistor soit saturé. Donc Vce = Vce_sat. D' | ||
+ | |||
+ | Donc Vcc = Vce_sat + Rrel x Ic | ||
+ | |||
+ | Soit Ic = (Vcc - Vce_sat) / Rrel = (12 - 0.2) / 310 = 0.038A | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Calcul de Ib_min :** | ||
+ | |||
+ | Ib_min = Ic / ß = 0.038 / 200 = 0.19mA (= 0.00019A) | ||
+ | |||
+ | On prend un coefficient de sécurité de 1.5 pour être sur que le transistor sera bien saturé: | ||
+ | Donc Ib_sat = Ib_min x 1.5 = 0.28mA | ||
+ | |||
+ | **Enfin, calcul de R :** | ||
+ | |||
+ | Il faut se souvenir que la jonction base émetteur se comporte comme une diode. | ||
+ | On a Ve = Ur + Vbe. Or Vbe = Vbe_sat = 0.7V (diode). | ||
+ | |||
+ | Donc Ve = R x Ib_sat + Vbe_sat | ||
+ | |||
+ | Soit R = (Ve - Vbe_sat) / Ib_sat = (5 - 0.7) / 0.00028 = 15062 Ohms = 15kOhms | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Résumé :** | ||
+ | |||
+ | On a donc réalisé un " | ||
+ | |||
+ | Lorsque Ve = 0, le transistor est bloqué, et le relais n'est pas alimenté. | ||
+ | |||
+ | Lorsque Ve = 5V, Ib est un " | ||
+ | |||
+ | **Remarques :** | ||
+ | |||
+ | Le calcul serait identique pour une LED à la place du relais. On aurait Iled = Ic = 0.025A par exemple (çà dépend de l' | ||
+ | |||
+ | Autre chose: Il faut bien comprendre que le fait d' | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | **Exercice 1 : Montage & transistor PNP** | ||
+ | |||
+ | Les transistors PNP c'est génial! | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Vous devez dire si la LED s' | ||
+ | |||
+ | Remarque: Vcc = +12V. | ||
+ | |||
+ | Sachant que Ve=0V | ||
+ | 1- La LED est allumée et le transistor bloqué | ||
+ | 2- La LED est allumée et le transistor saturé | ||
+ | 3- La LED est éteinte et le transistor bloqué | ||
+ | 4- La LED est éteinte et le transistor saturé | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | **Exercice 2 : montage à transistors multiples** | ||
+ | |||
+ | Voici un petit schéma pour bien assimiler quand les transistors sont passants ou bloqués. | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Rappel: Vec_sat = 0.2V et Veb_sat = 0.7V | ||
+ | |||
+ | La diode LED est: | ||
+ | 1- Eteinte | ||
+ | 2- Allumée | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Exercice 3 : montage en pont en H** | ||
+ | |||
+ | Ce montage avec les 4 transistors s' | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Ici, vous devez déterminer quelle(s) LED(s) s' | ||
+ | |||
+ | A) On n' | ||
+ | 1- LED1 allumée | ||
+ | 2- LED2 allumée | ||
+ | B) On appuie sur I1 | ||
+ | 1- LED1 allumée | ||
+ | 2- LED2 allumée | ||
+ | C) On appuie sur I2 | ||
+ | 1- LED1 allumée | ||
+ | 2- LED2 allumée | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Exercice 4 : montage Darlington** | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | T1 et T2 constituent un montage darlington. C'est équivalent à un transistor dont le gain vaut ß1 x ß2, et dont Vbe_sat = 1.2V | ||
+ | |||
+ | On met le montage sous tension, et on suppose que le condensateur est initialement déchargé. Dites ce qu'il se passe. (la lampe est une lampe 12V tout ce qu'il y a de plus classique). | ||
+ | |||
+ | La lampe: | ||
+ | 1- S' | ||
+ | 2- S' | ||
+ | 3- S' | ||
+ | 4- Ne s' | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Solutions exercices** | ||
+ | |||
+ | Ex 1 : réponse = 2 ; la LED est allumée et le transistor est saturé | ||
+ | En effet, Veb = 0.7V, et Ib>0. | ||
+ | Donc le courant passe dans le transistor et allume la LED | ||
+ | |||
+ | Ex 2 : réponse 1 ; la LED est éteinte, en effet: T1 est saturé, donc T2 est saturé, | ||
+ | donc T3 est saturé, donc Vec3 = 0.2V, donc Veb4 = 0.2V < 0.7V, | ||
+ | donc T4 est bloqué, donc la LED est éteinte | ||
+ | |||
+ | Ex 3 , A : les 2 Leds sont éteintes ; tous les transistors sont bloqués, aucun courant ne peut circuler dans leur base | ||
+ | |||
+ | Ex 3 , B : la Led & est allumée ; les transistors T2 et T3 sont saturés, les autres sont bloqués. La LED1 est donc alimentée positivement (elle s' | ||
+ | |||
+ | Ex 3 , C : la Led 2 est allumée ; les transistors T1 et T5 sont saturés, les autres sont bloqués. La LED2 est donc alimentée positivement (elle s' | ||
+ | |||
+ | Ex 4 : réponse 2 ; Au départ, le condensateur est déchargé, donc Vbe = 0 | ||
+ | Ensuite, le condensateur se charge, et lorsque Vbe = 1.2V la lampe s' | ||
+ | (l' | ||
+ | à cause du condensateur) | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Ampli Op ===== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Résumé des unités ===== | ||
+ | |||
+ | |Nom|Symbol|Unité| | ||
+ | |Tension|U ou V|Volt (V)| | ||
+ | |Courant|I|Ampère (A)| | ||
+ | |Puissance|P|Watt (W)| | ||
+ | |||
+ | P = U x I | ||
+ | |||
+ | U = R x I | ||
+ | |||
+ | Donc: P = RI², I= U / R = P / U, R = U / I = P / I² ... | ||
+ | |||
+ | Ressource : \\ | ||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | {{tag> |