Atelier Arduino Débutant 1.3 rappels électricité
LOIS SIMPLES D’ÉLECTRICITÉ
Avant de réaliser notre premier montage et de brancher notre première LED, il nous a semblé important de rappeler quelques bases en électricité. C’est Glenn qui va nous expliquer tout cela :
Tension et intensité
À partir du circuit électrique le plus simple, jusqu’aux circuits les plus complexes, nous avons affaire à un courant électrique qui circule. Pour parler de la magnitude de ce courant électrique, on parle de l’intensité. Ce courant ou intensité est mesuré et exprimé en Ampères (A).
Pour faire circuler un courant électrique, il faut une « force motrice ». En électricité, cette force est appelée tension. La tension est mesurée et exprimée en Volts (V).
Pour visualiser la différence entre Intensité et Tension, on peut faire un parallèle avec l’eau. L’intensité dans un circuit électrique est comme le débit de l’eau dans un tuyau. Et la tension électrique est comme la pression de l’eau. Pour un tuyau donné, plus on augmente la pression, plus le débit d’eau augmente. En électricité c’est pareil : dans un circuit donné, plus on augmente la tension, plus l’intensité augmente.
Résistance
Toujours avec notre tuyau d’arrosage, on peut visualiser une autre manifestation électrique : la résistance. La friction à l’intérieur du tuyau résiste au passage de l’eau. Plus le diamètre du tuyau est petit, plus la résistance est importante. Plus le tuyau est long, plus la résistance est forte. Et si, pour augmenter le débit, on augmente trop la pression – le tuyau se rompt.
La résistance électrique est très semblable. La résistance est mesurée et exprimée en Ohms (Ω). Un simple fil électrique en cuivre montre une résistance au courant. Plus le diamètre du fil est petit, plus il y a de résistance. Plus le fil est long, plus il y a de résistance. Vous avez peut-être déjà expérimenté : si on essaie de passer trop de courant dans un petit fil électrique – le fil fond (c’est le principe d’un fusible).
Loi d’Ohm
Bon, nous avons déjà trois phénomènes électriques à maîtriser : la tension (volts), l’intensité(ampères) et la résistance (ohms). Ces trois phénomènes sont intimement liés par une loi d’électricité dite loi d’Ohm. La loi s’exprime dans une formule très simple :
U = R × I
avec :
- U : Tension
- I : Intensité
- R : Résistance
La même loi peut être exprimée aussi en fonction de l’intensité et la résistance respectivement :
Pour terminer, sachez qu’il vous faudra protéger vos LED avec une résistance d’une valeur comprise entre 200Ω et 1kΩ.
On s’intéresse au pourquoi avec un montage :
Montage
Le montage suivant utilise une diode électroluminescente ou LED, un interrupteur et une résistance. Quand l’interrupteur est fermé, le courant passe à travers la résistance et la diode – et la diode va s’allumer. Ce même montage peut être dessiné en tant que schéma électronique comme suit (interrupteur dessiné en position fermée) :
Si on regarde la documentation pour les LED standards, on voit qu’une LED a besoin d’une tension entre 1,5v et 3,5v pour fonctionner (cela est fonction de la couleur de la LED, ainsi que de son fabricant), mais qu’il ne faut pas dépasser quelques dizaines de milliampères (écrits mA : millième d’un ampère) sinon la LED peut être endommagée. C’est pour cela qu’une résistance est placée dans ce circuit, pour limiter l’intensité à travers la LED.
Pour calculer la bonne valeur de résistance pour que la LED s’allume au maximum, sans être endommagée, on va se servir de la formule : R = U⁄I déjà évoquée précédemment.
Dans la suite de cette discussion, je vais prendre 2,2v comme chute de tension du LED (valeur choisi arbitrairement).
La tension de ce circuit fournie par les deux piles, donnent 3V. La chute de tension à travers la résistance est donc 3V – 2,2V = 0,8V. Souvent, on limite l’intensité à travers une LED à 20mA (= 0,02 A). Cela donne, donc R = 0,8V/0,02. Le résultat est qu’il est possible de réduire la résistance jusqu’à 40Ω sans endommager la LED.
Dans le cas d’une LED branchée sur une broche de l’Arduino. Nous avons du 5V à la sortie de la broche. La chute de tension au travers de la résistance est de 5V – 2,2V = 2,8V. Ça nous donne donc R = 2,8V/0,02A = 140Ω.
Valeurs de résistances
Les résistances sont fabriquées et triées dans plusieurs gammes de valeurs normalisées. On ne trouve pas, par exemple, une résistance de 40Ω dans le commerce. La valeur la plus proche est, en fait, 39Ω. En plus, la valeur d’une résistance n’est que très rarement exactement le valeur indiquée : il y a toujours une tolérance (normalement 5%). Une tolérance de 5% sur 39Ω donne de 37,05Ω à 40,95Ω ! Si vous cherchez sur internet vous trouverez les infos sur les gammes de valeurs, et comment lire les valeurs (code de couleurs) des résistances.
suite atelier 1: feux tricolore
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