Generalites sur l’electronique

L’amélioration de l’enseignement/apprentissage dans les classes secondaires fait l’objet de recherche au sein des Ecoles Normales Supérieures des Universités de Madagascar. En effet, on constate que le nombre des nouveaux bacheliers qui se présentent aux concours d’entrée ou aux tests de niveau dans les Facultés et dans les Universités privées spécialisées dans les domaines de gestion, de l’économie, de communication, etc… ne cessent d’augmenter chaque année. La raison est que ces domaines leur semblent rassurant pour trouver de l’emploi le plus vite possible. Par contre, les domaines scientifiques, à l’exception des sciences médicales et informatiques, n’attirent pas beaucoup de nouveaux bacheliers. En particulier, les sciences physiques se trouvent au bas de l’échelle de leur choix. Curieusement, cette tendance persiste toujours malgré le fait que les produits de la technologie de l’information et de la communication (TIC) envahissent la vie active de la population malgache, comme les téléphones mobiles, les calculateurs, l’internet, les ordinateurs, la télévision, etc… Face à cette situation, l’enseignement des sciences physiques dans le Secondaire, voire dans les Collèges, devraient, à notre avis, être revu en profondeur.

Les sciences physiques sont des sciences expérimentales. La réalisation des travaux pratiques occupe une place importante dans son enseignement. Les expériences permettent de développer chez l’apprenant le sens d’observation, l’esprit d’analyse et de critique. Le principal problème de l’enseignement/apprentissage des sciences physiques se pose sur l’approche pédagogique adoptée par l’enseignant. Les cours dispensés en classe ne correspondent pas aux besoins des élèves. L’acquisition des savoirs est beaucoup plus favorisée dans le cas où les cours se rapportent à l’application dans la vie quotidienne. Ce mémoire intitulé « Conception et élaboration de circuits électroniques simples pour les classes secondaires » est orienté dans ce sens.

GENERALITES SUR L’ELECTRONIQUE 

L’électronique est l’ensemble des techniques qui utilisent les variations de grandeurs électriques (signaux électriques) pour capter et transmettre l’information. Le passage d’un courant dans une diode électroluminescente (DEL) est un exemple de variation de grandeur électrique. On peut considérer comme une information l’allumage de la DEL et l’’extinction de la DEL constitue une autre information. Un signal électrique peut se manifester sous différentes formes, mais en définitive, il s’agit toujours d’une variation d’une tension et d’une intensité. Dans l’électronique, on utilise de faibles tensions et courants électriques. Un circuit électronique est le principal objet d’étude de la science de l’électronique. C’est un système incluant plusieurs composants électroniques associés. Les composants de base de l’électronique sont les transistors, les résistances, les condensateurs, les diodes.

COMPOSANTS ELCTRONIQUES

RAPPEL SUR LA NOTION DE DIPOLE 

On appelle dipôle tout composant électronique possédant 2 bornes (ou pôles) dans lequel un courant électrique peut circuler. On distingue 2 types de dipôles : un dipôle actif et un dipôle passif.
●Un dipôle est dit actif s’il apparaît une tension entre ses bornes lorsqu’il est branché, seul, aux bornes d’un voltmètre. Exemples: pile, alternateur…
●Un dipôle est dit passif s’il n’apparaît aucune tension entre ses bornes lorsqu’il est branché, seul, aux bornes d’un voltmètre.

Exemples : résistor, thermistance, diode,…

La caractéristique d’un dipôle est la courbe représentant les variations de la tension U entre ses bornes en fonction de l’intensité I du courant : U=f(I) ou inversement de l’intensité I en fonction de la tension U : I=f(U). Cette caractéristique est linéaire lorsque la courbe obtenue est une droite. Elle est dite symétrique, lorsqu’elle est identique quel que soit le sens de branchement. Chaque couple de valeurs (U, I) définit un état de fonctionnement du dipôle. L’ensemble des couples de valeurs caractérise le dipôle étudié. (Bautrant, R., Bramand, P., FAYE, P., Jaubert, A., & Thomassier, G., (1987).

LES COMPOSANTS ELECTRONIQUES 

Un composant électronique est un élément destiné à être assemblé avec d’autres afin de réaliser une ou plusieurs fonctions électroniques. En effet chaque composant a une fonction particulière dans un circuit et participe au bon fonctionnement de l’ensemble de l’appareil. Il existe plusieurs types de composants électroniques tels que la résistance, la diode, le condensateur, le transistor, la bobine, le circuit intégré, … mais dans cette partie nous allons limiter à l’étude du conducteur ohmique, de la diode, du transistor et du condensateur. Les trois premiers ont été étudiés en classe de seconde tandis que le dernier en classe de première.

LES CONDUCTEURS OHMIQUES

Définition :
Un conducteur ohmique appelé aussi dipôle ohmique est un récepteur dont le rôle est de transformer l’énergie électrique qu’il reçoit en chaleur. Il est composé de 2 bornes. C’est un dipôle non polarisé : son fonctionnement est le même quel que soit son sens de branchement. Il est très utilisé en électronique. Un dipôle ohmique est caractérisé par une grandeur électrique appelée résistance. Cette grandeur est notée R et son unité est l’ohm de symbole Ω (lettre grecque oméga). (Ratsimandresy, O., Andriamanalina, J., Ratinasoa, N., Ramanoelina, R., (2009)).

Rôle du conducteur ohmique dans un circuit :
Dans un circuit série, le rôle d’un conducteur ohmique est de diminuer l’intensité du courant. Il gène le passage du courant, il « résiste ». La résistance indique si le conducteur ohmique se laisse facilement traverser par le courant:
– Si la résistance R est grande alors le courant ne passe pas facilement dans le conducteur ohmique
– Si la résistance R est petite alors le courant passe facilement dans le conducteur ohmique .

Donc, une résistance peut jouer le rôle d’un dipôle de protection en faisant diminuer la valeur de l’intensité du courant dans un circuit.
Remarque :
Lorsqu’un conducteur ohmique est parcouru par un courant électrique, il s’échauffe. L’énergie électrique se transforme en énergie thermique (chaleur), c’est ce que l’on appelle « effet Joule ».

Code des couleurs

Le plus souvent, la résistance se caractérise avec des bagues de couleurs (anneaux) circulaires. Chaque couleur correspond à un chiffre. La correspondance entre les chiffres et les couleurs des anneaux constitue ce qu’on appelle le code des couleurs et permet de déterminer la valeur d’une résistance ainsi que sa tolérance. La tolérance ou précision est l’écart maximum qui peut exister entre la valeur nominale indiquée par les anneaux et la valeur réelle, en [%] (+/-).

Utilisations de la diode à jonction

● Les diodes sont surtout utilisées pour redresser une tension alternative.
La première fonction de base d’une diode, c’est de redresser une grandeur électrique (tension ou courant), c’est-à-dire de convertir une grandeur alternative (successivement positive et négative) en une grandeur exclusivement positive. Cette fonction est notamment essentielle dans les alimentations électriques car tout dispositif électronique a besoin d’être alimenté pour fonctionner.
● Les diodes sont aussi utilisées pour protéger contre une inversion de polarité.
Pour protéger un système contre les inversions de polarité, il suffit de placer une diode entre l’alimentation et le système. Si l’alimentation est bien raccordée, le système fonctionne.

Si l’alimentation est mal raccordée la diode bloque le courant mais le système n’est pas détruit. (Bautrant, R., Bramand, P., FAYE, P., Jaubert, A., & Thomassier, G. (1987)).

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Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : ETUDES THEORIQUES
A. GENERALITES SUR L’ELECTRONIQUE
B. COMPOSANTS ELCTRONIQUES
I. RAPPEL SUR LA NOTION DE DIPOLE
II. LES COMPOSANTS ELECTRONIQUES
1. LES CONDUCTEURS OHMIQUES
1.1. Définition
1.2. Courbe caractéristique d’un conducteur ohmique
1.3. Rôle du conducteur ohmique dans un circuit
1.4. Code des couleurs
1.5. La puissance des résistances
1.6. Association de conducteurs ohmiques
1.7.Résistance réglable ou ajustable
2. LES DIODES
2.1. Les diodes à jonction
2.1.1. Définition
2.1.2. Fonctionnement et caractéristique d’une diode à jonction
2.1.3. Utilisations de la diode à jonction
2.2. Les diodes zener
2.2.1. Définition
2.2.2. Courbe caractéristique d’une diode zener
2.2.3. Utilisations des diodes zener
2.3. Les diodes électroluminescentes (DEL)
2.3.1. Définition
2.3.2. Caractéristique de la diode électroluminescente (DEL)
2.3.3. Utilisations des diodes électroluminescentes
3. LES TRANSISTORS BIPOLAIRES
3.1. Définition
3.2. Fonctionnement et caractéristique d’un transistor
3.3. Utilisations de transistor
4. LES CONDENSATEURS
4.1. Définition
4.2. Charge et décharge d’un condensateur
4.3. Capacité d’un condensateur
4.4. Charges portées par les armatures
4.5. Energie emmagasinée dans un condensateur
4.6. Association d’un condensateur
4.7. Charges d’un condensateur à travers une résistance
4.8. Décharge d’un condensateur à travers une résistance
4.9. Utilisations des condensateurs
PARTIE II : CONCEPTION ET ELABORATION DES CIRCUITS ELECTRONIQUES SIMPLES POUR LES CLASSES SECONDAIRES
I. PRESENTATION DU LOGICIEL ELECTRONIC WORKBENCH
1. Présentation
2. Interface et outils de base d’EWB
3. Apprentissage de la manipulation du logiciel workbench
II. CONCEPTION DES CIRCUITS ELECTRONIQUES SIMPLES
1. REDRESSEUR DE COURANT ALTERNATIF
Conception de circuit « redresseur » à partir du logiciel workbench (EWB)
1.1.Redressement simple alternance
1.2.Redressement double alternance
2. CLIGNOTANT
Conception du circuit « clignotant » à partir du logiciel workbench (EWB)
III. REALISATION PRATIQUE DES CIRCUITS ELECTRONIQUES
1. APPRENDRE A SOUDER LES COMPOSANTS ELECTRONIQUES
2. REDRESSEUR DE COURANT ALTERNATIF
3. CLIGNOTANT
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES

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