Cours electronique de base

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Cours electronique de base

  1. 1. Alphalogic LA CASTALIE CP 241 CH- 1870 MONTHEY Tél. ++ 41 (0)24 473 51 85 Fax ++ 41 (0)24 473 51 35 Email alphalogic@vs.ch Internet www.castalie.ch/alphalogic Cours de montage électronique Initiation 1. Outillage nécessaire 2 2. Remarques sur la technique de soudure 2 3. Quelques notions de base en électricité 3 4. Quelques composants électroniques 3 5. Schémas de montages simples 4 6. Adaptation simple de jouets avec moteurs électriques 7 Novembre 2004 André Baechler -1-
  2. 2. 1. Outillage nécessaire En plus d'un outillage de base (divers tournevis, clés, marteau, pince universelle, scie à métaux, limes), il faut avoir les instruments suivants : - Une pince coupante à becs fins - Si possible une pince à dénuder - Un multimètre - Un fer à souder de 30 à 60 W avec support, fil d'étain et tresse à dessouder - Un foret pour circuits imprimés - Quelques câbles de laboratoire avec pinces - Si possible une alimentation stabilisée réglable 2. Remarques sur la technique de soudure Pour réussir une soudure, il faut que l'étain se soit bien accroché au support et au composant. Pour cela, il faut chauffer en même temps le fil ou la patte du composant et la zone du support où il sera fixé. On applique alors le fil d'étain qui fond en s'étalant sur les deux parties qui sont chaudes. Il faut faire attention de ne pas trop chauffer les composant dont certains peuvent brûler et ainsi se détruire. De même certaines gaines de protection des fils électriques ne supportent pas toujours trop de chaleur; elles fondent et le fil n'est alors plus protégé. Lorsque le support est une surface métallique avec une certaine masse, il est plus long à chauffer. Dans ce cas, on prépare cette partie métallique en y fondant une goutte d'étain; seulement après on y soude le composant en faisant refondre cette goutte. On évite ainsi la surchauffe. De même avec certains connecteurs où il faut placer les fils dans de tout petits tubes. Je préfère alors remplir les petits tubes avec la soudure avant de réchauffer rapidement chaque tube en y plongeant le bout de fil déjà étamé (voir ci-après). Attention aussi à bien torsader les multiples brins des fils électriques souples avant de les enfiler dans les trous, pour éviter que certains brins n'y entrent pas correctement et fassent des ponts avec d'autres composants. Il est aussi possible d'étamer le bout, c'est-à-dire de chauffer le bout tout en appliquant le fil d'étain. Lorsque les lignes d'un circuit imprimé sont très proches, il faut veiller à ne pas chauffer en même temps la ligne adjacente, sans quoi la soudure fera un pont entre les deux lignes. Si on a fait une erreur, on peut le plus souvent la réparer en utilisant la tresse à dessouder. Pour y arriver, on place la tresse au-dessus de la zone à récupérer. On place le fer à souder sur le tresse qui va se chauffer et pomper l'étain. On coupe le bout de la tresse imbibée et on recommence au besoin. Attention tout de même à ne pas travailler trop longtemps dans un local fermé sans aérer de temps en temps. Les vapeurs dégagées par le fil d'étain ne sont pas forcément recommandées pour la santé. -2-
  3. 3. 3. Quelques notions de base en électricité La première notion est celle de tension, la deuxième est celle de l'intensité et la troisième est la résistance. On peut considérer l'électricité comme un fluide qui coule dans des tuyaux ou des rivières : - La tension est pour l'électricité l'équivalent de la hauteur entre le point de départ et le point d'arrivée lorsqu'une rivière s'écoule d'une montagne. - L'intensité est pour l'électricité l'équivalent de la pente et de la dimension du lit de la rivière - La résistance peut se comparer aux cailloux, rochers, détours qui freinent l'écoulement de l'eau de la rivière Plus la montagne est haute, la pente raide, le lit de la rivière large et profond, sa trajectoire rectiligne et lisse et plus il y aura d'eau qui s'y écoule en un temps donné. De même, plus la tension sera forte avec peu de résistance et plus l'intensité du courant sera importante. La tension, qui se mesure en Volts (V) peut varier au-dessus ou au-dessous d'une valeur de référence que l'on appelle la masse qui est normalement à 0V. Lorsque la tension varie régulièrement de part et d'autre de ce point de référence, on parle de tension alternative (ou de courant alternatif), telle que celle que nous avons sur le réseau qui fournit une tension de 220V à 230V à raison de 50 Herz (50 cycles par seconde en Europe). Son abréviation est alors VAC Lorsque la tension est régulière, on parle de tension continue (ou de courant continu) que l'on trouve par exemple dans les piles (1.5V, 9V, etc.) ou les batteries de voiture (12V). Son abréviation est alors VCC. Nous ne traiterons ici que de courant continu. A partir de deux de ces valeurs, on peut toujours retrouver la troisième : - La tension "U" se mesure en Volts (V) - L'intensité "I" se mesure en Ampères (A) - La résistance "R" se mesure en Ohms (Ω) Cela donne : U = R * I ou R = U / I ou I = U / R 4. Quelques composants électroniques Voici une liste des principaux composants que nous utiliserons dans les montages simples qui vont suivre : - La batterie qui a un pôle négatif (en fait un pôle de référence 0V) et un pôle positif et qui va fournir le courant nécessaire avec la tension souhaitée. Elle peut être remplacée par des modules d'alimentation (si possible stabilisée). - Le contacteur ou interrupteur sert à couper ou fermer le circuit électrique, c'est-à-dire à arrêter ou mettre en marche le système. On parle plutôt de contacteur lorsqu'il s'agit d'un bouton poussoir qui ne reste fermé que si on appuie dessus. On parle plutôt d'interrupteur lorsque le bouton ou autre composant) peut se mettre et rester en position ON ou OFF. - L'inverseur est un cas particulier de l'interrupteur dans le sens qu'il y a une entrée et deux sorties possibles (ou l'inverse) - Les résistances de divers types et valeurs permettant de laisser passer plus ou moins de courant, le surplus se dissipant en chaleur. Lorsque la résistance peut être réglée, on parle de potentiomètre. - La diode va servir à laisser passer le courant uniquement dans un sens (du positif vers le négatif) - Les lampes ou ampoules de divers types, de même que les diodes lumineuses. -3-
  4. 4. - Les sonnettes et buzzers permettant de donner des alarmes avec des intensités sonores et des fréquences variables. - Les relais qui ont plusieurs types permettent surtout de commander de grosses charges électriques avec un circuit à faible tension ou alors une série d'inverseurs à la fois. - L'optocoupleur est un composant qui permet avant tout de découpler deux circuits (un circuit de commande et un circuit de charge). Il n'y a aucun lien entre les deux circuits et c'est une diode lumineuse qui transmet la commande. 5. Schémas de montages simples Les quelques schémas de montage que nous allons voir maintenant permettent de trouver une solution à de nombreux problèmes pratiques. Il est possible de prendre une partie d'un schéma pour le coupler avec une partie d'un autre schéma afin de répondre à de nouveaux besoins. Les schémas électriques sont représentés sous forme de lignes qui joignent des symboles représentant eux-mêmes divers composants. Dans la réalité, on remplacera les lignes de jonction par des câble électrique ou tout moyen remplissant la même fonction (ligne sur un circuit imprimé, par exemple. Lorsque deux lignes se croisent sur le dessin, cela ne veut pas dire qu'elles sont liées à cet endroit. Elles ne le sont que si l'on dessine un point de jonction. On entend par charge tout système ayant un effet : éclairage, chauffage, entraînement par moteur, etc. 5.1. Commande d'une charge avec un seul interrupteur C'est le schéma le plus simple et on le rencontre couramment. Nous donnons ici 3 exemples : un système permettant d'allumer une lampe, un autre permettant d'allumer une diode lumineuse et un système permettant d'enclencher une sonnerie. La charge est une lampe. En principe la lampe n'est pas polarisée et ses bornes peuvent être reliées indifféremment au – ou au + La charge est une diode lumineuse. Comme la diode ne supporte au maximum que 20 mA, on place dans le circuit une résistance limitant le courant à environ 13 mA en fonction de la tension. Selon la règle citée plus haut R = U / I, on trouve une valeur de 330 Ω pour la résistance, en tenant compte que dans la diode nous avons une chute de tension de 0.7 V. Cela donne : (5 - 0.7) / 0.013 = 330.77. Attention la diode lumineuse est polarisée. La broche – est souvent reconnaissable par un aplat. -4-
  5. 5. La charge est un buzzer qui généralement est polarisé. Il faut consulter la documentation du produit à ce sujet. 5.2. Commande d'une charge avec plusieurs interrupteurs Ce type de circuit n'est guère utilisé en tant que tel, mais permet de comprendre les deux types de montage en série et en parallèle. Montage de contacteur en série. Ce montage en série permet d'imposer la condition ET (AND) : il faut que les deux contacteurs soient fermés pour que le système se mette en marche. Montage de contacteurs en parallèle. Ce montage en parallèle permet d'obtenir la condition OU (OR) : il faut que l'un ou l'autre des contacteur soit fermé pour que le système fonctionne. Cette configuration est plus fréquente, car elle permet par exemple de faire fonctionner un système avec divers contacteurs (pneumatique, bouton, …). 5.3. Découplage entre la commande et la charge Dans de nombreux cas il peut être intéressant de découpler le circuit de commande du circuit de charge. Par exemple lorsque le circuit de charge fonctionne avec du courant alternatif de 220V. Dans ce cas, on évite d'avoir un circuit de commande sur le 220VAC, car il y a danger d'électrocution. Il y a d'autres raisons que nous n'énumérerons pas ici. Nous présentons deux façons de découpler les deux circuits. Il en existe plusieurs autres. -5-
  6. 6. Le découplage par relais est très fréquent et permet de nombreuses applications. Lorsque la partie commande du relais est constituée d'une bobine, on place généralement une diode dont la barre (point de repère) est orientée vers le +. Il s'agit d'une diode pour décharger la bobine lorsqu'on coupe le courant. On voit sur le schéma que ce relais commande un inverseur qui est utilisé ici comme interrupteur. La borne marquée O (contact repos) n'est pas reliée, alors que la borne marquée S (contact travail – qui se ferme lorsque la bobine reçoit du courant) est utilisée dans le circuit. Le découplage par optocoupleur (ici un circuit intégré à 6 pattes de type 4N33) est souvent utilisé pour commander des systèmes de charge à partir d'un ordinateur qui reste très sensible aux parasites. On remarque la résistance qui limite le courant dans la diode lumineuse (qu'on ne voit pas) de l'optocoupleur. 5.4. La commande de moteur à courant continu Voici un schéma qui peut être utile pour commander la rotation d'un moteur à courant continu dans les deux sens et ceci à l'aide de deux inverseurs. On peut remplacer les deux inverseurs par deux relais pouvant ainsi être eux-mêmes commandés par deux simples contacteurs voir par. 5.3). Sur le schéma de la page suivante, on peut comprendre que si on appuie sur un des 2 inverseurs, le moteur tournera dans un sens. L'autre inverseur fera tourner le moteur dans l'autre sens. Si on n'appuie sur aucun inverseur, les deux bornes du moteurs sont à + et il ne fonctionne pas. De même si on appuie simultanément sur les deux inverseurs : les deux bornes du moteurs seront à – et le moteur restera à l'arrêt. -6-
  7. 7. 6. Adaptation simple de jouets avec moteurs électriques Le type d'adaptation le plus fréquent est le fait de pouvoir commander un jouet à pile à l'aide d'un contacteur. Il faut éviter en général les jouets qui se déplacent trop vite et sur des chemins pouvant amener le jouet à disparaître de la vue, à tomber de la table, etc. De même si le jouet tourne trop sur lui-même, le fil qui le relie au contacteur va s'entortiller et tout va s'arracher. Le choix des jouets à adapter est donc important. Il existe plusieurs solutions qui dépendent aussi de notre désir de continuer d'utiliser le jouet comme il a été conçu ou uniquement à l'aide du contacteur. Il faut aussi savoir que certaines modifications vont supprimer tout droit à la garantie ! 6.1. Capsule isolante dans le prolongement de la pile On coupe dans une plaque isolante mince ayant de chaque côté une couche conductrice (par exemple, plaque cuivrée pour circuit imprimé double face) une rondelle du diamètre d'une des piles du jouet. De chaque côté de cette rondelle, un soude un fil électrique. Au bout de ces deux fils, on soude une prise femelle pour contacteur jack 3.5 (norme habituelle pour les contacteur). Il suffit d'intercaler cette rondelle dans le logement de la pile et de refermer le couvercle. Le jouet ne fonctionnera que si l'on presse sur le contacteur. Cette méthode a l'avantage de ne pas supprimer la garantie du jouet. 6.2. Montage d'un contacteur en parallèle sur l'interrupteur de mise en marche Lorsque l'interrupteur de mise en marche est accessible, on arrive parfois à souder un fil sur chaque borne de cet interrupteur. Au bout de ces deux fils, on soude une prise femelle pour contacteur jack 3.5 (norme habituelle pour les contacteur). Le fonctionnement est celui présenté au paragraphe 5.2. La garantie n'est plus valable. -7-
  8. 8. 6.3. Remplacement des piles par une alimentation externe Comme les piles de ces jouets s'usent vite, on peut, lorsque le jouet ne se déplace pas trop, remplacer la (les) pile(s) par une alimentation externe. Pour cela, il y a plusieurs façons de faire, mais nous en expliquerons deux ici. Dans les deux cas, on commence par souder un fil sur la borne + et sur la borne – du bac des piles. Attention ! Lorsqu'il y a plusieurs piles, il y a souvent une borne intermédiaire qui fait le pont entre les piles et ce n'est pas sur cette borne qu'il faut souder le fil ! Au bout de ces deux fils, on choisit un connecteur femelle (mais pas un jack 3.5 pour éviter les confusions !). A ce connecteur femelle on reliera la fiche mâle de l'alimentation externe. Pour choisir la bonne tension sur cette alimentation externe, on calcule le nombre de piles placées l'une à la suite de l'autre dans le logement que l'on multiplie par la tension de la pile : Exemple : 3 piles de 1.5V donneront une tension totale de 4.5V. C'est cette tension que l'alimentation externe doit fournir (ni plus, ni moins – parfois cette tension peut varier, mais il ne faut pas exagérer). C'est depuis là que nous avons deux solutions : - Soit nous avons un boîtier de commande permettant, à l'aide d'un contacteur, de piloter un appareil 220 VAC. Il suffit alors de brancher l'alimentation externe sur ce boîtier. - Soit on coupe à un endroit quelconque (dans le jouet, sur le câble avec la prise femelle ou sur le câble provenant de l'alimentation) un des deux fils. Chaque bout sera relié à une prise femelle pour contacteur jack 3.5 (norme habituelle pour les contacteur). Lorsque vous dominez suffisamment cette partie, vous pouvez vous débrouiller dans de nombreuses situations. Il existe évidemment des niveaux d'utilisation de l'électronique de plus en plus complexe. En osant y aller par petits pas, cela pourrait vite devenir une passion ! -8-

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