Composants de base pour l'électronique - partie 1 : Résistances, relais électromécanique et transistors.

Dans cet article nous allons étudier de manière simple et empirique le fonctionnement de 3 composants électroniques essentiels dans les montages qui sont : la résistance, le transistor NPN et le relais électromécanique.




Même si j'ai une formation scientifique et quelques notions de mathématiques, je suis nul en électronique! Et mes derniers cours d'électricité ou j'apprenais à mettre en oeuvre la loi d'Ohm ou la loi des mailles remontent aux calanques grecques. 

Pourtant, quand on veut faire de la domotique par soit même (le fameux DIY), on a rapidement besoin de réaliser quelques petits montages électronique simples et personnalisés répondant exactement à notre besoin. 
Alors quand on est nul en électronique on commence par consulter quelques sites sur internet, lire quelques bouquins, acheter un fer à souder pour essayer de réaliser quelques montages afin de mettre en oeuvre ce que l'on a compris! Et ensuite, fatalement, ça ne fonctionne pas! On se rend compte qu'en réalité, il y a toujours un truc qui ne fonctionne pas comme prévu ou un petit détail qu'on ne comprend pas.

Et quand on est nul en électronique, les questions qu'on se pose, les problèmes que l'on rencontre, sont tellement basiques, que même en parcourant tous les tutos possibles et imaginable personne ne pense à en parler. 

Par exemple je me suis longtemps demandé pourquoi ils mettent des résistances un peu partout dans les circuits? Qu'est-ce qu'un "datasheet" et comment on le lit ? Comment marche un transistor, comment on le sature et si il va être assez puissant pour alimenter un microcontrôleur ou un petit moteur? Est-ce qu'il faut placer un interrupteur sur le fil + ou sur le - ? A quoi sert un condensateur et où le positionner sur un circuit? Des questions comme celles là, d'ordre pratique, j'en ai des milliers. 

Plutôt que de renoncer à réaliser mes montages électroniques j'ai décidé de monter en compétence en électronique et de constituer une base de connaissances opérationnelles et pratiques, sur l'utilisation des composants électroniques les plus courants. Cette "base de connaissances" sera sous forme d'articles dans afin de partager mon apprentissage avec vous et faire profiter à tous de cette "culture en électronique" que j’acquière au fur et à mesure de mes recherches et de mes réalisation.

Ceci est le premier de cette série d'articles. J'ai choisi de parler de la résistance, du transistor et du relais électromécanique car ces 3 composants vont m'être nécessaires pour créer un circuit qui va permettre à un microcontrôleur de s'auto-éteindre pour économiser au maximum son énergie. Mais ce sera l'objet d'un autre article.

Ici, l'idée est bien d'avoir accès à un sorte de savoir faire minimum qui ne nécessite pas de long calculs ou de longue théorie, pour des montages simple qui couvriront l'essentiel de nos besoins en domotique. Tous ces trucs et astuces ont été testés et fonctionnent dans mon écosystème. Le coté non académique de la démarche ne me permet pas de garantir que tout fonctionnera à l'identique dans votre contexte. Donc ne m'en veuillez pas si cela ne fonctionne pas chez vous ou si vous grillez quelques composants. 

Vous trouverez en annexe de cet article (ICI) les liens pour vous procurer le matériel que j'ai utilisé et validé.


Papy fait de la résistance 

Comme vous l'aurez compris avec cette superbe référence à un chef d'oeuvre du cinéma humoristique, dans ce chapitre nous allons parler des résistances.

C'est quoi une résistance ? 

Un résistance ça ressemble à ça :

Et son symbole pour les schémas est :


A quoi elles servent: Les résistances sont partout dans les circuits électroniques. La plupart du temps il est expliqué que les résistances servent à limiter le courant. Ce qui est vrai. Mais pas seulement! Elles peuvent aussi servir à réguler ou fixer des tensions à certains endroits dans un circuit ou encore à stabiliser le comportement de certains composants qui on tendance à s'emballer! Par exemple une diode qui va chauffer et en chauffant consommer de plus en plus de courant, et chauffer de plus en plus ... ainsi de suite jusqu'au point de rupture.

De manière général, lorsque nous allons réaliser un circuit, il faudra mettre au moins une résistance dans chaque maille (une maille est une boucle fermée entre le + et le - du générateur dans le circuit. Les circuits simples, en série n'ont qu'une seule maille). La valeur de cette résistance sera à calculer au cas par cas en fonction des tensions et des courants dont vous aurez besoin pour faire fonctionner les composants. 
Et de manière générale également, il faudra mettre une résistance devant chaque composant passif afin de le protéger. 


Conseil d'achat : N'hésitez pas à acheter un lot tel que celui-ci (ICI). Vous aurez toutes les valeurs principales en quantité, une boite de rangement et un tableau de lecture de la valeur. De plus, la tolérance est de 1%, ce qui signifie qu'elles sont fiables et la dimension des broches est bien adaptée pour le montage sur breadboard.

 A ses bornes s'applique la fameuse loi d'Ohm U=R*I.

Cette loi nous montre qu'il y a un rapport direct entre la valeur de la résistance, la tension du circuit et le courant qui y passe (l'intensité). La résistance se comportant de manière linéaire, elle ne peut pas être utilisée comme régulateur de tension sauf dans le cas où le circuit serait constitué uniquement de composants avec des tensions et un courant fixe (ce qui est rare car souvent dans un circuit il y a au moins un composant qui va avoir une consommation électrique variable en fonction de son activité).

Lire la valeur d'une résistance 

La valeur d'une résistance s'exprime en ohm dont les symbole est Ω.
Cette valeur se lit sur le composant avec les lignes de couleur inscrites dessus.
Chaque ligne correspond à un nombre dépendant de sa couleur tel que défini dans le tableau ci-dessous :



Un truc mnémotechnique pour se rappeler de l'ordre des couleurs du noir au blanc est de retenir la phrase: Ne Mangez Rien Ou Je Vous Brûle Votre Grande Barbe (vert est avant violet, comme dans un dictionnaire).

Pour lire cette valeur, il faut d'abord placer la résistance dans le bon sens. En général, si la résistance a un anneau doré ou argenté, il faudra le placer à droite. Sinon, c'est l'anneau le plus large qu'il faudra placer à droite. Parfois c'est très difficile d'identifier comment orienter correctement la résistance pour la lecture. Donc on fait le calcul dans les deux sens et on voit ce qui est le plus logique. 
Si vous avez un bon multimètre vous pouvez aussi mesurer directement la valeur de la résistance avec l'appareil. Si vous n'en avez pas, en annexe de cet article vous trouverez un excellent multimètre dont j'ai décrit les caractéristiques et le fonctionnement dans l'article ICI.

Il existe trois types de résistances: celles à 4 anneaux, 5 anneaux et 6 anneaux : 

  • Pour les résistances à 5 et 6 anneaux, les trois premiers anneaux donnent les chiffres significatifs, le quatrième donne le multiplicateur avec lequel il faut multiplier les chiffres significatifs. La dernière bande indique la précision.
  • Pour les résistances à 4 anneaux, les deux premiers anneaux sont les chiffres significatifs et le troisième est le multiplicateur.
Exemple de calcul : 

Sur l'image ci-dessus on lis :
  • Bande 1 : rouge = 2
  • Bande 2 : noir = 0
  • Bande 3 : noir = 0
  • Bande 4 : marron = 10
  • Bande 5 : marron = +/- 1%
Nous avons donc une résistance de 2 0 0 * 10 = 2000Ω. Facile! Sinon, vous pouvez utiliser ce lien (ICI) qui fera le calcul pour vous. 

Trucs à savoir 

Polarisation 

Une résistance n'est pas polarisée, c'est à dire que vous n'avez pas à vous préoccuper du sens dans laquelle vous la placez. 

Utilisation avec une LED 

  • Au dessus d'une tension de 1,5V, pour protéger une LED, il faut toujours mettre une résistance. La LED en général va s'allumer autours de 1mA et supporter jusqu'à 20mA. Au dessus elle peut griller rapidement. Pour un courant de 5V il faudra donc mettre une résistance minimum de 175Ω et jusqu'à 2000Ω. Donc il y a de la marge ! 
  • La résistance peut se trouver avant ou après une LED dans un circuit. 

Régulation de tension

La résistance ayant des caractéristiques fixées par la loi U=R*I, nous voyons que son comportement est linéaire. On ne peut donc pas, comme on le croit souvent, l'utiliser comme un régulateur de tension. Un régulateur de tension doit délivrer une tension fixe quelle que soit les variations d'intensité et de tension du courant d'entrée (par exemple le L7805CV).


Le Transistor NPN


Le transistor est un composant génial qui a révolutionné l’électronique en son temps. 

Si on souhaite l'utiliser au maximum de ses capacités et de la multitude de configurations et usages possible, il faudra rapidement réaliser de nombreux calculs et acquérir des notions théoriques assez poussées. Ce n'est pas du tout le but de cet article. Comme je l'ai dit dans l'introduction, je souhaite juste apporter ici des informations et un savoir faire pratique pour réaliser quelques circuits simples. Donc nous allons parler du transistor de manière très vulgarisée (tout en restant poli 😁) mais ce que nous allons apprendre suffira à répondre à nos besoins dans 90% des cas.

Il y a plusieurs types et plusieurs formes de transistors. Je ne parlerais ici que des transistor bipolaires PN et pas des MOSFET que nous verrons surement ultérieurement. Il y en a deux types : NPN et PNP. Pour le moment je n'utiliserai que le NPN (parce que je n'en ai pas d'autres).

C'est quoi et comment ça marche ? 

Un transistor est un composant qui possède 3 "pattes" et il est souvent comparé à une télécommande ou à un robinet car il fonctionne un peu comme ces deux objets au niveau du courant dans un circuit électronique.


Chacune des 3 broches porte un nom : base (B), collecteur (C), émetteur (E). Le but de ce composant est de réguler le courant qui passe entre (C) et (E) en fonction de l'intensité que l'on viendra appliquer sur (B).

Notre télécommande (ou robinet), c'est donc la base (B) : quand on applique un courant électrique sur cette dernière, c'est comme si on ouvrait le robinet et le courant circule entre le collecteur et l’émetteur. Quand il n'y a aucun courant sur la base, c'est comme si le robinet était fermé et aucun courant ne circule entre (C) et (E).

Plus le courant sur (B) est important, plus le robinet est ouvert et donc plus le débit entre C et E est important. Arrivé à un certain moment, qu'on appel la saturation, le robinet est complètement ouvert. Donc si on ajoute encore du courant sur la base, cela n'a plus d'effet sur le courant qui circule entre C et E. Si on veut que le transistor fonctionne comme un interrupteur télécommandé, il suffit juste d'envoyer un courant suffisamment important sur la base pour dépasser le seuil de saturation. Mais il faudra tout de même limiter ce courant car au delà d'un certain seuil il pourrait détruire le transistor. Il faudra donc mettre une résistance en série sur la base. Nous verrons plus loin comment calculer la valeur de cette résistance. 

En général la base dispose d'une source d'alimentation faible alors que C et E sont alimentés par un courant plus fort. Il peut donc y avoir plusieurs sources d'alimentation avec des tensions différentes qui viennent alimenter un transistor. On voit parfois noté dans les schémas VBB (qui est le + pour la base) et VCC (qui est le + pour le collecteur). Mais la base peut aussi être alimentée par le VCC (avec les résistances qui vont bien évidement). Si VBB et VCC sont différentes, il faudra tout de même un point commun à ces deux alimentations. Et ce point commun sera le "-" (cela signifie qu'il faudra que les pôles GND des deux alimentations soient connectés). 

L'effet "télécommande" c'est quand le transistor est en saturation. Dans ce cas là, il agit comme un petit interrupteur: 
  • La base n'est pas alimentée : le courant ne circule pas entre C et E.
  • La base est alimentée par un courant de saturation : le courant circule entre C et E.

Ce qu'il faut retenir c'est qu'avec un transistor, avec un petit courant sur la base, on peut contrôler le passage d'un courant plus important entre collecteur et émetteur.

Et ce sera super utile associé avec un microcontrôleur. 
Les broches (PIN) de ce derniers ne délivrent pas suffisamment de courant pour alimenter un composant qui nécessite plus d'une dizaine de mA. Donc on mettra la broche du microcontrôleur à la base du transistor et nous raccorderons le composant à alimenter à l’émetteur. Le collecteur sera au VCC. 

Si vous souhaitez en acheter je vous conseil un lot comme ICI qui vous permettra, pour moins de 15€, de disposer d'une quantité et d'une variété qui répondront à la plupart des besoins. 

Caractéristiques d'un transistor

Les différentes tensions et intensités dans un transistor sont affichées dans le schéma ci-dessous :


Pour quelqu'un qui voulait éviter les grands calculs et faire dans le pragmatisme j'avoue qu'un tel schéma peut commencer à faire un peu peur. Mais ne vous inquiétez pas, je vais expliquer de manière simple uniquement les caractéristiques importantes à connaitre pour réaliser nos montages et comment les trouver.

VCE 

Vce c'est la tension qui existe entre le collecteur et l’émetteur.

On distingue deux cas : 
  1. Quand le transistor est passant (et saturé) il se comporte presque comme un fil et VCE est faible. La plupart du temps entre 0.3V et 1V. Cette valeur va dépendre de l'intensité du courant qui passe sur la base et dans le collecteur. 
  2. Quand le transistor n'est pas passant, il se comporte comme un interrupteur ouvert, on retrouve sur VCE la tension du courant qui alimente le circuit. 
VCE est souvent affichée avec un minimum supporté (de l'ordre de 40V). Ce "minimum" est en fait la tension jusqu'à laquelle le constructeur du composant garanti la tolérance. On parle de minimum car il se peut que le transistor supporte une tension supérieure. Vous pouvez vous baser sur ce chiffre minimum et en faire votre maximum afin de ne prendre aucun risque de griller de transistor.

En ce qui me concerne je ne dépasse quasiment jamais des tensions de 12V et je travaille essentiellement avec du 9V, 5V ou 3.3V. Donc pas de questions à se poser sur la capacité du transistor.

Ce qu'il faut retenir de cette tension, c'est que c'est une tension qui est "perdue" dans votre circuit et qu'en cas de saturation elle est assez faible. Pour connaitre sa valeur lorsque le transistor est en saturation il faut se référer au "datasheet" du composant. Cette valeur est indiquée sous la dénomination Vce(sat). 


VBE 

C'est la tension entre la base et l’émetteur. Autrement dit la tension du courant qui va alimenter la base si on considère que l’émetteur va être raccordé au GND. A savoir :
  • Quand cette tensions est à 0 => il n'y a pas de courant dans la base => le transistor n'est pas passant (souvenez vous de notre robinet fermé). 
  • Quand cette tension dépasse un seuil, le transistor passe en saturation (souvenez vous le robinet qui est cette fois totalement ouvert) => tout le courant du collecteur passe dans l’émetteur :
    • Au dessus de ce seuil cela ne sert plus à rien d'augmenter la tension ou le courant de la base car le transistor est comme un interrupteur ouvert. 
    • En général ce seuil est de 0,7V et il est indiqué dans le datasheet du transistor sous la dénomination Vbe(sat).
    • VBE ne doit pas dépasser un maximum (autour de 6V pour les transistor basiques) sinon ça grille!
  • Il ne faut jamais mettre directement le pôle + du générateur entre la base et l'émetteur mais toujours placer une résistance en série sur la base avant le transistor pour que les tensions se répartissent entre la résistance et l'entrée du transistor.
  • VBE ne doit pas dépasser une valeur de seuil sous peine de griller le transistor. Autant la tension entre collecteur et émetteur peut atteindre les 40V, autant la tension entre Base et Émetteur est plus petite. De l'ordre de 6V maximum. Cette valeur est donnée dans le datasheet du composant.
Du fait que cette tension ne doivent pas dépasser un seuil assez petit et qu'il y ait déjà une tension aux bornes de la résistance placée en série sur la base, cela explique que la charge pilotée par le transistor NPN doive plutôt être placée en amont du collecteur.

Par exemple, imaginons que nous ayons besoin d'une tension de 4.5V pour faire fonctionner un moteur électrique (qu'on appellera la charge). Si la tension Vbe de saturation est 0.7V et si la tension aux bornes de la résistance sur la base est de 0,5V, nous aurons donc une tension maximum disponible sur l’émetteur de Vbb - 0,5 - 0,7. Si Vbb est la broche d'un microcontrôleur alimenté en 3.3V, cela ne nous laissera de disponible qu'une tension de  3.3-0.5-0.7= 2.1V. Ce qui est insuffisant pour notre moteur. Par contre, si on le place en amont sur le collecteur, nous pourrons avoir une alimentation Vcc de 12V par exemple. Ainsi, même si la perte de tension Vce est de 2V, cela nous laissera largement de quoi alimenter notre charge.

Je ne sais pas si tout cela est bien clair mais ce que je peux dire en résumé c'est que :
  • Vbe servira à calculer la résistance à placer sur la base. Cette tension sera d'environ 0,7V lors de la saturation (la valeur précise sera données dans le datasheet).
  • La charge dans le circuit devra être placée plutôt sur le collecteur et pas après le transistor sur l’émetteur. 


Autres caractéristiques importantes 

Le coefficient de gain appelé Hfe ou β : 

Comme nous l'avons vu, le transistor peu se comporter comme un robinet. Quand il est totalement ouvert, on dit qu'il est saturé. Sinon, entre l'état fermé et saturé, le courant appliqué sur la base permet de "régler" la quantité de courant qui passe du collecteur à l’émetteur. Il y a donc un rapport entre les deux. C'est ce qu'on appel le gain et souvent il est identifié sous la lettre β (beta) ou appelé Hfe.
Ce rapport s'écrit :
Ic = β*Ib

Le courant que l'on va retrouver dans l’émetteur sera la somme du courant qui provient du collecteur avec celui de la base:
Ie = Ib + Ic

Comme souvent Ib sera très faible par rapport à Ic on pourra  faire une approximation:
Ic ≃ Ie ≃ β*Ib.

De manière concrète, si vous voulez faire circuler un courant d'intensité I entre collecteur et émetteur vous devrez appliquer un courant I/β sur la base. Et si on souhaite que le transistor soit en saturation, nous devrons avoir:
Ib > Ic/β

Cette formule va nous être très utile pour déterminer la résistance qu'il faudra place sur la base en amont du transistor.

Prenons un exemple : 

Nous avons besoin d'un courant de 100mA pour alimenter une ampoule. Si le gain du transistor est de 40 alors il faudra appliquer un courant de 100/40 = 2.5mA sur la base.


Ce gain est sensible à la température. Plus elle sera importante, plus le gain sera important.

Lecture du Datasheet 

Toutes les valeurs caractéristiques d'un transistor telles que celles que nous avons évoqué ci-dessus, se retrouvent dans un document qui s'appelle le Datasheet. Ce document se trouve assez facilement sur internet (par exemple sur http://www.alldatasheet.fr). Tous les composants électroniques en ont un et ils ne sont pas toujours faciles à lire et à comprendre.
Pour vous aider, je vais vous détailler ce que j'ai compris du datasheet du transistor avec lequel j'ai travaillé : le PN2222A.

En fonction du constructeur du composant on pourra trouver des datasheet qui ont des présentations différentes. Mais l'important ce sont les valeurs qui se trouvent dans les tableaux. Et vous devriez toujours retrouver les principales.

Tableau "Off Characteristics":



Les 3 premières lignes indiquent les tension maximales aux bornes respectivement de :
  • collecteur - émetteur
  • collecteur - base
  • émetteur - base
Pourquoi ces tensions sont indiquées dans la colonne "Min" ? Tout simplement parce que pour le constructeur c'est une tension maximum minimale garantie par le constructeur. En fonction des composants, il se peut qu'une tension supérieure soit supportée. Le datasheet nous dit que le composant va supporter au minimum jusqu'à 40V entre le collecteur et l’émetteur.

Les deux lignes suivantes indiquent le courant de fuite (Cutoff Current), c'est à dire le courant qui va passer du collecteur et de la base vers l’émetteur lorsque le transistor n’émet pas. Pour connaitre la perte de courant il faudra additionner les deux lignes. Nous constatons que ce courant est tellement faible, qu'il est négligeable. Je me suis amusé à calculer qu'il faudrait 3000 ans pour que ce courant de fuite décharge une pille de 800mAh.

Tableau "On Characteristicz":




La première ligne du tableau affiche le gain qui est le rapport entre le courant de base et le courant au collecteur. Nous avons déjà évoqué cette caractéristique est c'est une des plus importantes car elle nous permettra de calculer la résistance de saturation.

Ce gain dépend du courant du collecteur et aussi de la tension entre collecteur et émetteur (Vce). Ici le datasheet affiche les données pour une tension collecteur - émetteur de 10V. Mais si cette tension est différente, alors les valeurs du gain pourraient varier.

Ensuite nous trouvons Vce(sat) et Vbe(sat). Ces deux valeurs représentent les tensions du transistor à ses bornes en saturation. Ce sont des caractéristiques qui vont être importantes quand nous allons devoir calculer la sommes des tensions dans nos montages pour savoir si les composants que nous voulons alimenter auront une tension suffisante pour fonctionner.


Trucs à savoir sur le transistor

Représentation schématique 

Sur les schéma on représente le transistor de la manière suivante : 


La flèche est sur l'émetteur entre la base et l’émetteur et son sens indique le sens du courant.

Pour se souvenir du sens de la flèche on a un moyen mnémotechnique :
  • NPN = Ne Pénètre pas. 
  • PNP = PéNètre.

Formats 

Il existe différents formats et chaque format propose une répartition des broches différentes. Voici un petit aperçu des principaux :


Polarisation 

Le courant ne passe que vers base et émetteur mais pas d’émetteur vers base (c'est comme s'il y avait une diode à l'intérieur).
Le courant peut également passer de base vers collecteur mais pas de collecteur vers base. Ce cas se retrouve quand l’émetteur est raccordé au + et le collecteur au -. Mais, bien que possible et présentant des caractéristiques intéressantes pour certains montages ce n'est pas de cette manière qu'il faudra utiliser le transistor.

Si, comme moi, vous le maîtrisez pas parfaitement l'utilisation d'un transistor il faudra l'utiliser comme ci-dessous :

  • Dans le cas d'un transistor NPN, le collecteur doit être plus positif que l’émetteur. Pour être sur que c'est le cas, l’émetteur sera toujours dirigé vers le GND et le collecteur vers le +.
  • Le collecteur sera raccordé au + du générateur. 
  • La base sera raccordée au positif d'un générateur également. Cela pourra être un autre générateur d'une tension différente. Mais dans ce cas les GND des deux générateurs doivent être raccordés afin d'avoir une base commune.  

Position de la charge dans le circuit 

On appel la charge le composant qui devra être alimenté par le transistor.
Déjà il faut savoir qu'un transistor n'est pas fait pour délivrer une grande quantité de courant : quelques centaines de mA au mieux. Ensuite pour alimenter des charges plus fortes il faudra utiliser des relais.
Dans le cas du transistor NPN, la charge doit se trouver entre le + du générateur et le collecteur.
Si on place la charge du coté de l’émetteur cela va fonctionner mais il faudra appliquer une tension beaucoup plus importante sur base car la tension entre base et émetteur sera "perdue" pour la charge.

En résumé placez la charge sur le collecteur!

Calcul de la résistance sur la base 

Comme nous l'avons vu précédemment, il faut placer une résistance sur la base du transistor pour protéger le composant et réguler la quantité de courant qui va être appliqué sur la base afin que cette dernière soit suffisante pour que le transistor soit en saturation : c'est à dire qu'il laisse passer la totalité du courant qui sera nécessaire au montage entre le collecteur et l’émetteur.
Pour calculer la valeur de cette résistance, nous pouvons prendre exemple sur le schéma ci-dessous qui est ultra simple : On souhaite que lorsque l'interrupteur se ferme, la lampe s'allume.


La première chose à faire est de connaitre le courant qui va être nécessaire dans le circuit principal qui contient la lampe. Pour l'exemple je vais prendre une valeur de 200mA (0,2A) . Donc Ic = 200mA.

Ensuite il faut déterminer la quantité de courant qui sera nécessaire sur la base. Précédemment nous avons vu que Ib = Ic / β.
β se trouve dans le datasheet. Si vous ne savez pas quelle valeur choisir, par sécurité prenez la plus faible. Dans mon cas je vais prendre 40. Nous aurons donc Ib = 0,200 / 40 = 5mA.

Pour finir, nous allons pouvoir déterminer la valeur de la résistance Rb que nous recherchons en appliquant la loi d'Ohm U = RI. Où : U sera notre Vbb. I sera notre Ib. Donc:
=> Rb = Vbb / Ib.
=> Rb = 3,3 / 0,005
=> Rb = 660Ω

Et voila, le tour est joué.

Mes erreurs : 

Voici la liste des principales erreurs que j'ai commises et que vous devez éviter.

  1. Si le circuit comporte deux sources de courant de tensions différentes, les deux pôles - doivent être reliés entre eux.
  2. Le composant qui doit être alimenté par le transistor NPN (ou contrôlé) doit se situer entre le + et le collecteur. Pas du coté de l’émetteur. 
  3. Un transistor NPN se polarise avec le collecteur vers le + et l’émetteur vers le -. L'inverse fonctionne mais dans ce cas le transistor ne répond plus aux mêmes règles. 







Relais électromécaniques

Les relais agissent comme des interrupteurs commandés par un courant électrique :

  • la commande du relais est alimentée : L'interrupteur se ferme, c'est à dire qu'il laisse passer le courant.
  • la commande du relais n'est plus alimentée : L'interrupteur s'ouvre, c'est à dire que le courant le passe plus. 
L’intérêt des relais, est de pouvoir commander l'alimentation d'une charge qui nécessite un courant important ou une tension importante avec des courants beaucoup plus faibles. Pour la plupart, les relais peuvent alimenter des charges à courant continu ou alternatifs. Par exemple il sera tout à fait possible avec un relais électromécanique, de commander une ampoule de 60W fonctionnant en 220V à partir d'un Arduino ou d'un ESP. 

Fonctionnement 

En ce qui me concerne (et donc qui concerne le périmètre de cet article) je n'ai que des relais de marque SRD. Malgré tout, d'après mes recherches, tout ce qui sera dit ici sera généralisable à quasiment toutes les autres marques. 
Je pense que le S et le R de SRD signifient "Songle Relay, Songle étant un fabriquant. Je ne sais pas ce que signifie le "D". Si quelqu'un parmi vous à la réponse elle sera la bienvenue. 

Ce sont des composants assez simples à utiliser et à comprendre. Sans rentrer dans les détails physiques de leur constitution interne, voici sur un schéma comment ils fonctionnent : 


Nous distinguons les éléments suivants : 
  • Une bobine alimentée entre VCC et GND. VCC est souvent un courant continu basse tension. Il s'agit de ce que l'on appelle la commande du relais car c'est le passage du courant dans la bobine qui va ouvrir ou fermer l'interrupteur. 
  • Un interrupteur relié aux broches standards COM/NC/NO. En étant normal, l'interrupteur laisse passer le courant entre COM et NC (Normaly closed). Lorsque la bobine est alimentée, elle génère un champ magnétique qui attire la partie métallique de l’interrupteur et la fait basculer de telle sorte à ce que le courant passe entre COM et NO (Normaly Open). 
  • VCC/GND sont des broches raccordées en courant faible. COM/NO/NC peuvent être sur du courant fort et/ou alternatif.
Remarques : 
  • Ici nous avons 5 broches mais certains modèles en ont 4 ou 6. Dans ce cas vous devez consulter le datasheet du composant pour connaitre le role des broches. 
  • Les relais SRD se positionnent sur une breadboard ou sur un PCB pour les souder. 

Caractéristiques électriques 

Les caractéristiques d'un relais se trouvent sur son datasheet. 
Mais en regardant le composant on distingue d'emblée, un certain nombre de caractéristiques. 

Par exemple, ci-dessous une image du SRD-05VDC-SL-C.

Le nom du composant (SRD-05VDC-SL-C) nous indique déjà que la tension minimum pour activer la commande est de 5V en courant continu (DC). 

De plus, les caractéristiques du circuit courant fort sont indiquées. On retrouve pour chaque type de tension acceptée l'ampérage maximum. Ici nous voyons qu'il ne faut jamais dépasser 10A et que le circuit peut accepter du 250V et 125V en courant alternatif, ou du 30V et 28V en courant continu. 

Et dans le datasheet vous allez retrouver d'autres caractéristiques qui serviront lorsque nous réaliserons des montages plus élaborés et que nous devrons nous livrer à des calculs pour poussés.

Voici un extrait de ce qu'on peut trouver avec le modèle SRD-5vdc-sl-c :


Tension bobine: 5v dc
Résistance de bobine: 70 ω ~ 80 ω
Résistance de contact: 100 ω max
temps de fonctionnement: 10 ms max
libérer du temps: 5 ms max
température ambiante: -25 ° C à 70 ° c
humidité en fonctionnement: 45 à 85% HR
Courant de fonctionnement: 43ma ~ 46ma
libérer: 15mA ~ 18mA
broches: 5pin
résistance d'isolement: ≥ 100m (ohm)
résistance diélectrique:
entre la bobine &contac;ts: 1500v ac 50Hz ~ 60Hz / min
entre les contacts: ca 1000 V 50 Hz ~ 60 Hz / min
classé 250v charge :: 10a ac / 10a 125v ac / dc 30v 10a / 10a 28v dc
taille: 1,8 x 1,5 x 1,6 cm (L x P x H)




Annexes 


Sites de référence 

Un outil web pour la valeur d'une résistance : ICI.
Un cours pour aller plus loin dans la théorie sur les transistors : ICI.
Un moteur de recherche pour retrouver les datasheet des composants : ICI.

Guide d'achat : 


Le Kit de soudure 



Pour commencer à souder correctement le minimum est un fer réglable avec une puissance de 60W c'est mieux. Un support. Une pompe à dessouder. Et une loupe (essentiel). J'ai acheté un kit à 17€ sur eBay qui comprend le tout et j'en suis totalement satisfait: 220V-240V 60W Fer à souder Soudage Soudure Température Réglable Kit Outils K3N4





Multimètre 




Un super multimètre qui convient également autant pour l'électricité que l’électronique. Il mesure des courants jusqu’à 60 µA. De plus il intègre un testeur du gain d'un transistor. Un outil quasiment de pro pour un prix défiant toute concurrence : Multimètre Numérique, Meterk TRMS 6000 Points/Ampèremètre/Voltmètre/Ohmmètre/Ecran LCD Rétroéclairé/NCV/Mesure de Température (MK01) 

Vous trouverez un test complet de cet appareil dans mon article ICI.



Résistances 



Un lot de résistances qui vous permettra d'avoir toutes les valeurs principales en quantité, une boite de rangement et un tableau de lecture de la valeur. De plus, la tolérance est de 1%, ce qui signifie qu'elles sont fiables et la dimension des broches est bien adaptée pour le montage sur breadboard : 17 valeurs 1% résistance kit Assortiment





Transistors



Un lot de transistors qui vous permettra de disposer d'une quantité et d'une variété qui répondront à nombre de besoins : Lot HALJIA de 600 pièces de 15 types de transistors TO-92 NPN PNP, ensemble mixte 40~160 V 50~600 mA NPN/PNP




Relais 




Sur Amazon des relais 5V: Relais de puissance - SODIAL(R) 10Pcs SRD-05VDC-SL-C Bobine d'evaluation 5V DC SPDT Relais de puissance miniature Bleu

Sur eBay on les trouve par lots de 10 et vous pouvez choisir la tension pour la commande de la bobine entre 5V, 12V ou 24V : 10PCS 5V-24V 10A Mini 5 broches SRD-12VDC-SL-C normalement ouvert type relais DC

Pour avoir des relais en 3V ce sera un peu plus cher et sur eBay uniquement : 10Pcs Mini 3V Dc Songle Puissance Relais SRD-3VDC-SL-C Pcb Type





Et si cet article ou les autres dans ce blog vous semblent utiles, n'hésitez pas à cliquer sur le lien ci-dessous pour aller faire vos achats sur Amazon ! Sans vous couter quoi que ce soit, cela m'aidera à investir dans de nouveaux matériels que je ne manquerai pas de vous présenter.




Soutenez la blogoculture ...

Vous appréciez les articles frais et vitaminés de ce blog et vous voulez faire un geste pour encourager ce partage, saluer le travail, ou parce y avez trouvé des choses utiles ( et que vous êtes sympa ) ?

... c'est possible et vous avez le choix !
Si vous avez un compte Paypal et quelques euros à offrir sans vous mettre sur la paille, subventionnez la culture domotique à l'ancienne !
Vous ne dépenserez pas un radis de plus en faisant votre achat sur Amazon à partir de ce lien.
Economisez du blé avec Amazon Prime ! Offre d'essais 1 mois gratuit (et renouvelable).
Soyez chou et aidez les petits producteurs de blog à se faire connaitre auprès de vos amis facebook !

Merci

Commentaires

  1. Plutôt pas mal mais sur le fil tout de même, ah si c'était si simple !

    Pour les résistances il manque une notion de dissipation thermique lié à la puissance qui passe dans la résistance, dans certain cas les résistances (1/4W ou 1/8W) de base ne sont pas suffisantes... Il faut juste le savoir. Il existe aussi les CTP et CTN indispensable dans certains cas.

    Rien vu sur les condensateurs pourtant indispensable pour déphaser, protéger, temporiser...

    La partie transistor, bien que très bien est un peu simpliste, des montages avec un seul transistor sont peu courants (sauf pour faire un driver simple comme celui d'une LED effectivement) et donc exigent des composants peu consommateurs et une commande franche. Par principe on place plutôt la résistance de charge sur le collecteur et pas l'inverse même si ça fonctionne. Parfois il est nécessaire de mettre aussi une résistance sur émetteur en fonction de ce qui rentre dans la base...

    Pour piloter un relais de puissance, il est souvent nécessaire de prévoir des montages un peu plus sophistiqué pour ne pas mettre les composants dans le rouge. Il faut aussi comprendre qu'un relais c'est un solénoïde qui peut produire des tensions très fortes à la coupure, un peu comme une bobine d'allumage, il faut donc prévoir une protection , soit sous forme un petit "condo" ou à l'aide d'une diode zener. Enfin, les relais sont d'un autre temps même si encore très utilisé, il faut plutôt penser triac ou thyristor plus adapté et surtout très fiable et qui ne pollue pas le réseau...

    Mais ton article est déjà très bien ;-)

    RépondreSupprimer
  2. Merci pour ces commentaires et les précisions apportées.
    C'est agréable d'avoir un retour de la part de lecteur et surtout quand ce retours se termine par une conclusion aussi sympathique.
    Pour répondre sur le fond je suis tout à fait d'accord avec ton analyse qui est de dire qu'il manque certaines notions. Mais mon but était de donner suffisamment de connaissances pour réaliser des montages simples et de partager des informations qu'en tant que débutant en électronique, j'ai mis beaucoup de temps à rassembler et à comprendre.

    En ce qui concerne les résistances je me suis contenté de décrire ce qui me semble suffisant pour faire de l'électronique autours de petits circuits en 3V ou 5V. Mais je vais prendre note de tes remarques et je vais améliorer l'article pour parler de la dissipation thermique (dommage que tu n'as pas renseigné ton nom car je t'aurais cité).

    Concernant les condensateurs, comme je souhaite avoir une démarche progressive, en alternant des articles plus théoriques comme celui ci et d'autre montrant des réalisations pratiques, je me suis concentré sur une utilisation unitaire. Mais je suis persuadé qu'en progressant je devrais approfondir pour ouvrir sur d'autres utilisations.

    Les condensateurs et les diodes (notamment pour faire une utilisation "roue libre" au bornes du relais) seront abordés dans mon prochain article théorique.

    Encore merci pour tes commentaires et les pistes d'améliorations que tu me donne. J'en tiendrais compte.

    Alex

    RépondreSupprimer

Enregistrer un commentaire