Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants (extrait)

34,95 € ISBN 978-2-86661-212-2

L’électronique est passionnante. C’est un loisir à la fois amusant et instructif. Elle permet d’acquérir de nouvelles compétences, souvent utiles, à la maison et même au travail.

Un électronicien expérimenté conçoit ses propres circuits. Il donne vie à ses projets. Mais avant de courir, il faut apprendre à bien marcher ! C’est pourquoi ce livre rassemble pour vous des articles d'initiation publiés dans le magazine d’électronique Elektor. Il sera le compagnon de vos progrès dans le monde de l’électronique.

Tout commence avec l'électronique analogique. Vous découvrez les composants et les circuits les plus simples pour comprendre leur fonctionnement, leurs interactions et les problèmes possibles. La meilleure façon de progresser, c’est de faire des expériences réelles, car la théorie ne suffit pas. Ce livre vous guide avec un grand nombre de montages pratiques, à la portée des débutants. En les réalisant, vous pourrez acquérir beaucoup d’expérience et de connaissances.

La seconde partie du livre vous conduit dans le monde de l’électronique numérique. L’auteur aborde avec vous l’utilisation des microcontrôleurs. Des tâches effectuées auparavant par des composants discrets ou des circuits intégrés conventionnels sont maintenant accomplies par des microcontrôleurs. Le langage de programmation BASCOM, ainsi que les cartes prêtes à l’emploi comme Arduino, BBC micro:bit et d’autres, facilitent considérablement cet apprentissage.

Ce livre décrit minutieusement de nombreuses applications des microcontrôleurs, abordables par les néophytes. Ici, programmation et soudage font bon ménage !

éditeur : Publitronic SARL diffusion : GEODIF

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants

Burkhard Kainka, Né en 1953, radioamateur avec l’indicatif DK7JD, Burkhard a longtemps été professeur de sciences physiques. Depuis 1996, il est concepteur et auteur indépendant dans le domaine de l’électronique et des microcontrôleurs, avec un intérêt particulier pour les kits d’initiation.

Il anime passionnément les sites web www. elektronik-labor.de et www.b-kainka.de, où il est question de bricolage et d’apprentissage entre autres.

électronique analogique et microcontrôleurs

Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants

Burkhard Kainka

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants électronique analogique et microcontrôleurs

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L’éditeur remercie d’avance le lecteur qui prendra la peine de lui signaler les erreurs éventuelles qui auront échappé à sa vigilance (écrire à redaction@elektor.fr).

• ISBN 978-2-86661-212-2 1e édition — 1er tirage - mai 2020 Maquette : www.d-vision.nl | Julian van den Berg | Imprimé en Allemagne par Media-Print Informationstechnologie

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Sommaire Partie 1 : électronique analogique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Chapitre 1 • Retour aux sources (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Diodes et LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 LED + résistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Montage en série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Semi-conducteurs et jonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Clignotant à LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Chapitre 2 • Retour aux sources (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Le transistor en action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Première expérience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Dimensionner les circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Commande temporisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Interrupteur crépusculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Montage Darlington . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 La LED comme photodiode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 TUP/TUN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Temporisateur avec microcontrôleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Chapitre 3 • Retour aux sources (3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Mettez la main à la patte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Conseils pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Contre-réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 La fonction ohmmètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Vérifier un transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Structure et fonctionnement du transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Testeur de transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Chapitre 4 • Retour aux sources (4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Stabilisation du courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Source de courant constant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 ... avec un JFET BF245 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 ... ou un bipolaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants LED langoureuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Les transistors à effet de champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Chapitre 5 • Retour aux sources (5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Tension stable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Stabilisation par diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Solution rapide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Rendement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Régulateur série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Régulateur de tension intégré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Le miroir de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Tension sous surveillance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Chapitre 6 • Retour aux sources (6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Tous en selle vers les bascules ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Bascule bistable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Bascule RS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Amorçage et extinction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Bascule monostable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Trigger de Schmitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Trigger de Schmitt simplifié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Le thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Interrupteur crépusculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Chapitre 7 • Retour aux sources (7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Clignotants et oscillateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Multivibrateur simplifié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 LED convertisseuse de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Générateur d’audiofréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Convertisseur tension-fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Bistable NPN/PNP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Flash à LED économe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Oscillations à relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Oscillateur à relaxation avec NPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Convertisseur U/F avec ATtiny13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

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Chapitre 8 • Retour aux sources (8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Le préamplificateur BF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 La contre-réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Et avec deux étages ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Le couplage d’étages en continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Et maintenant, trois étages ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Le collecteur commun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Un millivoltmètre BF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Chapitre 9 • Retour aux sources (9) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Oscillateurs sinusoïdaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Oscillateurs RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Oscillateur en anneau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Clignotant à LED triphasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 L’effet Miller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Clignotant triphasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Chapitre 10 • Retour aux sources (10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Hautes fréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Produire des signaux HF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Oscillateurs LC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Oscillateurs à quartz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Audion ondes courtes avec réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Circuits oscillants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Un générateur AM avec Tiny13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Chapitre 11 • La pratique des amplificateurs opérationnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Partie 1 : Fondements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Circuits fondamentaux à ampli-op . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Suiveur de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Amplificateur non-inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Amplificateur inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Amplificateur additionneur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Générateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 La vie intérieure d’un ampli-op . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants Chapitre 12 • La pratique des amplificateurs opérationnels . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Partie 2 : amplificateurs opérationnels à transistors à effet de champ dans les applications à large bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Rampes de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Applications à large bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Chapitre 13 • La pratique des amplificateurs opérationnels . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Partie 3 : amplificateurs opérationnels avec étage d'entrée PNP et modèles de puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Comparateur LM339 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Commutateur sonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Amplificateur de puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Chapitre 14 • Limites de CEM et déclaration CE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Mesures simplifiées pour les amateurs et les petites entreprises . . . . . . . . . . . . . . . 121 Exigences légales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Marquage ou non . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Rencontre avec les autorités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Limites de CEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Estimation de la CEM avec des moyens simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Chapitre 15 • Oscillateur à LED et LDR en anneau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Chapitre 16 • Pico-ampèremètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Chapitre 17 • Oscillateur LC ajustable par potentiomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Chapitre 18 • Radiomètre à FET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Chapitre 19 • Lampe solaire verte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Chapitre 20 • Rafraîchisseur d’accu Pb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Chapitre 21 • Élévateur à 1 transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Chapitre 22 • Chenillard analogique à LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Chapitre 23 • Capteur à effet Hall expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Chapitre 24 • Grid dip minimaliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Chapitre 25 • Récepteur d’étincelles à large bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Chapitre 26 • Oscillateur en anneau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Chapitre 27 • Multiflash à LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

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Chapitre 28 • Récepteur OC à émetteur suiveur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Chapitre 29 • Oscillations de relaxation NPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Chapitre 30 • Mesure de rayonnement gamma avec une photodiode . . . . . . . . . 151 Détecteur de rayonnement à BPW34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Diode en détecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Amplificateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Essais et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Peinture luminescente au radium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Entendre le rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Produits de désintégration du radon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Chapitre 31 • Récepteur ondes courtes audion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Chapitre 32 • Récepteur à double action superhétérodyne . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Chapitre 33 • Dip-mètre à transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Chapitre 34 • Mélangeur DRM direct avec EF95/6AK5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Chapitre 35 • Modulateur pour Ondes Moyennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Chapitre 36 • Clignotant sans fin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Chapitre 37 • Superréaction pour ondes courtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Chapitre 38 • Convertisseur pour les Ondes Courtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Partie 2 : microcontrôleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Chapitre 39 • L’atelier du microcontrôleur (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Arduino et Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Anciens contre modernes ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Développement (plus) rapide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Arduino et Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Premier programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Compilateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Chargeur de démarrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Ça marche ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants Chapitre 40 • L’atelier du microcontrôleur (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Entrées numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Une entrée numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Diodes de protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Lire l’état d’une entrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Quand un 1 est-il un 1 ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Histoire de tampon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Branchement conditionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Scrutation d’interrupteur et pullup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Bits et octets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 L’effet thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Chapitre 41 • L’atelier du microcontrôleur (3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Interface série et convertisseur AN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Par ici la sortie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Affectations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Convertisseur AN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 L’art du calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Auto-mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Mesure de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Mesurer l’hystérésis d’entrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Les programmateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Chapitre 42 • L’atelier du microcontrôleur (4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Des interfaces pour l’utilisateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Connexion du LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Voltmètre à deux voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Mesure d’éclairement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Sorties MLI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Scrutation de boutons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Les LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Le chargeur MCS Bootloader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Chapitre 43 • L’atelier du microcontrôleur (5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Temporisateurs/compteurs (timers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

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Mesurer des microsecondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Mesurer des périodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Signaux carrés de 125 Hz à 4 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Interruptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Valeurs analogiques moyennées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Mesure de fréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Afficheur externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Chapitre 44 • L’atelier du microcontrôleur (6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 L’interface SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Extension de ports avec registres à décalage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Transmission manuelle de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 De contrôleur à contrôleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 L’EEPROM SPI 25LC512 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Un enregistreur de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Sous-programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Les caprices du programmateur Arduino sous Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 Chapitre 45 • L’atelier du microcontrôleur (7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Le bus I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Transfert de données et adressage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Le duplicateur de ports PCF8574 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 Duplicateur d’E/S à 16 bits PCA9555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Entrée/sortie analogique avec le PCF8591 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 On ferme ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Quelques composants I2C d’intérêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Chapitre 46 • Capteurs (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Pour Arduino et Cie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Aperçu des capteurs et actionneurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Affichage de la tension en Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Mesure de tension avec Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Mesure de température avec un capteur CTN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 LED RVB au joystick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Pilotage du laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants Chapitre 47 • Capteurs (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Pour Arduino et Cie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Capteurs avec comparateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Trigger de Schmitt logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Interrogation du capteur tactile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Préparation du signal de commutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 Capteur de chocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Buzzer et autres actionneurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Condensateurs de dérivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Oscillateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Chapitre 48 • Capteurs (3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Pour Arduino et Cie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Logiciel Arduino pour le 18B20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 18B20 en Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 Détection de température et humidité de l’air avec le DHT11 . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 DHT11 et Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Télécommande IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Arduino et IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 Le protocole 1-wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Le protocole RC5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 Chapitre 49 • Capteurs (4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Pour Arduino et Cie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Capteur de poursuite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Barrière lumineuse à fourche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Pulsomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Pulsomètre en Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Codeur rotatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 Codeur en Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Chapitre 50 • Kits à microcontrôleurs pour les nuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Microcontrôleurs ? Pas de panique ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 JOY-iT Nano V3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Premiers essais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

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Vibreur sur sortie MLI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Tracer des signaux analogiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 Programmation ISP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 NodeMCU (Auteur: Fabian Kainka) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Les premiers pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 Un nouveau microgiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Hello World – Test Lua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 Chapitre 51 • BBC micro:bit pour électroniciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Premiers pas avec mbed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Premiers programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 Mesure de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 Tous les capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 Afficheur numérique statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Chapitre 52 • BBC micro:bit pour électroniciens (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Enregistreur de données et oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Un oscilloscope USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Augmentation de la fréquence d’échantillonnage par mise en cache . . . . . . . . . . . . . 354 Transmisson sans fil des mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 Mini-oscilloscope avec afficheur à LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 Chapitre 53 • Arduino en détecteur de HF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Programmé en Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Une LED comme diode détectrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 Un détecteur à intégration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 Chapitre 54 • Arduino et la mesure de résistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Utilisation d’un capteur d’humidité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Mesure de résistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Optimisation du circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 Mesure logarithmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 Chapitre 55 • Arduino en émetteur AM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 Sur P.O. par induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 Microcontrôleur en source RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants Le circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Le logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 Chapitre 56 • Étiquettes antivols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Contrôle d’accès sous Bascom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 Le logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

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Partie 1 : électronique analogique

Partie 1 : électronique analogique

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Chapitre 1 • Retour aux sources (1) Diodes et LED Fini le temps où les circuits étaient simples. L'électronique est devenue complexe, foisonnante, comme prise d'une frénésie inventive. Le tournis vous gagne ? Raccrochez-vous à cette série. Elle ancrera votre art dans le socle de l'électronique, car elle revient aux fondamentaux. Ce socle repose pour une grande part sur l'analogique, mais nous n'en oublierons pas moins tous ceux qui sont attirés par le numérique. Un circuit à microcontrôleur nous servira en effet d'atelier pratique.

Deux LED avec leur résistance talon.

Nous aurions bien sûr pu partir de zéro : parler d'intensité, de tension, de loi d'Ohm, de circuits en parallèle et en série, bref rappeler à votre bon souvenir tout le poids du barda théorique de vos cours de Physique. Il sera toutefois plus amusant d'emprunter un chemin concret, parsemé de petites expériences.

Mais pour qui cette série ? Idéalement pour ceux de nos nouveaux lecteurs désemparés par certains contenus, pour les aider à atteindre le niveau qui leur permettra d'aborder sans crainte notre magazine. Et qui sait, ce sera peut-être aussi l'occasion pour certains d'entre vous de prêter Elektor à vos enfants ! Quoi qu'il en soit, le lecteur gagnera à suivre ces articles accompagné d'un électronicien expérimenté.

Autres lecteurs visés, ceux d'entre vous qui assemblent les projets, mais n'en comprennent pas toujours les détails techniques. Nous ne vous transformerons bien évidemment pas en expert mondialement reconnu, mais au moins vous y verrez plus clair.

Les bases dont nous allons parler sont pour une grande part celles de l'analogique « historique ». Mais ne vous y trompez pas. Que nous soyons entourés d'une foultitude de circuits numériques ne rend pas pour autant ces fondements plus obsolètes que la médecine étrusque. Vous ne pouvez pas vous passer d'analogique, fussiez-vous un monomaniaque

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Chapitre 1 • Retour aux sources (1)

470R

des microcontrôleurs. Quelques exemples simples tirés du monde de « l'embarqué » nous le montreront, mais nous pouvons dès maintenant citer le cas des grandeurs analogiques mesurées à l'aide des microcontrôleurs, ces sortes de PC de poche que cette série vous aidera aussi à dompter.

9V LED

Figure 1. Schéma de la LED protégée.

LED + résistance Commencez par assembler le circuit de la figure 1, composé d’une LED, d’une résistance (470 Ω) et d’une pile. Que vous soudiez les composants, les reliez avec des pinces crocodiles ou les montiez sur une platine d’essai (concevoir un circuit imprimé pour si peu serait une perte de temps), peu importe, la LED ne demandera qu’à briller.

Pensez à toujours respecter la polarité des LED sous peine de les dégrader. Le pôle positif d’une LED est appelé anode, le négatif cathode. Plusieurs moyens pour repérer la cathode : elle correspond à la patte la plus courte, le corps de la LED possède un méplat situé du même côté qu’elle et, si la LED est translucide et vos yeux en pleine forme, le « bol » que l’on peut apercevoir à l’intérieur correspond (mais pas toujours) à la base de la cathode.

L’anode est reliée par un fil très fin à un contact situé au-dessus du « bol ». Une LED branchée dans le mauvais sens ne s’allumera pas, car la LED est une diode et, comme toute diode, le courant qui la traverse ne circule que dans un seul sens. La diode est d’ailleurs parfois qualifiée de vanne électronique.

LED

A

K

+ Anode - Cathode

Figure 2. Une LED et son symbole.

Une LED ne doit jamais être reliée directement à la source de tension. Pour le comprendre, traçons (figure 3) l’intensité du courant qui traverse différentes LED en fonction de la tension qui leur est appliquée. Les courbes (les « caractéristiques ») obtenues ont en commun une augmentation exponentielle de l’intensité : tant que la tension (appelée « tension directe ») reste inférieure à un certain seuil, il ne circule presque aucun courant à travers la diode ; mais que cette valeur soit à peine dépassée et l’intensité grimpe en flèche.

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Or un courant trop fort peut surcharger la LED. Alors, doit-on régler la tension directe sur une valeur précise ? Quasiment impossible. Autre obstacle, le déplacement de 2 mV/K vers la gauche de la caractéristique lorsque la température augmente. Régler l’intensité à l’aide d’une résistance-talon est par contre simple. Choisissez la bonne valeur, vous aurez la bonne tension.

25

I [mA]

20 15

1

2

3

4

10 5 0

0

2

1

3

U [V]

4

Figure 3. Caractéristique d’une diode au silicium (1), d’une LED rouge (2), verte (3) et blanche (4).

Pour un courant typique de 20 mA, les tensions directes sont : Diode au silicium (p.ex. 1N4148) LED rouge LED verte LED blanche/bleue

0,7 V 1,8 V 2,1 V 3,5 V

A 470R

15 mA

9V LED

V 1,8 V

Figure 4. Deux mesures.

Prenez le temps de vérifier ces valeurs (figure 4), mais attendez-vous à de possibles écarts : la tension directe d’une LED rouge neuve à l’éclat encore juvénile sera par exemple plus élevée que celle d’une LED fatiguée.

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Chapitre 1 • Retour aux sources (1)

Dimensionnement Inutile de mesurer l’intensité, la loi d’Ohm I = U/R permet de la calculer. La tension U aux bornes de la résistance est ici égale à la différence entre la tension d’alimentation et la tension directe mesurée, et nous connaissons ces deux valeurs : U = 9 V - 1,8 V = 7,2 V. I vaut donc : I = U / R I = 7,2 V / 470 Ω I = 0,0153 A = 15,3 mA Prenons maintenant l'exemple d'une LED verte que nous voudrions voir traverser par un courant de 20 mA. Pour calculer la valeur de sa résistance-talon, nous avons besoin de celles de la tension d'alimentation et de la tension directe de la LED. La première est 9 V, pour la seconde nous pouvons adopter 2,1 V sans craindre d'obtenir un résultat imprécis.

La tension aux bornes de la résistance est donc de 9 V - 2,1 V = 6,9 V. La loi d'Ohm donne R : 345 Ω. Il n'existe aucune telle résistance, mais peut-être avez-vous dans votre boîte à bidouille une 330 Ω ou une 390 Ω. Jouez la sécurité : choisissez la plus grande pour limiter l'intensité.

R=U/I R = 6,9 V / 0,02 A R = 345 Ω Essayez des valeurs nominales beaucoup plus grandes. Mesurez chaque fois la tension directe de la LED et spécifiez l'intensité qui la traverse. Règle générale : que vous envoyiez maintenant 1 mA, 5 mA ou 10 mA à travers la LED, la tension variera à peine. Ce comportement tient à l'allure exponentielle de la caractéristique.

470R 470R 4V

9V 1,8 V

Figure 5. LED en série.

Montage en série Pour protéger deux ou plusieurs LED, on se contente souvent d’une seule résistance-talon placée en série (figure 5). Dans ce cas les tensions des diodes s’ajoutent, et la chute de tension aux bornes de la résistance sera d’autant plus petite. Il faut donc diminuer la valeur de cette résistance pour obtenir l’intensité admissible de 20 mA. Voyons comment avec l’exemple d’une LED rouge de 1,8 V et d’une LED verte de 2,2 V. La chute de tension appor-

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tée sera de 4 V et il restera 5 V aux bornes de la résistance. Une valeur de 470 Ω donnera ainsi environ 10 mA. Mais reliez deux résistances identiques en parallèle et vous obtiendrez une intensité double. Par calcul vous devriez trouver une intensité de 21 mA. Semi-conducteurs et jonction La conductivité d’un semi-conducteur typique, p. ex. le silicium, augmente en général avec la température, mais reste néanmoins très faible à température ambiante. Les quatre électrons de valence du silicium restent en effet engagés dans les liaisons qui forment le réseau cristallin (figure 6). Un faible apport d’énergie suffit cependant à les libérer.

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

P

Si

Si

Al

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

frei, N

Figure 6. Réseau cristallin du silicium.

Si

Loch, P

Figure 7. Silicium dopé de type N (au phosphore).

Figure 8. Silicium dopé de type P (à l’aluminium).

Le terme semi-conducteur désigne également les composants fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs, p. ex. les diodes et les transistors. On obtient une conductivité particulière en ajoutant des impuretés (des dopants) au silicium. Un élément chimique pentavalent (p. ex. le phosphore) apporte des électrons libres et donne une conductivité de type N. Un élément trivalent (p. ex. l’aluminium) laisse un défaut de charge positif appelé « trou » sur le silicium. Un électron voisin remplit ce trou, laissant derrière lui un autre trou.

Le déplacement à travers le cristal de cette charge positive fictive caractérise une conductivité de type P (figure 8).

Les diodes sont des composants semi-conducteurs qui ne laissent passer le courant que dans un seul sens. On les fabrique en général par juxtaposition de deux couches de silicium respectivement dopées N et P. Entre ces deux couches se forme une région non conductrice de faible épaisseur appelée jonction : les électrons et les trous s’y recombinent et, comme dans le silicium non dopé, il ne subsiste quasiment aucun porteur de charge libre. La diode se comporte alors comme un isolant (figure 9). La jonction se réduit ou s’agrandit lorsqu’une petite tension est appliquée sur le contact extérieur de la diode. La connexion côté N doit d’abord être reliée au pôle négatif, celle côté P au pôle positif. Les charges présentes au niveau de ces connexions poussent alors leurs porteurs de charges respectifs en direction de la jonction. Un courant peut circuler lorsque les zones N et P se rejoignent, à partir d’environ 0,5 V (figure 10). Une bonne conductivité est atteinte vers 0,7 V. La diode est alors exploitée dans le sens direct.

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Chapitre 1 • Retour aux sources (1)

P

P

P

N

N

N

Figure 9. Structure en couche d’une diode.

Figure 10. Diode à l’état passant.

Figure 11. Agrandissement de la jonction dans le sens inverse.

On observe l’effet contraire en inversant la polarité : les porteurs de charge sont repoussés vers les connexions extérieures et la jonction s’agrandit en même temps que croît son effet isolant (figure 11). On peut ainsi appliquer une tension inverse allant jusqu’à 75 V sur un modèle 1N4148. Une diode peut être considérée comme une vanne électronique puisqu’elle ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Elle peut donc servir de redresseur.

On ne doit normalement pas lui appliquer une tension inverse supérieure à celle recommandée par le fabricant, sous peine de voir apparaître un courant inverse, phénomène appelé claquage (de l’isolant). Cet effet peut être souhaité pour certaines diodes. La diode Zener, par exemple, possède une tension de claquage bien définie et est utilisée comme stabilisatrice de tension. Martyrisée par une tension inverse trop élevée, une diode au silicium comme la 1N4148 subirait un « second claquage », irrémédiable. L’apport de chaleur dû au courant inverse serait en effet suffisant pour détruire la jonction. Il se formerait alors un court-circuit aussi permanent que définitif.

Les LED sont des diodes (électroluminescentes) et possèdent également une jonction PN. Leur semi-conducteur sera p. ex. l’arséniure de gallium. Leur tension directe est plus élevée que celle des diodes au silicium. Toutes deux émettent de la lumière lors de la recombinaison électrons-trous, mais dans l’infrarouge et très faiblement pour les diodes, alors qu’il s’agit évidemment de lumière visible dans le cas des LED.

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VCC

PB2

PB1

PB0

ATtiny13 PB3

PB4

470R

RES

470R

100n GND

Figure 12. Un microcontrôleur avec deux LED. Clignotant à LED Même commandée par microcontrôleur, une LED doit être protégée par une résistance-talon. Le circuit de la figure 12 en montre deux, affectées chacune d’une résistance de 470 Ω reliée à un port de l’ATtiny13. Le court programme BASCOM associé met en permanence le port PB3 à 1 (sous tension donc) et bascule sans cesse PB4 entre 1 et 0, d’où le clignotement. Mesurez la tension qui règne en PB3. Elle est inférieure à 5 V et peut atteindre p. ex.

4,9 V, car le transistor commutateur possède lui aussi une petite résistance. La résistance interne du port peut être déduite de la chute de tension. Et l’intensité du courant qui traverse la LED ? Vous devriez pouvoir la trouver vous-même. Par exemple en cherchant dans la fiche technique de ATtiny13 (www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2535. pdf) l’intensité admissible pour un port... ‚ATtiny13 driving LEDs $regfile = "attiny13.dat" $crystal = 1200000 Config Portb = Output Do Portb.3 = 1 Toggle Portb.4 Waitms 500 Loop End

Listage 1.

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Initiation à l’électronique et programmation de montages pour débutants

Index Symboles 18B20 303 25LC512 253 4094 243 A amortissement 93, 95 amplificateur d’entrée différentiel 103 amplificateur opérationnel de puissance 119 amplificateurs opérationnels 98 amplitude 91 Arduino 173 Audion 88 B BBC micro:bit 342 bande passante 109 Bascom 173 barrière lumineuse à fourche 316 bascule 57, 146 bascule RS 58 bascule monostable 59 BF245 133 bit 194 Bootloader 225 BPW34 151 boucle de régulation 98 C CTN 282, 289 CA3140 104 calculateur analogique 99 capteur à effet Hall 140 capteur de température 55, 206 capteur d’humidité 368 caractéristique 33, 129 cellules photovoltaïques 134 chargeur d’amorce 225 chargeur de démarrage 180 circuit d’accord 89 circuit oscillant 95, 136, 142, 160, 163 CMOS 186 coefficient de température 50

comparateur 113 compilateur 179 condensateur de dérivation 290, 299 constante de temps 26 contre-réaction 35, 75, 99, 100 convertisseur analogique-numérique 198, 201, 346 convertisseur élévateur de tension 136 courant de repos 74 courbe de réponse 103 D DEEE 121 décaleur de phase 83 détecteur simple à diode 362 DHT11 306 diode émettrice IR 309 diode zener 49 distorsion 74, 75 E ESP12-E 334 écrans à cristaux liquides 223 EEPROM 253 EF95 165 effet Miller 86 effet d’avalanche 50 effet thyristor 196 émetteur AM 374 émetteur suiveur 79 entrée inverseuse 99 entrée non-inverseuse 99 entrées analogiques 185 entrées numériques 185 étage d'entrée PNP 111 F facteur de qualité 96 FET 46 fichier hexadécimal 180 filtre RC 331 filtre passe-bas 86, 331 filtre passe-haut 319 fréquence de coupure 86

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Index

fréquence de résonance

95

G gain en tension

98

H hystérésis 60, 292 I I2C 261 inductance fixe 66 interface série 198 interrupteur Reed 297 interruptions 233 inverseur 25 IR 309 ISP 333 ISP mkII 211 J JFET 42, 47, 104, 133 jonction 20, 36 L L272 119 LCD 215, 223 latchup 196 LDR 27 limites de CEM 124 liquid crystal display 223 LM339 113 LM358 104 LM386 118 LM393 289 loi d’Ohm 19 M MLI 220, 325, 330 marquage CE 121 miroir de courant 55 modulation 375 MOSFET 47, 59 montage Darlington 28 montage en série 19 multivibrateur 65, 82, 167

N NE555 174 NPN 30, 70 O octet 194 ohmmètre 35 oscillateur 65, 301 oscillateur à quartz 93 oscillateur à relaxation 71, 135 oscillateur commandé en tension 68 oscillateur de Meissner 91 oscillateur en anneau 83, 128, 138, 144 oscillateurs LC 90 oscillateurs RC 82 oscillations à relaxation 70 oscillations de relaxation 149 P PCA9555 267 PCF8574 265 PCF8591 270 penthode 160 phase 82 photorésistance 27 plage dynamique 74 PNP 30, 70 programmateur 211 protocole 1-wire 313 protocole RC5 314 pullpup 192 PWM 220 R radioactivité 151 réaction 60, 91, 94 rebonds de l’interrupteur 297 récepteur IR 309 récepteur à large bande 143 récepteur d’ondes courtes 148 référence 206 registre à décalage 243 registre de direction de données 188 régulateur de tension 49, 53 rendement 51 résistance de rappel 192

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résistance-talon 19 résonance 380 rétroaction 160, 301 RoHS 121 S saturation 115 SCL 262 SDA 262 semi-conducteur 20 Serial Peripheral Interface 243 sortie complémentaire 117 source de courant constant 41 SPI 243 T temporisateurs 227 thyristor 62 TL072 104 TLC272 129 transducteur piézo-électrique 67 transistor 23 transistor Darlington 295 transistor à effet de champ 42 trigger de Schmitt 60, 291 TS914 109 TUN 30 TUP 30 tube 160 U UART 198 V VCO 68

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34,95 € ISBN 978-2-86661-212-2

L’électronique est passionnante. C’est un loisir à la fois amusant et instructif. Elle permet d’acquérir de nouvelles compétences, souvent utiles, à la maison et même au travail.

Un électronicien expérimenté conçoit ses propres circuits. Il donne vie à ses projets. Mais avant de courir, il faut apprendre à bien marcher ! C’est pourquoi ce livre rassemble pour vous des articles d'initiation publiés dans le magazine d’électronique Elektor. Il sera le compagnon de vos progrès dans le monde de l’électronique.

Tout commence avec l'électronique analogique. Vous découvrez les composants et les circuits les plus simples pour comprendre leur fonctionnement, leurs interactions et les problèmes possibles. La meilleure façon de progresser, c’est de faire des expériences réelles, car la théorie ne suffit pas. Ce livre vous guide avec un grand nombre de montages pratiques, à la portée des débutants. En les réalisant, vous pourrez acquérir beaucoup d’expérience et de connaissances.

La seconde partie du livre vous conduit dans le monde de l’électronique numérique. L’auteur aborde avec vous l’utilisation des microcontrôleurs. Des tâches effectuées auparavant par des composants discrets ou des circuits intégrés conventionnels sont maintenant accomplies par des microcontrôleurs. Le langage de programmation BASCOM, ainsi que les cartes prêtes à l’emploi comme Arduino, BBC micro:bit et d’autres, facilitent considérablement cet apprentissage.

Ce livre décrit minutieusement de nombreuses applications des microcontrôleurs, abordables par les néophytes. Ici, programmation et soudage font bon ménage !

éditeur : Publitronic SARL diffusion : GEODIF

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Burkhard Kainka, Né en 1953, radioamateur avec l’indicatif DK7JD, Burkhard a longtemps été professeur de sciences physiques. Depuis 1996, il est concepteur et auteur indépendant dans le domaine de l’électronique et des microcontrôleurs, avec un intérêt particulier pour les kits d’initiation.

Il anime passionnément les sites web www. elektronik-labor.de et www.b-kainka.de, où il est question de bricolage et d’apprentissage entre autres.

électronique analogique et microcontrôleurs

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Burkhard Kainka

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