Principes de base en électronique

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En principe, le ou les auteurs en question devraient bientôt présenter une meilleure version.

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Introduction

Sous le terme d'électronique, on trouve de multiples concepts. Cette page va traiter uniquement l'électronique relative à la manipulation de signaux et d'informations électriques. Dans le contexte de cette page, nous nous intéressons aux signaux manipulés dans des circuits électroniques i.e au travers ses composants.

Electricité

Fichier:Wikimedia-atom-diagram.png

Un atome

L'électricité est une forme d'énergie. Elle est présente à l'état naturel (ex: éclairs d'un orage) ou peut être produite, notamment par d'autres énergies comme l'énergie thermique, l’énergie solaire ou encore l'énergie hydraulique, etc.

L'électricité est un flux (mouvement) de charges électriques. Ces charges viennent des atomes. Un atome possède un constitué d'une combinaison de trois particules distinctes :

• les neutrons ayant une charge neutre ou pas de charge,
• les protons ayant une charge positive,
• les électrons ayant une charge négative.

Chaque atome possède un noyau central où protons et neutrons sont groupés de façon dense et autour de ce noyau, gravite des électrons. Ce sont les electrons qui ont un rôle important dans l'électricité car c'est ce mouvement d'électrons tournant autour de l'atome que les électrons forment une charge électrique. C'est ce que nous disions en préambule, l'électricité est un flux de charges électriques.

Un atome - Modèle de Bohr

Les électrons forment des charges électriques mais comment concrètement se créer le flux d’électricité ?

Comme le modèle de Bohr ci-contre, les orbites des électrons sont plus ou moins éloigné du noyau de l'atome. Les électrons sur l'orbite extérieure sont appelés électrons de valence. Avec une force extérieure suffisante, un électron de valence peut s'échapper de l'orbite de l'atome et devenir un électron libre.

Or, comme mentionné précédemment les protons sont chargés positivement, les électrons sont chargés négativement et selon les règles 1) les opposés s'attirent (protons et électrons s'attirent) et 2) les contraires se repoussent (protons et protons se repoussent pour trouver leurs électrons), il y a donc toujours des protons à la recherche de leur électron.

Lorsque les électrons dits libres se déplacent d'atome en atome à la recherche de nouveaux protons permettant ainsi de déplacer les charges électriques et c'est ainsi que se créer l'électricité, à partir du simple mouvement des électrons. Pour pouvoir circuler, les électrons ont besoin d'une source d'énergie dans le circuit (e.g batterie dans un circuit). Le circuit est donc un chemin complet permettant aux électrons de pouvoir circuler en boucle continue sans interruption (dans le cas du courant continu VS alternatif).

L'interrupteur permet de fermer le circuit afin que les électrons chargés négativement de notre source d'énergie puissent se diriger vers les protons chargés positivement.

Conductivité

Câble avec éléments conducteur et isolant

L'électricité produite par les électrons ne circulent pas dans n'importe quel matériau. En électronique, on appelle cela la conductivité:

• Certains matériaux sont conducteurs comme le fer, l'argent, l'or
• Certains matériaux sont isolants comme le plastique, l'air, le verre. Leur fonction est importante car cela permet d'éviter les court-circuits i.e pour éviter que deux circuits ne se touchent.

Circuits

Définition et représentation d'un circuit

Wikipédia, https://fr.wikipedia.org/wiki/Circuit_%C3%A9lectronique : Un circuit électronique est un ensemble de composants électroniques interconnectés souvent à l'aide d'un circuit imprimé et dont le but est de remplir une fonction.

Un circuit électrique est une interconnexion de composants électriques permettant de faire circuler une charge électrique le long d'un chemin fermé (un circuit), généralement pour effectuer une tâche utile. https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9#Circuits_%C3%A9lectriques

Exempel de circuit : Arduino, CPX /A-COMPLETER

Ce simple circuit représente une LED (D1) alimentée par une source d'alimentation (V1). La source d'alimentation est atténuée par la résistance (R).

Schematisation / presentation des logiciels

Type de circuits

Montage en série / montage en parallèlge

Analyse d'un circuit

Concepts de base

Il y a 3 concepts de base dans un circuit

• Voltage (Volts): tension électrique,
• Courant (Ampères) : intensité auquel le flux s'écoule (long ou rapide),
• Résistance (Ohms) : la résistance avec laquelle le matériaux résiste au flux de courant.

Pour qu'un circuit fonctionne correctement (exemple qu'une LED ait une luminosité correcte, qu'une LED ne "claque pas" etc.), il est important de faire une analyse du circuit avec la loi d'Ohm. Le multimètre, lui sert à réaliser les mesures physiques de ces 3 dimensions.

Loi d'Ohm

“La loi d'Ohm est une loi physique empirique qui lie l'intensité du courant électrique traversant un dipôle électrique à la tension à ses bornes. Cette loi permet de déterminer la valeur d'une résistance1. La loi d'Ohm a été ainsi nommée en référence au physicien allemand Georg Simon Ohm qui la publie en 1827, dans son œuvre Die galvanische Kette: mathematisch bearbeitet.” (Wikipédia,récupéré le 1 Mars 2021).

La loi d'Ohm établit que (en convention récepteur) :

$$U=R\times I$$

Cette loi permet d'obtenir d'obtenir les différentes grandeurs selon votre besoin:

• U = R × I permet de calculer la tension lorsque sont connus R (résistance) et I (intensité),
• I = U / R de calculer l’intensité lorsque sont connus U (tension) et R (résistance),
• R = U / I permet de calculer la résistance lorsque sont connus U tension) et R (résistance).

Le multimètre

(/à faire/)

Composants principaux d'un circuit

L'énergie électrique (électricité) est le courant électrique utilisé pour alimenter les circuits électroniques composés de composants électriques comme les LED, les potars... On peut dire qu'un circuit électronique constitue un chemin permettant à l'électricité de circuler.

Schémas de 3 circuits électronique de base

• Batterie
• Resistance
• LED > output
• Sensor/Interrupteur (switch) > input

Type d'entrées/sorties

Digital Vs Analogique

• Entrée/sortie digitale
• Entrée/sortie analogique

Démonstration sur swatches

(/a-faire/) : trier les simulation analogique et digitale

Simulations digitales

• ex1
• ex2

Simulations analogiques

• ex1
• ex2

• Simulation : digital on/off A/B jaune/rouge
• Connecté (CPX) : digital on/off A/B jaune/rouge
• Connecté (CPX : analog slide
• Connecté (CPX) : analog pression

Liens

Circuit

• Circuitlab (schématisation de circuit mais payant),
• EasyEDA (schématisation de circuit, open source, webApp),
• Circuit Diagram editeur de schémas électronique source libre
• Circuit Diagram.org - guides et exemples
• Circuit Sims (simulateur de circuits: Limité mais peut vous aider à comprendre le fonctionnement d'un circuit en ajoutant des composants)
• Fritzing (Schématisation de circuit, open source, standalone app)

Electricité

• What is electricity (s.d). Sparkfun. Consulté le 9 Avril 2021 sur https://learn.sparkfun.com/tutorials/what-is-electricity/all
• Sam Sattel (s.d). What Is Electricity? Explained So Simply, Even Your Mom Can Understand. Consulté le 9 Avril sur https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/what-is-electricity-explained-so-simply-even-your-mom-can-understand/