Bases d'électronique - L'électricité - Composants électroniques

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L'histoire de l'électronique a été marquée par l'introduction de composants qui ont amené à de nouvelles solutions et technologies. La vraie révolution en a été l'introduction du transistor, précédée par celle du diode qui a définitivement marqué la naissance de l'électronique numérique amenant ainsi à l'introduction des microprocesseurs. Ci-après sont illustrés les principaux composants et leurs caractéristiques.

4.3.1. Résistance

La résistance est un composant qui s'oppose au passage du courant électrique en dissipant de l'énergie sous forme de chaleur. Elle est indiquée par la lettre R et est mesurée en Ohm. Comme nous le verrons plus loin dans la description de la loi d'Ohm, la résistance lie en une seule formule la tension V et le courant I. Examinons un cas particulier : en appliquant une tension V à une résistance R se produit le passage d'un courant I et les trois grandeurs en question sont reliées par la relation:

Équation 4.1. Loi d'Ohm 

Loi d'Ohm



4.3.2. Condensateur

Cet élément est constitué par deux plaquettes de métal parallèles, posées à une toute petite distance. Si on applique une tension à ces deux plaquettes, celles-ci sont en mesure de maintenir la charge accumulée produisant ainsi un champ électrique à l'intérieur de la fissure, assimilable au passage d'un courant, comme il est illustré dans la figure ci-après:

Bases d'électronique - Charge d'un condensateur

Charge d'un condensateur

La quantité de charge qu'un condensateur est en mesure d'emmagasiner est appelée capacité (C) et est mesurée en Farads. La figure montre un condensateur d'une capacité C auquel est appliquée une tension V. Ci-après la formule qui relie capacité, tension et charge accumulée:

Équation 4.2. Charge d'un condensateur 

Charge d'un condensateur

Quand on applique une tension à un condensateur déjà déchargé, celui-ci commence à se charger jusqu'au point d'atteindre la charge maximum qu'il peut accumuler. Au-delà de cette limite, le condensateur n'est plus en mesure d'emmagasiner la charge, et si on ôte la tension, le condensateur reste chargé. Un condensateur chargé présente une tension constante à ses extrêmités et s'il est ensuite relié à une résistance il se décharge sur elle, produisant un courant. Les deux processus de charge et décharge d'un condensateur ne sont pas instantanés mais adviennent à un temps détérminé qui dépend des caractéristiques du condensateur ainsi que du circuit dans lequel il est introduit. Pendant que le condensateur se charge, on observe un mouvement de charges du signe opposé qui s'accumulent sur les deux plaquettes et ce mouvement de charges produit un courant. Quand le condensateur est complètement chargé, il ne permet plus l'accumulation d'autres charges et se comporte en conséquence comme un circuit ouvert qui empêche le passage du courant. Ce comportement est à la base du fonctionnement des filtres passe-haut [Filtres ] . Imaginons d'appliquer au condensateur une tension à cheminement sinusoïdal. Si la fréquence de la sinusoïde est telle que la semi-onde positive est plus rapide que le temps de charge du condensateur, celui-ci n'aura pas le temps d'atteindre sa charge maximum et la semi-onde négative interviendra pour le décharger. De cette manière, le passage du courant à l'intérieur du condensateur ne s'interrompt jamais. En revanche, dans le cas d'une basse fréquence, le condensateur atteint sa charge maximum avant que la semi-onde positive ne se termine et à ce moment-là, le passage du courant en est bloqué.

Ainsi, un condensateur bloque le passage des basses fréquences (provoquent la charge complète qui interrompt le passage du courant) et peut être employé comme filtre passe-haut:

Bases d'électronique - Simple filtre passe-haut

Simple filtre passe-haut



4.3.3. Inducteur

Lorsqu'un conducteur est immergé dans un champ magnétique, celui-ci attire les électrons et les met en mouvement, produisant ainsi un courant. Au contraire, à proximité d'un conducteur traversé par un courant, un champ magnétique se produit, dont les lignes de force sont distribuées comme ci-après:

Bases d'électronique - Champ magnétique provoqué par un courant dans un conducteur

Champ magnétique provoqué par un courant dans un conducteur

Dans les circuits l'inducteur est identifié par la lettre L et sa valeur d'induction est mesurée en Henry. Un inducteur est, en fait, un conducteur embobiné en forme de spirale. Quand il est parcouru par un courant, se produit un champ magnétique dont les lignes de force sont distribuées comme illustré dans la figure ci-aprés:

Bases d'électronique - Champ magnétique induit par un courant dans un inducteur

Champ magnétique induit par un courant dans un inducteur

Un inducteur peut être efficacement employé comme filtre passe-bas se servant d'une propriété d'inertie du champ magnétique. En appliquant un courant à cheminement sinusoïdal, un champ magnétique, lui aussi sinusoïdal, est produit. Cependant, si la fréquence est trop élevée, la semi-onde négative produit un champ magnétique avec lignes de force opposées à celles produites par la semi-onde positive qui n'ont pas eu le temps de s'éteindre; le passage du courant est alors empêché.

Bases d'électronique - Simple filtre passe-bas

Simple filtre passe-bas

En combinant l'action des condensateurs et des inducteurs, on peut réaliser des circuits avec fonction de filtre passe-bande:

Bases d'électronique - Simple filtre passe-bande

Simple filtre passe-bande



4.3.4. Impédance

Quand on applique à un condensateur un signal contenant un ensemble de diverses fréquences, comme un signal sonore, il réagit de manière différente à chaque fréquence. En outre, comme chaque composant est fabriqué avec du matériel ayant une résistance spécifique, on utilise, pour identifier le comportement de l'élément, une grandeur qui tienne compte de cette caractéristique. Telle grandeur prend le nom d'impédance et est indiquée par la lettre Z. Elle assume la forme suivante pour un condensateur:

Équation 4.3. Impédance du condensateur 

Impédance du condensateur

La formule indique que l'impédance d'un condensateur dépend de la fréquence. En plus, elle est composée de deux éléments: le premier prend le nom de résistance et donne une mesure de la résistance effective de l'élément, le second prend le nom de réactance et introduit la dépendance de la fréquence. Enfin, le symbole j (on doit lire iota) indique que la réactance est un nombre imaginaire. Ce qui a été expliqué jusqu'à présent sera suffisant pour comprendre les implications sur le signal sonore et les circuits qui le manipulent. Il est à noter que pour f=0 (dans le cas du courant continu) l'impédance du condensateur devient infinie, simulant un circuit ouvert, alors que pour f=infini l'impédance coïncide avec la résistance.

Nous avons également pour l'inducteur une valeur d'impédance égale à:

Équation 4.4. Impédance de l'inducteur 

Impédance de l'inducteur

Il est à noter que pour f=0 l'impédance coïncide avec la résistance alors que pour f=infini l'inducteur se comporte comme un circuit ouvert. De ce point de vue, le condensateur et l'inducteur ont des comportements opposés.



4.3.5. Diode

Cet élément permet le passage du courant dans un seul sens. En appliquant une tension avec une certaine polarité à ses extrêmités, le courant passe. En appliquant la polarité opposée, le courant ne passe pas. Le symbole utilisé dans les circuits pour le représenter est le suivant:

Bases d'électronique - Diode

Diode

Le LED (Light Emitting Diode, diode à émission lumineuse) est un type de diode particulier. Cet élément a la propriété de libérer un faisceau de photons (il s'allume) quand il est parcouru par un courant.



4.3.6. Transistor

On obtient un transistor en configurant opportunément deux diodes. Il est pourvu de trois connecteurs: base, collecteur et émetteur.

Son symbole est le suivant:

Bases d'électronique - Transistor

Transistor

Il est utilisé sous diverses modalités et configurations. C'est sa fonction d'amplificateur qui nous intéresse dans la pratique du son.

Un transistor est en mesure de fournir une amplification de puissance au même titre qu'une amplification de tension ou de courant. Voyons un exemple de son fonctionnement.

En appliquant une petite variation de tension entre émetteur et base il se produit une excursion relativement élevée du courant sur l'émetteur. Une fraction de cette variation de courant est receuillie par le collecteur augmentant ainsi la différence du potentiel entre la base et le collecteur. En conséquence, une petite variation de potentiel appliquée entre la base et l'émetteur produit une variation de tension entre base et collecteur relativement élevée, réalisant ainsi une amplification de tension.



4.3.7. Amplificateur opérationnel

Ce genre d'amplificateur est en mesure d'amplifier une différence des signaux. Le symbole utilisé à cet effet est le suivant:

Bases d'électronique - Amplificateur opérationnel

Amplificateur opérationnel

En général on l'utilise comme stade d'entrée pour les connections balancées [Connections électriques balancées ] et dans les fader de type VCA [Contrôles VCA ] .



4.3.8. Transformateur

Cet élément exploite le phenomène de l'induction électromagnétique[8 ] des conducteurs embobinés. Si à proximité d'un conducteur embobiné, parcouru par un courant, on en pose un autre, le champ magnétique du premier envahira celui du second et y induira le passage d'un courant. Le nombre de spires détermine la différence entre les deux courants et, en conséquence, détermine le rapport entre les tensions aux extrêmités des deux inducteurs. Donc, un transformateur, comme son nom l'indique, transforme une tension en une autre. La figure ci-après illustre un transformateur dont l'enroulement primaire a 20 spires et le secondaire en a 10. En appliquant une tension de 10 V au primaire on obtient une tension de 5 V sur le secondaire:

Bases d'électronique - Transformateur

Transformateur

Une autre propriété importante du transformateur consiste dans le fait qu'il peut agir comme adaptateur d'impédance. Comme nous le verrons quand on parlera de la chaîne d'amplification dans la section concernée, il est nécessaire que, lorsqu'on relie deux dispositifs, l'impédance de sortie du premier et celle d'entrée du second aient des valeurs qui respectent un rapport bien précis. Quand il devient nécessaire de changer la valeur de l'impédance (autrement dit réaliser une adaptation de l'impédance), en laissant les autres grandeurs électriques invariées, on peut avoir recours à un transformateur où on agit sur le rapport entre le nombre de spires du primaire et du secondaire.





[8 ] On entend par induction l'action électromagnétique d'un élément électrique sur un autre qui se trouve dans le rayon d'action de son champ magnétique.








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