Notions de base

 
ÉLECTRONIQUE de BASE
Du pico au giga :
les puissances de 10
 
 
Mis à jour le 13/06/2020

 

Je devrais plutôt titrer : "du yocto au yotta".

 

Note :

 

Ce «Yotta»-là n'a rien à voir avec le "iota", 9e lettre de l'alphabet grec.

 

En français, la lettre iota est utilisée pour décrire une petite quantité négligeable. L'expression «pas un iota», c'est-à-dire «pas la plus petite quantité» fait référence à une phrase du Nouveau Testament (Matthieu 5:18) : «tant que le ciel et la terre ne passeront pas, il ne disparaîtra pas de la loi un seul iota ou un seul trait de lettre».

 

(Petite phrase piquée dans Wikipedia. On s'amuse comme on peut...).

 

 

 

Le présent  "topo" propose de comprendre l'écriture des nombres en utilisant les puissances de 10.

 

Pas de panique !

 

Il ne s'agit pas de subir un cours de maths trapu, mais seulement d'acquérir les notions indispensables pour manipuler les valeurs de nos composants électroniques, FACILEMENT et sans erreur de calcul.

 

 

Préambule :

  • 1, 2, 3, ... , 9 et 0 sont des chiffres. Il y a donc dix chiffres au total, pas un de plus.

  • 123 ; 24 ; 0,7 ; 125 467 543 321 sont de nombres.
    Les nombres sont composés de plusieurs chiffres et ils sont en quantité infinie.

 

 

... et voilà où commencent les difficultés :

 

Comment énoncer ce fameux nombre «125 467 543 321» ci-dessus ?

Et encore, je l'ai écrit en séparant en tranches de 3 chiffres.

S'il est écrit ainsi : «125467543321», il devient quasi indéchiffrable.

 

... au fait, ce nombre s'énonce : 125 milliards 467 millions 543 mille 321

 

Pire !

 

Et celui-ci : 654858264475213524765 ?

 

Oui, moi aussi je sèche.

En utilisant les dénominations officielles :

654 trillions  858 billiards 264 billions 474 milliards 213 millions 624 mille 765 !!!

 

 

Une petite dernière

(juste pour finir de vous convaincre d'utiliser les puissances de 10) :

Quelle est la masse de la Terre ?

Environ 6 000 000 000 000 000 000 000 000 kg, soit 6 mille quadrillions de kilogrammes.

 

Bon, j'arrête ici.

 

Tout ceci montre à l'évidence que ce système d'écriture et de formulation des grands nombres (mais aussi des très petits) n'est pas efficace et qu'il faut imaginer autre chose.

 

Une remarque intéressante concernant la masse de la Terre : il est écrit «Environ...»

Ben oui, quel intérêt de connaître cette masse au kilogramme près ?

... ou même à la tonne près ?

... ou même à mille milliards de tonnes près ?

 

 

Il en sera de même pour toutes les grandeurs électroniques que nous serons amenés à manipuler :

des écritures à plus de 2 chiffres significatifs n'ont pas de sens pour des valeurs à 5% près.

Une écriture à 4 chiffres significatifs est suffisante pour des valeurs à 1 pour mille près. 

Alors pourquoi traîner des chiffres qui donnent une illusion de précision, mais qui en réalité n'apportent que de la confusion ?

 

Supposons par exemple que le calcul de la valeur d'une résistance nous donne comme résultat :

13 543 245 ohms, soit 13, 543 245 millions d'ohms.

 

La résistance de 13 543 245 ohms n'existe pas et n'existera jamais.

Nous savons que dans la série E12, la valeur la plus proche sera 12 millions d'ohms soit 12 000 000 d'ohms, à 5% près.

 

On a rarement besoin d'une précision supérieure et même si ce choix semble n'être qu'un compromis, c'est notre seul choix et il est raisonnable.

Exemple de calcul en écriture strictement décimale

 

  • la résistance vaut 12000000 ohms

  • elle est traversée par un courant de 0,000002 ampères (A)

  • quelle est la tension aux bornes de la résistance ?

On applique la loi d'Ohm : U=R x I :

U = 12000000 x 0,000002

U = ?

IMBUVABLE !!!

 

Exprimées sous cette forme, on a aussi beaucoup de difficultés à énoncer les nombres.

Pire encore, on n'a aucune idée de l'ordre de grandeur des valeurs manipulées.

En conclusion, cette notation, bien que parfaitement exacte :

  • ne nous « parle » pas ;

  • nous oblige à manipuler des nombres avec énormément de chiffres, au risque d'en perdre en cours de calculs ;

  • ne permet pas d'énoncer simplement les nombres en question.

 

 

De ce qui précède est née l'idée et l'absolue nécessité d'une écriture mathématique des nombres plus simple et plus efficace.

 

 

 

Introduction aux puissances de 10 :

 

Prenons comme exemple la valeur de résistance 1234 ohms. Elle peut s'exprimer de plusieurs façons, dans trois modes équivalents :

 
Ces écritures sont toutes exactes et parfaitement équivalentes.
Alors, laquelle choisir ?
 
 
Trois façons possibles d'écrire un nombre en puissances de 10 :
 
 
Préambule : écriture décimale
Le nombre est écrit en entier, sans multiplicateur.
Exemples :
  • 140 000 000
  • 0,023
 
Remarque : pour les écritures des puissances de 10, on utilisera (faute de mieux) la notation «calculatrice» ou «en ligne».
En effet, beaucoup de calculatrices ne disposent pas de l'affichage des indices et des exposants sous forme de petits caractères déportés en bas ou en haut.
... pas plus que l'éditeur qui sert à composer la page que vous lisez en ce moment. Dommage.
 
Exemple :
1,4x10^3
... qui se lit «... 10 puissance 3» ou «... 10 exposant 3»
Écriture mathématique :
  • 14x10^7
  • 0,140x10^9
  • 1400x10^5   Ces 3 écritures sont rigoureusement équivalentes.
     
  • 0,23x10^-1
  • 230x10^-4   Ces 2 écritures sont rigoureusement équivalentes.
 
Le nombre avant la puissance de 10 peut être plus petit que 1 ou plus grand que 1.
Toutes les puissances de dix peuvent être utilisées.
 
Écriture scientifique :
  • 1,4.10^8
  • 2,3.10^-2
Le nombre décimal devant la puissance de 10 est strictement compris entre 1 et 10, 10 non compris.
L'exposant de 10 peut prendre toutes les valeurs, positives ou négatives nécessaires.
 
Écriture «ingénieur» :
L’écriture ingénieur est une écriture simplifiée des grands nombres, dérivée de l'écriture scientifique.
Elle utilise les puissances de 10.
Cette écriture doit satisfaire à deux conditions particulières :
  • l’exposant de « 10 »  est un nombre entier multiple de 3, positif ou négatif ;
  • ⇒ le nombre  devant la puissance de 10 est donc obligatoirement un nombre décimal toujours compris entre 1 et 1000, 1000 non compris.
 
 
Exemples :
  • 2,3.10^-3 ampères pour «2,3 milliampères» ;
  • 42.10^6 ohms pour «42 mégohms».
  • une résistance de 470 000 ohms sera exprimée : 470.10^3 ohms.
  • une résistance 10 fois plus grande, soit 4 700 000 ohms sera exprimée : 4,7.10^6 ohms 
    (et non pas 4700.10^3 ohms).
 
Note : cette écriture basée sur les puissances de 10 multiples de 3 découle tout simplement de la façon d'écrire les nombres décimaux – qu'ils soient plus grands ou plus petits que 1 – en séparant les chiffres par tranches de 3 à partir de la droite.
 
Puissances de 10 et nombre de zéros :
 
Examinons les trois écritures équivalentes ci-dessous :
  • 470 000 ohms (écriture décimale) ;
  • 470 x 1000 ohms (écriture avec multiplicateur) ;
  • 470.10^3 ohms (écriture "ingénieur").
 
Il apparaît donc que l'exposant de la puissance de 10 qui suit "470" correspond au nombre de zéros du multiplicateur, ou au nombre de zéros qu'il faut rajouter à "470" pour retrouver l'écriture décimale du nombre :
  • 3 zéros dans le multiplicateur 1000 ⇒ 3 zéros à rajouter derrière 470 pour obtenir 470 000 ;
  • 10^3, puissance de 10 avec exposant 3 ⇒ 3 zéros à rajouter derrière 470 pour obtenir 470 000.
Ce n'est pas plus compliqué que cela !
 
 
... et pour les nombres plus petits que 1 ?
 
Examinons les trois écritures équivalentes ci-dessous :
  • 0,000 047 farad (écriture décimale)
  • 47 / 1 000 000 farad (écriture avec diviseur)
  • 47.10^-6 farad (écriture "ingénieur").
 
Il apparaît donc que l'exposant de la puissance de 10 qui suit "47" correspond au nombre de zéros du diviseur (mais avec un signe "moins"), ou au nombre de pas dont il faut déplacer la virgule vers la gauche pour obtenir une écriture décimale du nombre :
  • 6 zéros dans le diviseur 1 000 000 ⇒ 6 pas à gauche pour obtenir « 0,000 047 ».
  • 10^-6, puissance de 10 avec exposant « - 6 » ⇒ 6 pas à gauche pour obtenir « 0,000 047 ».
 
 
Les puissances de 10 et leurs noms :
 
Dans l'expression orale il est tout de même assez pénible de prononcer les nombres ci-dessous tels qu'ils sont écrits :
  • 470.10^3 ohms = quatre cent soixante dix, dix puissance trois ohms
  • 47.10^-6 farad = quarante sept dix puissance moins six farad
 
C'est bien ainsi qu'on prononce les nombres en langage mathématique, mais pas dans le domaine technique.
On a donc attribué des noms et des symboles (ou préfixes) à ces puissances de dix.
⇒ l'expression et l'écriture sont plus compactes et un peu plus parlantes :
 
  • quatre cent soixante dix kiloohms
  • quarante sept microfarads
 
Voici un tableau, du yotta au yocto, qui donne ces noms :
On notera que les préfixes des puissances au dessus de «3» sont en majuscules, et ceux des puissances inférieures à «0» sont en minuscules.
Eh oui. «kilo» fait exception en tant que puissance de 10 multiple de 3.
On notera aussi que 10^0 ne figure pas dans le tableau. En effet, 10^0 = 1 ⇒ Il n'y a pas besoin d'affecter un nom de multiplicateur à l'«unité».
 
«déca» est le seul préfixe à 2 lettres, pour ne pas le confondre avec «déci». 
 
Au delà de ce tableau, vers les exposants très élevés, on trouve le gogol (eh oui, ça ne s'invente pas) qui vaut 10^100 et qui a donné le nom de "google". Très forts les mecs ! (voir ICI).
 
Vous remarquerez quatre exceptions dans ce tableau : quatre puissances de 10 ne sont pas
des multiples de 3.
Il s'agit du déca (10^1) , de l'hecto (10^2), du déci (10^-1) et du centi (10^-2).
Ces quatre préfixes ne sont pas utilisés en électronique, mais ils sont encore très utilisés par les géomètres et les vignerons.
 
Rassurez-vous, il n'est pas utile de connaître tous ces préfixes et leurs symboles.
En effet, dans l'usage courant pour nos applications électroniques :
  • les valeurs de résistances s'échelonnent du milliohm au mégohm, càd 1x10^-3 à ≈100x10^+6 ;
  • les valeurs de capacités s'échelonnent du picofarad à quelques farads, càd 1x10^-12 à ≈ 500 ;
  • les valeurs d'inductances s'échelonnent du microhenry à quelques henrys, càd 1x10^-6 à ≈ 100 ;
  • les valeurs de courants s'échelonnent du microampère (parfois le nanoampère - 10^-9) à quelques ampères ;
  • les valeurs de tensions s'échelonnent du millivolt à quelques volts ;
  • les valeurs de puissances s'échelonnent du milliwatt à quelques watts.
En fait, en tant qu'amateurs électroniciens nous n'utiliserons que les préfixes allant du pico au méga, c'est-à-dire de 10^-12 à 10^6 .
Plus rarement nous emploierons le "giga" (10+9 ) et le "téra"(10+12 ), soit pour des fréquences élevées, soit pour des capacités de stockage en informatique : gigahertz, giga- ou téraoctet.
 
Revenons sur Terre :
(en notation scientifique)
 
La masse de notre planète vaut environ :
6 000 000 000 000 000 000 000 000 kg, soit 6 mille quadrillions de kilogrammes,
ce qui peut s'écrire :
6. 10^24 kg
OUF ! me voila un peu rassuré !
Sympa comme notation.
 
Ce nombre peut se prononcer 6 yotta kilogrammes et sera noté 6 Ykg.
 
Si je compare la masse de la Terre avec la masse de la Lune, soit environ 7,348×10^22 kg, je comprends tout de suite que la Lune est presque 100 fois moins lourde que la Terre.
 
En effet, le rapport entre 10^24 et 10^22 est tout bêtement 10^2, soit 100.
 
Si j'exprime les deux masses comme ceci :
Terre : ≈ 6 000 000 000 000 000 000 000 000 kg
Lune : ≈ 7,3 480 000 000 000 000 000 000 kg
... c'est très nettement moins évident !
 
 
Retour sur le petit calcul inachevé du début :
 
Reprise de l'exemple :
  • la résistance vaut 12000000 ohms
  • elle est traversée par un courant de 0,000002 ampères (A)
⇒ quelle est la tension aux bornes de la résistance ?
 
Petit passage par les puissances de 10 :
  • la résistance vaut 12.10^6 ohms (12 mégohms ou 12 MΩ)
  • elle est traversée par un courant de 2.10^-6 ampères (2 microampères ou 2 µA)
 
On applique la loi d'Ohm : U=R x I :
U = 12.10^6 x 2.10^-6
U = 12 x 2 x 10^(6-6)
U = 24 x 10^0
U = 24 volts
Immédiat, clair, facile, sûr... et indispensable !
Pourquoi faire autrement ?
 
 
Voilà.
Il fallait que tout ceci fut dit.
 
 
Les calculs pratiques avec les puissances de 10 se feront soit dans les autres "topos" sur les composants, soit pendant les ateliers d'électronique organisés par Alain.
 
ÉLECTRONIQUE de BASE
 
Trois grandeurs INDISPENSABLE
... et suffisantes dans 95% des cas :
COURANT, TENSION, PUISSANCE
 
 
Ce sont les grandeurs FONDAMENTALES de l'électricité et donc de l'électronique.
 
Elles sont réunies dans une loi :
P = U x I
P en watts, symbole W
U en volts, symbole V
I en ampères, symbole A
Note : Comme tous les noms d'unités du Système international, « watt » s'écrit en minuscules. En revanche, comme ce nom d'unité provient du nom patronymique d'un physicien, le symbole associé « W » est écrit en majuscule.
Ceci est vrai pour toutes les unités auxquelles on a donné le nom d'un scientifique.
 
La loi P = U x I est utilisable aussi dans le domaine des tensions alternatives ou variables dans le temps.
 
Pour nos applications en modélisme nous ne considérerons, sauf exception, que le domaine des tensions et courants continus.
 
Pour faire simple, on peut dire que :
  • une source qui génère dans un circuit  un courant « I » sous une tension « U »,
    délivre une puissance égale à P = U x I
 
  • une charge parcourue par un courant «I» qui provoque une tension U à ses bornes,
    dissipe une puissance égale à P = U x I
Dans l'exemple théorique ci-dessus :
  • la source délivre une puissance P = Vcc x I
  • la Charge 1 dissipe (ou consomme) une puissance P1 = U1 x I
  • la Charge 2 dissipe (ou consomme) une puissance P2 = U2 x I
 
Sources électriques :
Il s'agit par exemple d'une alimentation filtrée de laboratoire ou de fabrication maison.
Dans le cas de montages embarqués dans les modèles réduits de trains, c'est par exemple la tension de traction présente sur les voies.
 
Charges :
Les types de charges sont innombrables :
  • résistances ;
  • LED ;
  • montage électronique complet ;
  • caméra embarquée ;
  • moteur (attention tout de même : un moteur ne se comporte jamais comme une charge résistive parfaite) ;
  • ...
 
Cas d'un régulateur série :
 
Un régulateur de tension de type série (78xx par ex.) qui abaisse et régule une tension pour alimenter un montage peut AUSSI être considéré globalement et approximativement comme une charge.
En effet, ce type de régulateur se comporte comme une charge résistive pilotée, c'est à dire comme une résistance variable dont la valeur est instantanément assistée pour maintenir la valeur désirée de la tension de sortie.
Par conséquent, lorsqu'on détermine un régulateur, il faut :
  • choisir sa tension de sortie ;
  • vérifier qu'il supporte la tension d'entrée qu'on lui applique ;
  • vérifier qu'il supporte le courant consommé par le montage qu'il alimente ;
  • calculer la puissance qu'il dissipe : P = (tension d'entrée - tension de sortie) x courant consommé ;
  • contrôler que cette puissance est inférieure à la puissance maximale admissible ;
  • déterminer le radiateur nécessaire pour évacuer cette énergie et maintenir une température raisonnable.
 
... et ce n'est pas tout :
La puissance maximale admissible du régulateur (et par conséquent sa température maximale admissible) est donnée par le constructeur pour une température ambiante de 20 °C.
Si le régulateur est confiné dans un boitier ou un wagon..., c'est à dire s'il est mal ventilé, l'évacuation de l'énergie se fera mal et les températures atteintes seront plus élevées. Il y a risque de destruction du régulateur, ou... fusion du wagon !
 
Autrement dit on peut très bien avoir choisi le bon régulateur qui délivre la bonne tension et dont la capacité en courant est supérieure aux besoins, et avoir pourtant de sérieux ennuis avec le dégagement de chaleur du régulateur.
 
La charge est une LED :
 
La datasheet de ce composant indique entre autre :
  • la tension nominale en fonctionnement ;
  • le courant maximal admissible.
 
Il est donc aisé d'en déduire la puissance maximale consommée par cette LED :
P = ULED x ILED
Exemple : une LED dont la tension nominale est 2,3 volts et qu'on alimente sous 20 mA dissipe une puissance égale à :
P = 2,3 x 20 / 1000
P = 46 mW
 
 
Puissance dissipée par une résistance : effet Joule
Si  est la valeur ohmique de la résistance, alors on a :
U = R x I
Cela conduit à l'expression de la puissance (2 formes possibles) :
P = R x I^2 = U^2 / R
 
ÉLECTRONIQUE de BASE
Note : ceci n'est pas un cours théorique.
Ici on ne traitera pas de la technologie des résistances, ni des associations de résistances, ni de la loi des noeuds, de la loi des mailles ou du théorême de Kirchoff !
Il s'agit simplement de faire comprendre ce qu'est une résistance, sans faire appel à des calculs plus compliqués qu'une simple règle de trois.
 
 
Table des matières :
  • Préambule
  • Unités
  • Représentations schématiques et notations
  • Gammes normalisées
  • Marquage et lecture
  • Constitution physique
  • Caractéristiques limites (puissance, stabilité, tension de claquage, tolérances...)
  • Mesures du composant
  • Types spéciaux
  • Une piste de circuit imprimé est une résistance !
  • Références internet
 
Préambule
Résistance = force d'opposition à la circulation d'un courant.
 
 
Ambiguïté
Par métonymie on emploie le mot « résistance » pour :
  • la VALEUR « ohmique » du composant ;
  • le composant lui-même.
 
C'est le seul composant qui entretient cette confusion.
 
On devrait désigner ce composant par « resistor » ou « résisteur » ou « dipôle résistant », et réserver le terme « résistance » à la valeur du composant.
 
On notera que les 2 autres composants fondamentaux ne confondent pas dans un même mot la valeur et le composant lui-même :
  • une bobine ou self (c'est son nom de composant) a une inductance de xxx henrys
  • un condensateur ou capacitance (c'est son nom de composant) a une capacité de yyy farads
 
(même si par abus de langage les électroniciens disent « une capa » pour désigner un condensateur, ou « une inductance » pour désigner une self ou une bobine).
 
Unité
 
L'unité de résistance est l'ohm, du nom d'un physicien allemand : Georg Simon Ohm.
 
Symbole : 
 
Comme tous les noms d'unités du Système international, « ohm » s'écrit en minuscules.
J'ajoute que, le cas échéant, « ohm » prend la marque du pluriel comme n'importe quel nom commun.
 
 
 
Représentations schématiques et notations
 
Sur un schéma, une résistance est désignée par « Rxx ».
Plusieurs notations peuvent être utilisées pour figurer sa valeur ohmique :
  • 100 R pour 100 ohms
  • 100 K pour 100 kiloohms (ou kilo-ohms)
  •  1K5 pour 1,5 kiloohms
  • 1M pour 1 megohm, avec ou sans accent sur le "e" (ou megaohm ou mega-ohm) = 1 million d'ohms
  • 1 R pour 1 ohm
  • 0R33 pour 0,33 ohms
  • 1R5 pour 1,5 ohms
=> dans les trois derniers exemples, la lettre « R » indique la position de la virgule.
Toutes ses notations sont nées de la nécessité, pour plus de clarté, d'économiser la place occupée sur les schémas par les différentes indications.
On n'écrit jamais :
  • 1200 K, mais 1,2 M ou 1M2 ("M" pour "méga" indique la position de la virgule)
  • 12000 R, mais 12K
 
Pour les très faibles valeurs de résistances (valeur de la résistance d'un contact par exemple) on utilisera :
  • le milli-ohm, ou milliohm, noté mΩ ;
  • le micro-ohm ou microohm, noté µΩ.
 
 
 
Gammes normalisées
 
Il faut se référer à l'excellent article ci-dessous :
 
http://fr.wikipedia.org/wiki/CEI_60063
 
Dans nos applications courantes, nous utilisons la gamme E12 qui comporte 12 valeurs pour chaque décade :
  • 12 valeurs de 1 à 10 ohms (10 ohms non non inclus) ;
  • 12 valeurs de 10 ohms à 100 ohms (100 ohms non inclus) ;
  • etc.
 
 
Marquage et lecture
 
Il existe sur le net de nombreux articles très bien faits, dont celui-ci :
 
http://webetab.ac-bordeaux.fr/Pedagogie/Physique/Physico/Electro/e07rtor.htm#Code%20des%20couleurs
 
Les résistances CMS étant bien plus petites, les constructeurs ont adopté un marquage chiffré :
 
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_%28composant%29
 
Le marquage « couleur » et le marquage « chiffré » sont parfaitement équivalents :
  • résistance à fils avec 3 anneaux de couleurs + 1 anneau séparé pour la valeur de la tolérance :
    marron = 1 / rouge =2 / orange = 3 ⇒ valeur 12kΩ (12 suivis de 3 zéros).
  • la résistance CMS correspondante sera notée « 123 » (12 suivis de 3 zéros).
 
 
  • résistance à fils avec 4 anneaux de couleurs (séries à faible tolérance de valeur) + 1 anneau séparé pour la valeur de la tolérance :
    marron = 1 / rouge =2 / orange = 3 / jaune = 4 ⇒ valeur 1,23 MΩ (123 suivis de 4 zéros).
  • la résistance CMS correspondante sera notée « 1234 » (123 suivis de 4 zéros).
 
Code couleurs à 3 et 4 anneaux plus l'anneau de tolérance :
 
Cette image est issue de l'excellent article ci-dessous :
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_%28composant%29
 
Complément sur les résistances CMS :
Les résistances CMS sont marquées d'un code numérique à trois ou quatre chiffres.
  • avec le marquage à trois chiffres, les deux premiers représentent la valeur, le troisième est le multiplicateur en puissance de dix (ou plus simplement « le nombre de zeros » qui suivent les deux premiers chiffres). Pour les valeurs inférieures à 10 ohms la position du séparateur décimal est représenté par la lettre R.
  • avec le marquage à quatre chiffres, les trois premiers représentent la valeur, le quatrième est le multiplicateur en puissance de dix (ou plus simplement « le nombre de zeros » qui suivent les trois premiers chiffres). Pour les valeurs inférieures à 100 ohms la position du séparateur décimal est représenté par la lettre R.
 
N.B. le quadrillage mesure 1 millimètre !
 
Constitution physique des résistances :
http://joubert.marc.free.fr/1sti/technologie/composants_cms.pdf
 
  • agglomérées :

    Ce sont d'anciennes fabrications actuellement quasiment disparues.
    Elle sont instables dans le temps et à la température.
    Elles sont mal adaptées aux fréquences élevées.
     
  • couche de carbone :

    Mêmes défauts que le type précédent, en moins pire.
     
  • couche métallique :

    Beaucoup plus stables.
    Mieux adaptées aux fréquences élevées.
     
  • bobinées :

    - en général ce sont des résistances de puissance (plusieurs Watts).
    - elles présentent souvent une inductance résiduelle qui peut être gênante dans certaines applications.
    - elles supportent des températures de fonctionnement élevées.
- elles doivent être ventilées.
 
  • avec un corps métallique :

    Pour des résistances de forte puissance.
     
  • résistances CMS (SMD en anglais) :

    La partie résistive est constituée d’une encre déposée par sérigraphie (oxyde de ruthénium) sur un substrat d'alumine qui est très stable en dimensions. La valeur de la résistance est ajustée par faisceau laser. Les terminaisons sont en barrière de nickel et assurent une excellente protection thermique au cours de l’opération de soudage ainsi qu’une bonne soudabilité.
 
 
Caractéristiques limites des résistances
 
Déterminer la valeur ohmique d'une résistance c'est bien.
Cela ne suffit pourtant pas à un bon usage du composant.
 
On sait déjà qu'il existe des résistances de tailles et de formes très diverses indépendamment de leurs valeurs ohmiques.
Tout simplement parce que chaque type de résistance est adapté (ou tout au moins « prévu » ) pour un usage précis.
 
Voici deux cas très voisins à partir du même schéma électronique :
 
Il s'agit de déterminer la résistance qui alimente la LED.
 
Premier cas :
  • Vcc = 5 volts ;
  • Ud = 2 volts (tension aux bornes de la LED quand elle éclaire) ;
  • I = 20 mA (courant qui traverse la LED, donc le dipôle [R+LED]
 
Ur = Vcc - Ud
Ur = 5 - 2 = 3 volts
 
Application de la loi d'Ohm U = R x I avec U (volts) = R (ohms) x I (ampères) :
 
Ur = R x I => R = Ur / I
R = 3 / 20 mA soit R = 3 / 20.10^-3
R = 3000 / 20
R = 150 ohms
=> cette valeur existe dans la série E12.
 
Note :
Au passage on remarque que dans l'expression « loi d'Ohm », le nom « Ohm » comporte une majuscule.
Tout simplement parce que « Ohm » désigne le physicien, Monsieur Ohm, et non pas l'unité de résistance électrique.
 
Deuxième cas :
  • Vcc = 18 volts
  • Ud = 2 volts (tension aux bornes de la LED quand elle éclaire),
  • I = 20 mA (courant qui traverse la LED, donc le dipôle [R+LED]
 
Ur = Vcc - Ud
Ur = 18 - 2 = 16 volts
 
Application de la loi d'Ohm U=R x I :
 
Ur = R x I => R = Ur / I
R = 16 / 20 mA soit R = 16 / 20.10^-3
R = 16000 / 20
R = 800 ohms
 
⇒ cette valeur n'existe pas dans la série E12.
On choisira une résistance de 820 ohms.
 
Analyse :
Nos calculs sont exacts.
Et pourtant...
Il y a de fortes chances pour que la résistance de 820 ohms soit détruite en quelques secondes !
 
En effet, les résistances à fils les plus courantes, et que nous avons tous en stock, sont des modèles
« ¼ de watt » soit 250 milliwatts.
Ce sont des résistances « passe-partout ».
Mais parfois, ça ne passe pas !
 
Pourquoi ?
  • parce que TOUT COMPOSANT A DES LIMITES D'UTILISATION ou des domaines d'utilisation ;
  • parce que la valeur « ohmique » de la résistance N'EST PAS LE SEUL PARAMETRE IMPORTANT de ce composant.
Quelle est donc la caractéristique qui a conduit à la destruction de la résistance de 820 ohms alors que celle de 150 ohms a tenu ?
 
... c'est LA PUISSANCE MAXIMALE ADMISSIBLE, c'est à dire la puissance que la résistance est capable de dissiper sans être détruite ou altérée, dans des conditions ambiantes normales (température d'air ambiant 20°C).
 
 
Calcul de la puissance dissipée :
 
On utilise la relation P = U x I avec P en watts ; U en volts ; I en ampères
 
 
Premier cas : Ur = 3 volts
Pr = Ur x I
Pr = 3 x 20·10^-3
Pr = 60 mW, c'est à dire 60 milliwatts
La résistance de 150 ohms, DANS CE MONTAGE, dissipe 60 mW, ce qui est bien inférieur à sa limite de 250 mW.
 
 
Deuxième cas : Ur = 16 volts
Pr = Ur x I
Pr = 16 x 20·10-3
Pr = 320 mW, c'est à dire 320 milliwatts
La résistance de 820 ohms, DANS CE MONTAGE, dissipe 320 mW,
ce qui est bien supérieur à sa limite de 250 mW.
=> elle chauffe puis se détruit.
 
On constate donc que la détermination d'une résistance ne se borne pas à calculer sa valeur ohmique, mais AUSSI à vérifier sa puissance dissipée.
 
Que faut-il faire dans le deuxième cas ?
  • soit utiliser une résistance d'un modèle ½ Watt (500 mW) ;
  • soit utiliser une tension d'alimentation inférieure ;
  • soit utiliser deux résistances, de 390 ohms chacune, montées en série : chacune d'elle ne dissipera QUE 160 mW ;
  • soit faire fonctionner la LED avec un courant inférieur ;
    Avec 10 mA par exemple : la résistance aura alors une valeur calculée de 1600 ohms (1500 ohms dans la série E12) et dissipera environ 160 mW ;
  • soit utiliser un convertisseur continu-continu (voir ICI).
 
Remarque :
 
Il vous a sans doute sauté aux yeux que les calculs de puissance ci-dessus ne sont pas tout à fait exacts.
 
En effet quand on détermine une valeur de résistance de 800 ohms et qu'on choisit en réalité une résistance de 820 ohms (valeur la plus proche dans la série E12), il est bien évident que le courant RÉEL est légèrement différent et donc la puissance dissipée aussi.
 
Cela dit il est parfaitement stupide de recalculer les valeurs de courant et de puissance avec la valeur de 820 ohms au lieu de 800.
En effet, les résistances de la série E12 ont typiquement une tolérance de valeur de +/- 5 % :
  • une résistance marquée 820 ohms peut donc prendre des valeurs comprises entre 781 ohms et 861 ohms. La valeur de 800 ohms est comprise dans cet intervalle ;
  • une résistance marquée 1000 ohms peut prendre des valeurs comprises entre 952 ohms et 1050 ohms ;
  • etc.
 
En fait la résistance de 820 ohms n'est éloignée que de 2,5 % de la valeur théorique calculée de 800 ohms (dans notre exemple).
 
Autre remarque :
Il n'est pas raisonnable de flirter avec la limite de puissance d'une résistance. Il est fortement conseillé de garder une marge de sécurité confortable :
  • la température ambiante peut varier fortement (été, hiver, local chauffé...) ;
  • le température ambiante dépend aussi du fait que le montage est confiné ou pas, ventilé ou pas ;
  • les soudures de la résistance vieillissent prématurément si la température du composant est élevée.
    Pire, les soudures peuvent fondre ;
  • sur un montage, certains composants peuvent dégager de la chaleur et provoquer localement une élévation de température préjudiciable qui peut aller jusqu'à endommager un composant voisin (condensateur par exemple).
 
Autre remarque encore  :
Est-il bien raisonnable de dissiper 320 mW en pure perte dans une résistance qui alimente une LED dont la consommation est 40 mW (2 volts x 20 mA) ?
Ne vaudrait-il pas mieux envisager une alimentation du dipôle sous 5 V ?
 
 
Conclusion :
Les calculs ci-dessus montrent à l'évidence que la prise en compte des paramètres physiques du composant est une tâche plus importante que le seul calcul de la valeur ohmique.
 
Autres valeurs limites d'une résistance :
  • la tension maximale d'utilisation ;
  • la tension maximale de surcharge ;
  • le temps et la température maximale de soudage sans modification de ses caractéristiques physiques et électriques ;
  • la tolérance de valeur (10 %, 5 %, 1%) ;
  • le coefficient de température, càd le taux de variation de la valeur de la résistance en fonction de sa température ;
  • la température maximale de fonctionnement ;
  • la résistance aux solvants ;
  • la résistance à l'humidité ;
  • etc., etc.
 
Ceci met en évidence le fait que, pour tout type de composant, il faut consulter les « datasheet » (feuilles de caractéristiques) éditées par les constructeurs et n'utiliser chaque composant que dans les limites prescrites.
 
 
Mesure d'une résistance
 
La mesure précise de la valeur d'une résistance s'effectue avec des appareils de laboratoires sophistiqués.
Le pont de Weatstone permet des mesures extrêmement précises.
 
Cependant, pour un usage « amateur » la plupart des multimètres ont une fonction de mesure des résistances suffisamment performante.
Des petits appareillages d'origine chinoise, avec afficheur graphique, réalisent aussi la mesure des composants de base (résistances, condensateurs, selfs, transistors, diodes,...), et cela de façon très conviviale pour un prix modique.
 
Mais quelles informations fournissent ces appareils ?
 
Uniquement la valeur « ohmique » de la résistance.
 
Rien sur la dissipation maximale !
Rien sur la tension de service !
Rien sur le coefficient de température, etc. !
 
Et c'est bien là que réside toute la difficulté de mesurer une résistance inconnue : la mesure ne nous dit rien sur ses autres propriétés physiques que seuls des appareillages coûteux permettent de tester (et souvent de façon destructive).
 
On verra dans un autre chapitre qu'il en est de même pour tous les composants de base : la mesure nous informe sur la valeur « électronique » du composant et c'est tout.
 
D'où la nécessité de consulter les datasheets... j'insiste.
 
 
 
Types spéciaux de résistances
 
Il existe des types de résistances particuliers qui exploitent des caractéristiques qui serait considérées comme des défauts chez une résistance idéale :
  • sensibilité à la lumière ⇒ photo-résistance ;
  • sensibilité à la température ⇒ thermistance, thermocouple, bilame ;
  • sensibilité à la tension aux bornes ⇒ varistance ;
  • sensibilité à un champ magnétique ⇒ magnétorésistance ;
  • sensibilité à une contrainte mécanique ⇒ jauge de contrainte ou extensomètre, capteurs tactiles ;
  • sensibilité à l'oxygène ⇒ oxymètre (variation de conductibilité d'une céramique poreuse à base d'oxyde de zirconium (ZrO2) traversée par un flux d'oxygène) ;
  • sensibilité à l'humidité ⇒ capteurs résistifs au chlorure de lithium ;
  • sensibilité à la position ⇒ potentiomètre ;
  • sensibilité à une forte température ⇒ fusible et résistance-fusible ;
  • ...
 
Hé oui, un fusible est une résistance :
Il est constitué d'un filament de métal qui présente une résistance calibrée pour fondre si le courant qui la traverse dépasse ou atteint une valeur déterminée.
 
Varistance : vous en connaissez au moins un type :
Il s'agit des lampes à filament de tungstène dont la résistance est faible à température ambiante mais qui augmente lorsqu'elle est alimentée.
 
 
Une piste de circuit imprimé est AUSSI une résistance !
 
Le site suivant :
http://nononux.free.fr/index.php?page=elec-brico-outils#!elec-brico-outil-largeur-piste-pcb
... propose un calculateur de piste de circuit imprimé.
 
Étonnant :
Une piste de cuivre en épaisseur 35 µm, de largeur 0,3 mm et de longueur 30 mm représente une résistance de 50 mΩ.
Si cette piste est parcourue par un courant de 1 A, la chute de tension sera d'environ 50mV et la puissance dissipée (perdue) par cette portion de piste sera... environ 50 mW !
 
Fichtre !
 
Je suis certain que vous n'aviez pas vu les choses de cette façon !
 
 
 
 
Références internet :
http://fr.wikipedia.org/wiki/CEI_60063
http://webetab.ac-bordeaux.fr/Pedagogie/Physique/Physico/Electro/e07rtor.htm#Code%20des%20couleurs
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_%28composant%29
http://nononux.free.fr/index.php?page=elec-brico-outils#!elec-brico-outil-largeur-piste-pcb
That's all Folks !
 
ÉLECTRONIQUE de BASE
 
 
Table des matières :
  • Préambule
  • Unités
  • Deux grandes familles de condensateurs
  • Représentations schématiques et notations
  • Gammes normalisées
  • Marquage et lecture
  • Constitution physique
  • Caractéristiques limites
 
Avant toutes choses je précise que l'étude des condensateurs est un TRÈS TRÈS vaste sujet.
Il n'est donc pas question de faire un exposé exhaustif qui nous entraînerait beaucoup trop loin.
 
 
Préambule
Le condensateur est un composant électrique ou électronique conçu pour pouvoir emmagasiner une charge électrique importante (c'est-à-dire de l'énergie) sous un faible volume.
C'est un accumulateur d'énergie.
 
 
Unité
L'unité de capacité est le farad, du nom du physicien et chimiste anglais Michael FARADAY.
 
Symbole : F
 
Cette unité est en pratique très grande.
On utilise usuellement ses sous-multiples, microfarad (symbole : µF), nanofarad (symbole : nF) et picofarad (symbole : pF). (voir le "topo" sur les unités)
Depuis quelques temps on a vu apparaître sur le marché des condensateurs de fortes valeurs : plusieurs farads, voir plusieurs dizaines de farads.
Pour mémoire, en considérant la Terre comme une sphère conductrice de 12 800 km de diamètre, on trouve une capacité de ~710×10-6 farad (~710 µF)
 
 
Comme tous les noms d'unités du Système international, « farad » s'écrit en minuscules . En revanche, comme ce nom provient du patronyme d'un physicien , le symbole associé « F » s'écrit en majuscule.
 
J'ajoute que, le cas échéant, « farad » prend la marque du pluriel comme n'importe quel nom commun.
 
 
 
Deux grandes familles de condensateurs
 
Condensateurs polarisés
 
Ces condensateurs sont sensibles à la polarité de la tension électrique qui leur est appliquée.
Ils ont une borne négative et une borne positive.
Ce sont essentiellement les condensateurs de technologie « électrolytique » (également appelée, par abus de langage, « chimique ») et « tantale ». (voir plus loin).
Une erreur de branchement ou une inversion accidentelle de la tension aux bornes conduit généralement à leur destruction, qui peut être très brutale, voire explosive, particulièrement sur des condensateurs de plusieurs farads.
Leurs valeurs s'échelonnent de 500 nanofarads à plus de 100 farads (!!!) pour les derniers nés de la technologie moderne.
 
Condensateurs non polarisés
 
Ils ne sont pas sensibles à la polarité de la tension.
 
Leurs valeurs s'échelonnent de 1 picofarads (1 pF = 10-12 F) à environ 10 microfarads (1 µF = 10-6 F).
Ce sont donc plutôt des condensateurs de faible capacité, mais souvent avec une tension de service élevée.
 
 
Représentations schématiques et notations
 
Les résistances ont une seule représentation schématique (sauf cas très spéciaux).
Les condensateurs, eux, sont représentés de différentes façons en fonction du logiciel que l'on utilise et de certaines habitudes "nationales".
 
Condensateurs non polarisés
 
En général, aucune ambiguïté : 2 traits parallèles et c'est tout
 
Condensateurs polarisés
 
Représentations dans le logiciel DesignSpark
 
Représentations courantes.
La troisième ne se rencontre pratiquement plus.
Elle est pourtant claire et pratique.
 
Représentation dans le logiciel PROTEUS ISIS
 
Notations schématiques
 
Un condensateur, quel que soit son type, est usuellement noté "Cxx".
On indique la valeur de capacité ET la tension maximale de service.
La valeur de la capacité est habituellement indiquée de façons suivantes :
  • 100 nF = 100.10^-9 F que l'on prononce «100 nanofarads» ;
  • 100 n, (on omet le nom de l'unité et on se contente du préfixe, puisqu'il s'agit obligatoirement de farads) ;
     
  • 47 pF ou 47 p = 47.10^-12 F que l'on prononce «47 picofarads» ;
  • 4,7 nF ou 4,7n ou 4n7
    dans le 3e cas, la lettre « n » indique la position de la virgule ;
     
  • 220 µF = 220.10^-6 F que l'on prononce «220 microfarads» ;
  • 220 µ (on omet le nom de l'unité) ;
  • 2,2 µF ou 2,2 µ ou 2µ2
 
Aussi simple que pour les résistances !
... ben pas vraiment...
 
Exceptions :
 
Sur les schémas, et même dans les calculs, on rencontre de façon très courante des notations surprenantes, pour ne pas dire exotiques.
Bien entendu certaines de ces notations sont erronées... mais elles existent et il faut savoir les décoder.
 
Exemples :
  • 15 000 pF ou 15 000 p, alors qu'on aurait pu et dû écrire 15 nF. Jusque là, rien de grave.
  • 4700 µF ou 4700 µ, alors qu'on aurait pu et dû écrire 4,7 mF (millifarad)
 
En fait, l'usage en électronique veut qu'on emploie le pico-, le nano-, le micro-farad... et le farad mais quasiment jamais le millifarad.
 
Encore plus fort : (vu sur ebay)
Pour les condensateurs électrolytiques on rencontre - surtout chez les américains - les notations
100uF, 100 UF, 100 MF en lieu et place de 100 µF !!!
Là par contre ça devient grave. Ils ont tout mis... Sauf la bonne !
 
  • en effet, le préfixe «M» existe mais il vaut 10^+6 ( et pas 10^-6 ) et il se prononce «méga» !!!  (voir la table des préfixes).

    La désignation 100 MF est donc une ineptie, même si il n'y a pas de doute quant au véritable ordre de grandeur de la valeur, puisqu'un condensateur de 100 mégafarads est impossible à fabriquer dans l'état actuel de la technologie.
 
Ah ! ces américains.
  • le préfixe «U» n'existe tout simplement pas. Il n'est en fait que le préfixe «u» en majuscule !
  • le préfixe «u», lui, s'explique plus facilement : les claviers américains n'ont pas les lettres accentuées en direct, ni le caractère grec «µ», pourtant courant sur les claviers français.
 
Par commodité, «µ» est remplacé par «u» dans des logiciels d'origine anglosaxone comme PROTEUS par exemple.
Donc, sur ce point, et sur ce point seulement, nos amis américains sont pardonnés.
 
 
 
Gammes normalisées
Eh oui ! Au pluriel.
J'avais prévenu : le condensateur, c'est pas simple !
 
Les séries «Exx» sont en principe associées à une tolérance de fabrication :
 
  • E3 : ±40 %,
  • E6 : ±20 %,
  • E12 : ±10 %,
  • E24 : ±5 %,
 
Ci-dessous un tableau résumé des séries les plus courantes :
Pourquoi une série E6 avec des valeurs aussi éloignées les unes des autres ? (chaque valeur vaut environ 50% de plus que la précédente).
Tout simplement parce qu'en ce qui concerne certains types de condensateurs (électrolytiques en particulier. Voir ci-dessous), les technologies de fabrication conduisent à des écarts de valeurs importants par rapport à la valeur nominale visée.
Dans ce cas, les séries E12 ou E24 n'auraient aucun sens.
Condensateurs non polarisés :
Il s'agit des condensateurs de faible valeurs (souvent < 1 µF), de technologie non électrolytique (sauf exception très particulière).
Leurs tolérances de fabrication sont généralement de l'ordre de 10%.
La gamme des valeurs est donc généralement E12.
 
 
Condensateurs polarisés :
Ce sont les condensateurs électrolytiques ou les condensateurs "tantale".
Leurs tolérances de fabrication sont généralement de l'ordre de 20% à 40%.
La gamme des valeurs est donc généralement E6 et parfois E3.
 
Voir à ce sujet l'extrait "Wikipedia" de la norme CEI 60063 dont est extrait le tableau ci-dessus.
 
 
 
Marquage et lecture
(Sous-titre : « Ici tout se complique »)

Il est déraisonnable d'essayer d'expliquer tous les types de marquages.
 
Cas simple : les condensateurs électrolytiques :
 
La capacité et la valeur limite de tension d'utilisation sont marquées «en clair».
La plupart du temps ces condensateurs sont assez volumineux pour permettre un marquage non codé.
 
Remarque :
 
Sur les condensateurs électrolytiques, la bande étroite de couleur différente marque la borne «moins», c'est-à-dire la cathode du condensateur, même lorsque le signe «moins» n'est pas indiqué.
Sur les deux condensateurs au centre, cette borne «moins» correspond aussi à la patte courte.
J'aime la simplicité des condensateurs électrolytiques !
 
Utilisation du codage couleurs :
Historiquement, les condensateurs électrolytiques de forte capacité (xxx microfarads) sont apparus bien après les condensateurs de faibles valeurs, plus faciles à fabriquer avec les technologies du début du XXème siècle.
 
Aux débuts de la radio on utilisait des condensateurs de quelques pico à quelques nanofarads non polarisés.
 
Les condensateurs de valeurs supérieures (quelques microfarads) étaient rares.
 
On a donc tout naturellement employé le picofarad pour caractériser la capacité des condensateurs.
 
Exemple n° 1 :
 
Génial, non ?
Et encore, c'est le cas le plus simple.
 
Exemple n° 2 :
 
Comme il s'agit de condensateurs il est logique et quasi indispensable de préciser la tension de service.
 
C'est ce que fait la 5ème zone de couleur.
 
Ah, ben non... pas pour ceux ci-dessous...
ARDUBLOCKLY_num-346_(2020-04-16_18-39).p
 
NDLR : si vous trouvez un condensateur tout rouge avec des points noirs... c'est une coccinelle !
 
Voici le tableau qui devrait permettre de décrypter les codes couleurs des condensateurs,
quel que soit leur type :
 
On constate déjà, dans les deux exemples précédents, que la pratique est souvent assez éloignée de la règle.
 
 
Exemple n° 3 :
 
Marquage « en clair » :
Ouf ! On va enfin y voir un peu plus clair !
Exemple n° 1 :
 
Presque tous les condensateurs plastiques de qualité courante, dans les valeurs de 1 à 1000 nF, sont marqués ainsi.
Que du bonheur !
 
 
Exemple n° 2 :
 
Exemple n° 3 :
Ahhh !
Cette notation apparaît soit seule (cas ci-contre), soit en double avec une inscription en clair de la valeur.
Capacité = 100nF
Si, si !
« 104 » c'est la valeur exprimée en « picofarads » !
104 correspond à 10 x 10^4, soit 100 x 10^3 picofarads,
càd 100 nanofarads.
 
Ce type de marquage s'apparente au marquage des résistances CMS :
  • 2 chiffres pour la valeur ;
  • 1 chiffre pour le multiplicateur.
 
... sauf qu'ici, l'unité de base est le « picofarad » et pas le « farad » !
Vous suivez ?
 
 
 
Marquage alphanumérique résumé
 
 
Indication de la capacité

47 : 47pF ou 47µF selon le type de condensateur. En général, il n'y a pas de doute possible
.47 : 0,47µF

4p7 : 4,7pF - le symbole p (n pour nano, u ou µ pour micro) marque la place du point décimal
47n : 47nF
n47 : 0,47nF = 470pF
4k7 : 4700pF - sur les condensateurs céramiques, la lettre k peut être un multiplicateur par 1000 !
104 : 10x10000 = 100nF - le 3ème chiffre représente le nombre de zéros à ajouter au nombre formé par les deux premiers chiffres.
4R7 : 4,7pF - un "R" remplace le point décimal (et pourtant, il ne s'agit pas d'une résistance ! )
R47 : 0,47pF (même remarque)
 
Indication de la tolérance
pas de tolérance indiquée ⇒ en général 20%
5% : 5%, sans aucun doute
.22 J 63 : 0,22µF - 5% (voir tableau alphabétique des tolérances ci-dessus) - 63V
220n K : 220nF = 0,22µF 10% (lettre K)
0,47/10 400V : 0,47µF 10% 400volts (le symbole % est souvent omis)
473K : 47nF 10%
 
Indication de la tension

.33 K 63 : 0,33µF 10% 63 volts (l'unité V est très souvent omise)
0,22/250 : 0,22µF 250 volts
0,01/10/160 : 10nF 10% 160 volts
4n7 K 100 : 4,7nF 10% 100 volts
561K63V : 560pF 10% 63 volts
500pF 500V- 200V~ : 500pF 500volts en continu et 200 volts en alternatif
100M1kV : 100pF 20% 1000 volts (1 kilo-volts)
 
... et pour finir, un premier piège :
« 330 » peut vouloir dire 33 pF (33 x 100 en codage chiffré) ou 330 pF (codage en clair) !
 
... et un deuxième piège :
« 479 » : écart de règle. La valeur est ici de 4,7 pF (47 divisé par 10) : le chiffre 9 ne signifie pas «9 zéros»,
mais «divisé par 10» !
 
Non, non, ne partez pas tout de suite...
 
Condensateurs « CMS »
Là le problème est encore plus compliqué.
Contrairement aux résistances CMS, les condensateurs CMS ne portent que très rarement un marquage !
 
Bien malin celui qui est capable de distinguer ces deux condensateurs « à l'œil » !
C'est même rigoureusement impossible.
 
Pourquoi une telle différence de traitement dans l'identification des condensateurs et des résistances ?
 
... d'autant que les condensateurs « tantale », eux, sont marqués.
 
Bon, d'accord, ils sont un peu plus gros, mais les résistances CMS 0603 sont très petites et pourtant elles sont marquées !
 
Voilà un grand mystère qui n'est pas près de trouver une explication.
 
 
Conclusion pratique
 
J'avais prévenu : avec les condensateurs, rien n'est simple !
DONC...
Un bon conseil :
Quand vous achetez des condensateurs de faibles valeurs, quel que soit leur type, ne perdez ni la boite, ni la facture !
 
Sans cette précaution, le stock de condensateurs sera vite un joyeux foutoir (pour rester ploli).
 
 
 
Constitution physique des condensateurs
 
Un condensateur est formé de deux armatures conductrices (A) séparées par un isolant appelé diélectrique (D).
Le diélectrique peut être en verre, air, film plastique, mica, céramique, papier.
 
Pour faire simple :
  • plus la surface des armatures est grande, plus la capacité est importante ;
  • plus le diélectrique est mince, plus la capacité est importante ;
  • plus le diélectrique est mince, plus faible sera la tension de service. Mais cette tension de service dépend aussi de la qualité et de la nature du diélectrique.
 
Tout l'art consiste à trouver des technologies pour augmenter la surface des armatures, diminuer l'épaisseur du diélectrique et obtenir une tension de service et une capacité adéquates, des fuites faibles ainsi que des performances en terme de fréquence.
C'est ce qui explique le nombre important de types de condensateurs.
 
 
Caractéristiques des condensateurs
et
domaines d'applications
 
  • un condensateur est essentiellement caractérisé par la valeur de sa capacité, exprimée en farads, comme nous l'avons vu ci-dessus.
  • une deuxième caractéristique très importante est la tension de service.
 
... mais ce n'est pas tout :
  • un condensateur peut être « polarisé » ou non.
  • la nature du diélectrique conditionne son domaine d'utilisation ( audio, radio-fréquences, filtrage, découplage, etc.).
 
Chaque modèle de condensateur est aussi caractérisé par :
 
  • une température de fonctionnement maximale ;
  • un taux d'humidité ambiante maximale ;
  • une tolérance de valeur ;
  • un courant de court-circuit maximal ;
  • une résistance série équivalente ;
  • un courant de fuite ;
  • etc.
 
Le non respect des limites d'utilisation peut conduire à de sérieux déboires.
 
Quelques repères rapides concernant l'usage du condensateur en fonction de la nature du diélectrique :
Quelques repères rapides concernant l'usage du condensateur
en fonction de la nature du diélectrique :
 
 
En fait, dans nos applications électroniques en modélisme nous utilisons essentiellement deux types de condensateurs :
 
  • les condensateurs électrolytiques aluminium ;
  • les condensateurs à diélectrique plastique.

Plus rarement on utilisera des condensateurs céramiques.
 
 
Condensateurs électrolytiques aluminium :
filtrage
 
Un condensateur électrolytique est une réserve d'énergie importante, voire très importante.
 
  • valeurs de capacité comprises couramment entre 1 µF et 10 000 µF ;
  • tensions de services plutôt basses, entre 10 volts et 63 volts, plus rarement jusqu'à 500 volts (à droite ci-dessus) ;
  • polarisés, càd que la tension aux bornes ne doit jamais s'inverser ;
  • volumineux.
 
Le condensateur a une anode « + » et une cathode « – ».

Sur les condensateurs radiaux (ci-dessus au centre et à droite) la cathode est repérée par une bande de couleur verticale.
Sur les condensateurs axiaux (ci-dessus à gauche) l'anode est repérée par une gorge. Dans certains cas, comme ci-dessus, la cathode est aussi repérée par une bande fléchée contenant le signe « - » ;
 
Schéma simple d'une alimentation « redressée / filtrée » :
 
C'est le cas typique d'utilisation d'un condensateur électrolytique de forte capacité : filtrage d'une tension redressée.
En sortie du pont de diodes, la tension est redressée, càd continue, mais avec une ondulation qui la rend impropre à alimenter un circuit électronique.
Le condensateur électrochimique vient « lisser » cette ondulation pour la rendre acceptable.
⇒ plus le condensateur est de forte valeur, plus l'ondulation résiduelle est faible.
 
Calculs :
Cela ne signifie pas qu'il faut à tout prix utiliser un condensateur de 10 000 µF.
En fait, en l'absence de consommation, l'ondulation est nulle et la tension de sortie est parfaitement continue.
 
Par contre, si l'alimentation ci-dessus alimente une charge (LED, montage électronique, etc.), le condensateur se déchargera un peu entre chaque alternance.
 
C'est ce « un peu », càd l'ondulation résiduelle, qui doit être acceptable :
 
Vrés. = Tension d'ondulation souhaitée, en volts ;
I = courant consommé, en ampères ;
f = fréquence d'ondulation, en hertz ;
C = valeur du condensateur de filtrage, en farads.
 
Exemple :
Vrés. acceptable = 2 volts ;
I = 1 ampère ;
f = 100 hertz ; ⇒ C = 1 / (100 x 2) soit C = 5000 µF
 
Si on est plus exigeant :
Vrés. = 0,5 volts ;
I = 1 ampère ;
f = 100 hertz ;  ⇒ C = 1 / (100 x 0,5) soit C = 20 000 µF
 
OK ! Là on a vraiment un gros condensateur !
 
Si il s'agit d'alimenter un ensemble de LED qui consomment au total 100mA, à partir d'une tension de 5 volts :
 
Vrés. acceptable = 0,5 volts ;
I = 0,1 ampère ;
f = 100 hertz ;  ⇒ C = 0,1 / (100 x 0,5) soit C = 2 000 µF
 
Pour des feux de fin de convoi à LED alimentés à partir d'une alimentation 5V DC :
Vrés. = 0,5 volts ;
I = 0,005 ampère (soit 5 mA) ;
f = 100 hertz ;  ⇒ C = 0,005 / (100 x 0,5) soit C = 100 µF
 
Note 1 :
En fait, on n'utilise rarement une alimentation simplement filtrée, précisément pour cette raison : bien filtré = GROS condensateur.
L'adjonction d'un régulateur de tension en plus du filtrage permet d'être moins exigeant sur la valeur de l'ondulation résiduelle et donc d'employer un condensateur plus petit et moins cher.
 
Note 2 :
À la sortie du redresseur, le condensateur de filtrage est toujours alimenté avec la même polarité. C'est ce qui permet d'utiliser un condensateur électrolytique polarisé.
 
Note 3 :
Le calcul ci-dessus ne renseigne pas sur la tension de service du condensateur.
Si la tension de sortie de transformateur est 12 V AC (alternatif) alors on choisira un condensateur avec une tension de service de 25 V DC (DC = Direct Current = continu).

Mieux vaut prendre une marge de sécurité plutôt que risquer l'éclatement du condensateur.
 
 
 
 
Condensateurs électrolytiques aluminium :
accumulateur d'énergie
 
IDENTIFICATION des CMS

 

CMS Composants Montés en Surface.

SMD Surface Mounted Divice

CMS_Table_2.jpg
CMS_Table_3.jpg
CMS_Table_1.png
Abondance de biens ne nuit pas...
Voici 3 tables qui expliquent la codification des dimensions des composants CMS.
CLIC sur les images pour les agrandir.
1. Capacité Tantale boitier A (Dessous et Coté)

2. Capacité Tantale boitier D (Dessus et Coté)

3. Capacité électrolytique (Coté)

4. Capacité électrolytique (Dessous)

5. 0805 Céramique

6. 1206 Céramique

7. 1210 Céramique

8. High Q Porcelaine RF

9. Variable trimmer (Dessus et Dessous)
1. 1 Watt 1218

2. 1206 1/4 Watt

3. 0805 1/8 Watt

4. Potentiomètre (Dessus et Dessous)
Sur toutes ces images, la résistance filaire 1/4 watt donne l'échelle de taille.
 
Les valeurs sont codées comme suit :
  • Codage sur trois ou quatre chiffres :
    • Codage sur 3 chiffres :
      2 premiers chiffres : valeur,
      3ème chiffre : nombre de 0.
      Exemples : 223 = 22 kΩ ; 101 = 100 Ω.
    • Codage sur 4 chiffres :
      3 premiers chiffres valeur,
      4ème chiffre : nombre de 0.
      Exemples : 1001 = 1kΩ.
  • Pour les faibles valeurs le 3ème chiffre peut être remplacé par R. Exemple : 56R = 56 Ω
  • Pour les trés faibles valeurs, le R est utilisé comme virgule entre le premier et le deuxième chiffre. Exemple : 5R6 = 5,6 Ω
1. DIP 20 pattes (pour comparaison)

2. SOIC 20 pattes (large)

3. SOIC 8 avec radiateur

4. SOIC 8

5. SSOP 20 pattes
1. transistor de puissance

2. Led CMS

3. MELF Diode (Metal Electrode Leadless Face :
face constituées par les électrodes métalliques sans fil)

4. SOT à 4 pattes

5. Diode SMB

6. SOT-223 3 pattes (transistor, régulateur, double diode...)
1. 1008 Inductance

2. 1210 perle ferrite Bead

3. Inductance variable

4. transformateur RF

5. perle ferrite

 

 

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