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Table des matières
TABLE DES MATIERES 1
1 INTRODUCTION 1-1
2 NOTIONS D’ELECTRICITE ET D’ELECTRONIQUE . 2-1
2.1 ATOMES, ELECTRONS, PROTONS ET AUTRES PARTICULES … . 2-1
2.2 CHARGE ÉLECTRIQUE .. 2-2
2.3 ÉLECTRICITÉ STATIQUE 2-2
2.4 ÉLECTRONS LIBRES, CONDUCTEURS, ISOLANTS 2-3
2.5 COURANT ELECTRIQUE 2-3
2.6 CIRCUIT ELECTRIQUE / CIRCUIT HYDRAULIQUE .. 2-4
2.7 TENSION OU"DIFFERENCE DE POTENTIEL" 2-4
2.8 INTENSITE DU COURANT .. 2-5
2.9 RESISTANCE . 2-5
2.10 LOI D’OHM . 2-6
2.11 CONDUCTANCE = 1 2-6
2.12 LES RESISTANCES (COMPOSANTS) .. 2-6
2.13 REGROUPEMENT DE RESISTANCES EN SERIE .. 2-8
2.14 REGROUPEMENTS DE RESISTANCES EN PARALLELE .. 2-8
2.15 EXERCICES .. 2-9
2.16 PUISSANCE .. 2-11
3 LES EFFETS DU COURANT 3-1
3.1 L’EFFET JOULE .. 3-1
3.2 EFFETS CHIMIQUES .. 3-2
3.3 EFFETS ÉLECTROMAGNÉTIQUES . 3-2
3.4 EFFETS PHYSIOLOGIQUES 3-3
4 LE COURANT ALTERNATIF .. 4-1
4.1 INTERET DU COURANT ALTERNATIF .. 4-1
4.2 CARACTERISTIQUES DU COURANT ALTERNATIF .. 4-1
4.3 GENERATION D’UNE SINUSOÏDE 4-2
4.4 VALEURS D’UN COURANT ALTERNATIF . 4-2
4.5 DEPHASAGE COURANT / TENSION 4-3
4.6 LOI D’OHM POUR LE COURANT ALTERNATIF 4-3
4.7 CALCUL DE LA PUISSANCE EN COURANT ALTERNATIF . 4-4
4.8 SIGNAUX ELECTRONIQUES - IMPULSIONS 4-4
5 MESURES ELECTRIQUES .. 5-1
5.1 LE MULTIMÈTRE 5-1
5.2 MULTIMÈTRE DIGITAL . 5-2
5.3 SÉLECTION DU TYPE DE MESURE 5-2
5.4 PRÉCAUTIONS .. 5-3
5.5 MESURE D’UNE TENSION CONTINUE 5-3
5.6 CHOIX DU CALIBRE DU VOLTMÈTRE .. 5-4
5.7 MESURE D’UNE TENSION ALTERNATIVE 5-4
5.8 MESURE D’UN COURANT 5-4
5.9 MESURE D’UNE RÉSISTANCE .. 5-4
6 CONDENSATEUR . 6-1
6.1 RÔLE .. 6-1
6.2 CONSTITUTION . 6-1
6.3 QUANTITÉ D’ÉLECTRICITÉ 6-2
6.4 CAPACITÉ .. 6-2
6.5 LOI D’OHM POUR LES CONDENSATEURS .. 6-2
6.6 IMPEDANCE .. 6-3
6.7 USAGES DES CONDENSATEURS .. 6-3
6.8 EFFET NON DÉSIRÉ .. 6-4
7 SELF 7-1
7.1 CHAMP MAGNÉTIQUE D’UN COURANT 7-1
7.2 CHAMP MAGNÉTIQUE D’UNE BOBINE .. 7-1
7.3 L’INDUCTANCE . 7-2
7.4 L’INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE 7-2
7.5 LA SELF-INDUCTION . 7-2
7.6 LOI D’OHM POUR LES BOBINES . 7-3
8 TRANSFORMATEUR 8-1
8.1 ROLE .. 8-1
8.2 DESCRIPTION 8-1
8.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 8-1
8.4 RAPPORT DE TRANSFORMATION 8-2
8.5 CONSTRUCTION 8-2
8.6 AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES TRANSFORMATEURS 8-2
8.7 LES TRANSFORMATEURS DANS LE DOMAINE INFORMATIQUE .. 8-3
8.8 APPLICATIONS PARTICULIERES .. 8-3 8.9 REPRESENTATION SYMBOLIQUE 8-3
9 LES SEMI-CONDUCTEURS 9-1
9.1 CONDUCTEURS – ISOLANTS – SEMI-CONDUCTEUR 9-1
9.2 DOPAGE DES SEMI-CONDUCTEURS 9-1
9.3 LA JONCTION PN . 9-2
9.4 LA DIODE 9-3
9.5 REDRESSEMENT DU COURANT ALTERNATIF . 9-4
9.6 TRANSISTOR BIPOLAIRE .. 9-4
9.7 TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP 9-6
9.8 LE TRANSISTOR MOSFET .. 9-8
10 CIRCUITS IMPRIMES 10-1
10.1 CARTES ELECTRONIQUES 10-1
10.2 FABRICATION DES PCB .. 10-2
10.3 SOUDURE DES COMPOSANTS 10-3
11 CIRCUITS INTEGRES . 11-1
12 COMPOSITION D’UN PC 12-1
12.1 QU’EST-CE QU’UN PC ? 12-1
12.2 LE PC VU DE L’EXTERIEUR . 12-1
12.3 CONNEXIONS VERS L’EXTERIEUR .. 12-3
12.4 LE PC VU DE L’INTERIEUR .. 12-4
13 LE BOITIER 13-1
13.1 CRITERES DE CHOIX D’UN BOITIER 13-1
13.2 TOUR OU PC DE BUREAU (TOWER OR DESKTOP) .. 13-1
13.3 BOITIERS RACK 19 POUCES 13-2
13.4 FACTEUR D’ENCOMBREMENT .. 13-3
13.5 VENTILATION DU BOITIER .. 13-3 1
3.6 MONTAGE ET DEMONTAGE .. 13-4
14 CABLAGE ET CONNECTIQUE 14-1
15 LE BLOC D’ALIMENTATION .. 15-1
16 LES ONDULEURS 16-1
16.1 ROLE . 16-1 16.2 CONSEQUENCES DE CES PERTURBATIONS .. 16-1
16.3 LES ONDULEURS .. 16-1 1
6.4 QUE CONTIENT UN UPS ? 16-1
16.5 QUI CELA CONCERNE-T-IL ? .. 16-2
16.6 CLASSIFICATION DES UPS . 16-2
17 LA CARTE MERE . 17-1
17.1 EXAMINONS UNE CARTE MERE . 17-1
17.2 CRITERES DE CHOIX D’UNE CARTE MERE . 17-2
17.3 FACTEUR D’ENCOMBREMENT .. 17-2
18 LE PROCESSEUR . 18-1
18.1 LE BOÎTIER DU CPU 18-1
18.2 LES SOCKETS 18-2
18.3 GÉNÉRATIONS ET FAMILLES DE PROCESSEURS 18-3
18.4 HUITIEME GENERATION : LA MOBILITE 18-8
18.5 NOMENCLATURE ET NUMEROTATION DES PROCESSEURS . 18-11
19 LE BUS 19-1
19.1 BUS ET TRANSPORTS EN COMMUN .. 19-1
19.2 LE ROLE DU BUS DE LA CARTE MERE . 19-1
19.3 LA BANDE PASSANTE .. 19-2
19.4 L’ARCHITECTURE MULTI-BUS 19-3
19.5 LES BUS D’EXTENSIONS .. 19-8
20 LE CHIPSET .. 20-1
20.1 NORTH BRIDGE / SOUTH BRIDGE 20-1
20.2 CARACTERISTIQUES DU CHIPSET .. 20-1
20.3 LES PRINCIPAUX CONSTRUCTEURS 20-2
20.4 IDENTIFICATION DU CHIPSET . 20-2
21 LA MEMOIRE .. 21-1
21.1 LA ROM .. 21-1
21.2 LA RAM .. 21-2
21.3 STRUCTURE DE LA RAM 21-3
21.4 LES TEMPS D’ACCES 21-5
21.5 TYPES DE RAM DYNAMIQUES .. 21-5
21.6 CARACTERISTIQUES DES MEMOIRES . 21-8
21.7 LE « DUAL CHANNEL » 21-11
22 TEST ET DIAGNOSTIC DE LA MEMOIRE .. 22-1
22.1 PROBLEMES IMPUTABLES AUX RAM LORS DU DEMARRAGE .. 22-1
22.2 DEFAUTS INTEMPESTIFS DE LA RAM .. 22-1
22.3 MEMTEST86+ 22-2
22.4 DIAGNOSTIC DE LA MEMOIRE WINDOWS .. 22-2
22.5 MEMTEST . 22-4
23 LES DISQUES 23-1
23.1 ROLE . 23-1 23.2 CARACTERISTIQUES PHYSIQUES D’UN DISQUE DUR .. 23-1
23.3 LES CONTROLEURS DE DISQUES 23-2
23.4 DISQUES ET INTERFACES IDE 23-3
23.5 EVOLUTION DU STANDARD IDE / ATA ..
23-3 23.6 DISQUES ET INTERFACE SCSI 23-5
23.7 DISQUES DURS EXTERNES .. 23-5
23.8 DISQUES DURS NAS .. 23-5
24 LE RAID . 24-1
RAID 0 24-1
Table des matières
RAID 1 . 24-2 RAID 10 ET RAID 0+1 .. 24-2 RAID 2 24-3 RAID 3 . 24-3 RAID 4 ET 5 . 24-4
25 CD ET DVD 25-1
26 LES PERIPHERIQUES 26-1
26.1 DEFINITION .. 26-1
26.2 SYSTEME D’EXPLOITATION ET PILOTES DE PERIPHERIQUES .. 26-1
26.3 GESTIONNAIRE DE PERIPHERIQUES .. 26-2
26.4 MISE A JOUR D’UN PILOTE DE PERIPHERIQUE 26-4
27 LES CARTES D’EXTENSIONS .. 27-1
28 LA CARTE GRAPHIQUE 28-1
28.1 COMPOSITION D’UNE CARTE GRAPHIQUE .. 28-2
28.2 CONNEXION A LA CARTE MERE . 28-3
28.3 CONNEXIONS VERS L’EXTERIEUR .. 28-4
29 CARTE SON .. 29-1
30 CARTES RESEAU 30-1
31 LUMIERE ET COULEURS . 31-1
31.1 COMBIEN EXISTE-T-IL DE COULEURS ? 31-1
31.2 QU’EST-CE QUE LA LUMIERE ? . 31-1
31.3 PERCEPTION DES COULEURS . 31-2
31.4 SYNTHESE ADDITIVE 31-3
31.5 SYNTHESE SOUSTRACTIVE .. 31-4
31.6 BIBLIOGRAPHIE 31-5
32 ECRANS / MONITEURS .. 32-1
32.1 CARACTERISTIQUES DES ECRANS .. 32-1
32.2 L’ECRAN A TUBE CATHODIQUE . 32-2
32.3 LCD ECRAN A CRISTAUX LIQUIDES .. 32-4
33 IMPRIMANTES .. 33-1
33.1 LES DIFFERENTS MODELES . 33-1
33.2 IMPRIMANTES A IMPACT 33-1
33.3 IMPRIMANTES A JET D’ENCRE 33-2
33.4 IMPRIMANTES LASER .. 33-2
33.5 CARACTERISTIQUES DES IMPRIMANTES .. 33-3
33.6 INTERFACE DE CONNEXION DES IMPRIMANTES .. 33-4
33.7 LES PILOTES .. 33-4
33.8 COMPARAISON DES IMPRIMANTES .. 33-5
33.9 MAINTENANCE ET DEPANNAGE 33-5
34 SCANNERS 34-1
35 WEBCAM .. 35-1
36 ASSEMBLAGE D’UN PC .. 36-2
36.1 CHOIX DES COMPOSANTS – MONTAGE - INSTALLATION . 36-2
36.2 RECOMMANDATIONS AVANT L’ASSEMBLAGE 36-3
36.3 RECOMMANDATIONS POUR LA SECURITE (LA VOTRE ET CELLE DES COMPOSANTS) .. 36-3
36.4 LE BOITIER 36-3 36.5 LA CARTE MERE 36-4
36.6 RACCORDEMENT ELEMENTS DE LA FACE AVANT 36-8
36.7 MONTAGE DES DISQUES ET DES LECTEURS DE CD-ROM 36-9
36.8 RACCORDEMENT DES CARTES D’EXTENSION 36-10
37 TESTS DU PC 37-1
37.1 LES OUTILS WINDOWS .. 37-1
37.2 OUTILS À TÉLÉCHARGER SUR INTERNET .. 37-4
38 DEPANNAGE .. 38-1
38.1 LA PANNE . 38-1
38.2 PETITES OU GROSSES PANNES .. 38-1
38.3 LES HYPOTHESES . 38-1
38.4 PRIORITES DES INTERVENTIONS 38-2
38.5 ESSAIS- VERIFICATIONS . 38-2
38.6 QUESTIONS - LE DIAGNOSTIC 38-2 38.7 CONCLUSIONS . 38-3
39 LE BIOS .. 39-1
39.1 LE BIOS DE LA CARTE MERE . 39-1 39.2 QUI ECRIT CES BIOS ? .. 39-1
39.3 QUELLE VERSION DE BIOS AVEZ-VOUS DANS VOTRE PC ? . 39-2
39.4 LE POST .. 39-3 39.5 LA RAM CMOS . 39-4
40 LA CONFIGURATION DU BIOS . 40-1
40.1 ACCES AU SETUP . 40-1 40.2 INTERFACE DU SETUP . 40-1
40.3 LES OPTIONS DU BIOS .. 40-1 INDEX 1
1-1
Les notes que voici se proposent de rassembler le maximum de sujets que nous voyons dans au cours de maintenance hardware. Ce cours est donné dans le cadre d’une formation de techniciens en informatique dans l’enseignement de promotion sociale en Communauté française (Belgique). Il y est surtout question de PC puisque ce type d’ordinateur est celui que l’on rencontre le plus souvent. Les périphériques et les réseaux ont eux aussi une place importante dans cette formation.
Le but du cours et des séances de laboratoire est de pouvoir évaluer le matériel, le comparer, l’installer, le configurer, le tester et remédier aux dysfonctionnements et développer un esprit critique. Il est évident qu’on ne peut prétendre savoir dépanner ce type de matériel sans en comprendre les principes de fonctionnement. Nous nous appliquerons donc surtout à comprendre la technologie et les principes généraux du fonctionnement du matériel informatique, de sorte à acquérir un bagage suffisant pour appréhender les caractéristiques actuelles et futures de tous les équipements et les situations auxquels un technicien en informatique devra faire face dans son avenir professionnel.
Il ne s’agit donc pas uniquement ici d’apprendre à monter un PC, à l’upgrader ou à choisir la configuration optimale. Nous ferons ce genre d’exercice, bien sûr, mais le montage et le dépannage des ordinateurs n’est pas un but en soi. Dans quelle mesure ces connaissances, encore utiles maintenant, le seront-elles encore à l’avenir ? En quoi consistera le travail d’un technicien en informatique ? Qui fera encore réparer son PC ? Combien de temps encore les PC seront-il vendus sous forme boîtiers qui encombrent nos bureaux ? Les dépanneurs de PC sont appelés à disparaître tout comme les dépanneurs de postes radio ou de télévision. En informatique, le métier que l’on exercera dans 5 ou 10 ans n’aura plus rien à voir avec ce que l’on fait aujourd’hui. Car tout change vite en informatique, trop vite. Tout, SAUF les principes de base : les lois de la physique, de l’électronique et de la logique qui sont à la base des technologies de l’information et qui le seront encore pour les applications futures.
Hardware signifie matériel et, mis à part certains aspects mécaniques, montage/démontage des PC et de périphériques à dépanner, l’aspect essentiel de ce hardware est électronique : les cartes, les câbles, les connecteurs, les écrans, … et même les cartouches des imprimantes, elles aussi équipées de puces électroniques.
C’est donc très logiquement que ces notes débutent par un exposé des notions élémentaires d’électronique. Ce sujet occupera une dizaine de chapitres, conçus pour être compris de manière intuitive. Nous éviterons les explications savantes sans rapport avec l’objectif de la formation.
Nous tenterons par exemple de comprendre de quelle nature sont les signaux électroniques, savoir de manière rudimentaire au moins, comment ils se propagent, quels obstacles ils peuvent rencontrer, et comment éviter les problèmes que cela va engendrer.
Tous les circuits électroniques, même sophistiqués comme les circuits intégrés, sont constitués de quelques éléments de base : résistances, condensateurs, selfs et semiconducteurs ; il n’y en aura pas plus mais il faut au moins comprendre à quoi ils servent et comment fonctionnement ces composants.
Enfin, nous devrons être capables de nous servir d’un multimètre pour réaliser des mesures telles que celle d’une tension ou vérifier un contact ou un câble. Quelques notions sur les 1-2
unités (volt, ampère, watt, ohm, hertz etc.) qu’utilisent les électriciens ne seront pas de trop non plus.
Le matériel qui constitue nos ordinateurs, les périphériques et tous les accessoires portables dont nous ne saurions plus nous passer maintenant, reposent également sur un ensemble de principes physiques autres encore que ceux de l’électroniques :
Nous envisagerons aux chapitres 10 et 11, comment sont réalisés les circuits électroniques qui équipent nos machines. Des séances de laboratoire seront consacrées à la manipulation et même à la conception de quelques circuits simples et commandés par le PC.
A partir du chapitre 12 (p. 12-1), nous détaillerons la composition des PC. Il sera aussi question du test de ces appareils et des méthodes pour remédier à leurs dysfonctionnements ou pour parfaire leur fonctionnement.
Les périphériques sont abordés à partir du chapitre 26 (p. 26-1)
Les derniers sujets, chapitres 36 et suivants, traitent de l’assemblage des PC des tests et du dépannage.
L’évolution du matériel informatique est rapide. Ces notes de cours ne peuvent avoir l’ambition d’être continuellement à l’affut des particularités de telle ou telle nouveauté sur le marché. Il n’y sera d’ailleurs presque jamais question de marques ou de modèles de machines bien précises. Cet aspect sera travaillé par des exercices de recherche de documentation. Internet est un outil essentiel pour ces recherches d’informations. Nous l’utiliserons aussi pour rechercher des pilotes de périphériques et les mises à jour des logiciels installés.
Trouver l’information dont on a besoin n’est qu’une première étape. Mais elle est vaine si l’on ne sait l’analyser, la comprendre et se l’approprier. Cela fera l’objet d’exercices de rédaction de rapports et de notices explicatives à l’attention des utilisateurs ou d’autres techniciens. Ce sera alors l’occasion de suivre l’évolution des technologies et du matériel.
2 Notions d’électricité et d’électronique
2.1Atomes, électrons, protons et autres particules …
La matière est constituée de particules élémentaires appelées atomes. Ces atomes sont les éléments que Dimitri Mendeleïev, un chimiste russe qui vécut entre 1834 et 1907, a tenté de classifiés en fonctions de leurs propriétés. Tout l’univers serait formé à partir d’à peu près une centaine d’atomes différents, 92 à l’état naturel plus quelques autres qui apparaissent lors de réactions nucléaires. Ces atomes constituent une sorte d’alphabet utilisé en chimie pour décrire la composition de tous les matériaux.
Depuis le début du XXème siècle, on a découvert que ces atomes sont à leur tour constitués d’autres éléments plus petits encore. Au centre de l’atome un noyau y concentre pratiquement toute sa masse. Ce noyau est pourtant 100.000 fois plus petit que l’atome lui-même.
Autour du noyau gravitent des électrons, un peu à la manière des planètes autour du soleil. C’est d’ailleurs ce qu’on appelle le modèle planétaire de Bohr. Cette représentation de l’atome date maintenant de plus de 100 ans, elle est considérée comme simpliste à ceux qui s’intéressent de plus près à la physique nucléaire. Ceux-là parlent de dualité onde-particule, de nombres quantiques etc. Ils ont postulé et prouvé l’existence d’autres particules telles que le photon dont nous reparlerons lorsqu’il s’agira de lumière et en imaginent et en découvrent bien d’autres encore, telles que le Boson de Higgs mis en évidence pas plus tard que ce 4 juillet 2012.
Figure 1- Modèle planétaire de l’atome
Pour notre part le modèle planétaire suffira. L’atome est donc pour nous, constitué d’un noyau très massif. Des électrons gravitent autour de ce noyau comme le font les planètes autour du soleil. Ces électrons sont des particules très petites par rapport au noyau. Ils possèdent chacun une charge électrique. Les charges électriques des électrons sont toutes identiques et leur nombre est le même que le nombre de charges que l’on retrouve dans le noyau de l’atome tout en étant de nature différente. On a en effet constaté qu’il y a deux types de charges électriques : les charges électriques de même nature se repoussent tandis que celle de nature différentes s’attirent. On a attribué un signe positif ou négatif à chacune de ces charges pour les différencier. C’est finalement tout à fait arbitrairement que la charge électrique du noyau s’est vu attribué le signe "plus" (charge positive) tandis que la charge d’un électron est considérée comme négative et prend le signe "moins".
Le noyau est constitué de deux types de nucléons: Les nucléons chargés positivement sont appelés protons. D’autres nucléons ont une charge électrique nulle, ce sont les neutrons. Les protons et les neutrons ont approximativement la même masse.
Dans un atome, électriquement neutre, le nombre de protons du noyau détermine le nombre d’électrons qui l’entoure. Si un ou quelques électrons s’échappent ou viennent s’ajouter à la périphérie de l’atome on parle alors d’ion, mais ceci est une autre histoire.
Autre chose encore, les électrons gravitent sur plusieurs couches plus ou moins éloignées du noyau. La couche la plus éloigné du centre ne peut contenir au maximum que huit électrons et c’est uniquement au niveau de cette couche périphérique que peuvent s’intercaler ou s’échapper certains électrons. Ces ajouts ou retraits d’électrons participent aux phénomènes électriques ainsi qu’aux liaisons chimiques lorsque des atomes s’associent entre eux pour former des molécules ou une structure cristalline.
Certains atomes, plus gourmands que d’autres, gardent jalousement les électrons sur cette couche extérieure. Ce sont généralement ceux qui ont déjà près de 8 électrons sur cette couche. D’autres atomes, moins regardants sans doute, n’ont qu’un, deux ou trois électrons sur cette couche périphérique et n’hésitent à échanger ces électrons avec leurs voisins. Ce sont les métaux. Ces échanges d’électrons entre atomes en font de bons conducteurs de l’électricité. Voilà qui pourrait nous intéresser par la suite.
2.2Charge électrique
La charge électrique est comme nous venons de le voir, une propriété de certaines particules élémentaires. Mais les charges électriques peuvent aussi s’observer au niveau macroscopique. Dans l’antiquité déjà, on constatait l’apparition de ces charges en frottant de l’ambre sur un tissu. L’ambre chargée de la sorte peut attirer des objets légers. Cette force d’attraction est comparable à l’attraction des masses à ceci près qu’il y a deux sortes de charges électriques. On observe que ces forces électrostatiques sont tantôt d’attraction et tantôt de répulsion.
Ce serait Benjamin Franklin, célèbre notamment ses expériences sur la foudre, qui en étudiant les charges électriques aurait arbitrairement décidé d’appeler les unes positives et les autres négatives. Ce qui lui a permis d’énoncer leur comportement : Les charges de signes contraires s’attirent, celles de même signe se repoussent.
2.3Électricité statique
On a tous vu et refait l’expérience de frotter un objet de plastique sur un tissu pour l’électriser et attirer de petits bouts de papier. Cette expérience n’est possible qu’avec des matériaux isolants (papier, plastique, laine, etc.) Les charges électriques peuvent s’y accumuler localement alors qu’elles se disperseraient dans un matériau conducteur.
Le phénomène d’électricité statique est à l’origine de la foudre, il est aussi à l’origine de décharges électriques lorsque l’on sort le linge du séchoir et des décharges qui nous surprennent parfois en descendant d’une voiture. Cette électricité statique peut aussi apparaître lorsque par temps sec on traîne les pieds sur de la moquette.
Le phénomène peut être dangereux pour les composants électroniques et les techniciens avant de toucher les cartes électroniques devront s’assurer de ne pas être porteur de ces charges trop importantes pour certains composants sensibles. Il existe pour ce faire des bracelets antistatiques que l’on place autour du poignet et que l’on relie à la terre. A défaut, le fait de toucher le châssis de l’ordinateur avant de toucher les composants est bien souvent une précaution suffisante.
L’électricité statique a aussi des applications. Elle est mise à profit dans certains appareils dont principalement en ce qui nous concerne, les photocopieuses et les imprimantes laser.
2.4Électrons libres, conducteurs, isolants
Bracelet antistatique à placer autour du poignet et à relier à la terre.
Les électrons situés sur la couche le plus extérieure des atomes peuvent parfois être échangés entre atomes voisins. Ces électrons sont dits électrons libres quand ils se déplacent librement en passant d’un atome à l’autre. C’est ce qui se passe dans les matériaux conducteurs comme les métaux. L’ensemble des électrons libres peut alors parfaitement s’écouler dans les conducteurs comme un liquide dans un tuyau. L’expression « il y a du jus » est parfaitement imagée et c’est la raison pour laquelle l’analogie entre les circuits électriques et les circuits hydrauliques est particulièrement adaptée pour comprendre les circuits électriques.
Les isolants sont formés d’atomes qui ne cèdent pas facilement leurs électrons. Le passage du courant y est quasi impossible.
Cette distinction conducteur/isolant est cependant à relativiser. En réalité, personne n’est parfait, ni même les conducteurs ou les isolants.
Tous les conducteurs ont une certaine résistivité, autrement dit, il y aura toujours quelques obstacles au passage libre du courant et l’énergie pour vaincre cette résistivité provoquera d’ailleurs un léger échauffement du conducteur.
Les isolants ne sont jamais parfaits non plus. Soumis à une tension faible, ils laissent toujours passer une quantité infime d’électrons et, si la tension augmente et devient excessive, l’isolant finit par « claquer ». On parle de « claquage » quand l’isolant passe brutalement de l’état isolant à l’état conducteur (souvent en brulant).
Outre les conducteurs et les isolants, il y a un cas remarquable, et particulièrement intéressant, c’est celui des semi-conducteurs. On parvient à fabriquer à partir de ces matériaux des composants qui ont la propriété de se comporter tantôt comme des isolants et tantôt comme des conducteurs. Par exemple : isolant dans un sens et conducteur dans l’autre, ou encore isolant en temps normal et conducteur en présence d’un champ électrique ou d’une source lumineuse. Nous en reparlerons plus loin, au chapitre 9.
2.5Courant électrique
Généralement, ce que l’on appelle un courant électrique est le déplacement d’électrons libres dans un conducteur.
2.6Circuit électrique / Circuit hydraulique
Il est intéressant de faire une analogie entre courant dans un circuit électrique et la circulation d’un fluide dans un circuit hydraulique. Cette comparaison permet de mieux se représenter ce que sont la tension et l’intensité du courant.
La comparaison entre circuit hydraulique et circuit électrique a cependant quelques limites. L’eau se déplace dans des espaces inoccupés comme le creux des tuyaux ou à l’air libre à la sortie d’un robinet. L’électricité au contraire, a besoin pour circuler de se déplacer dans un circuit fermé fait de matériaux conducteurs.
Le courant ne peut circuler que dans un circuit fermé.
Il ne parvient plus à circuler si le circuit est ouvert.
Figure 3Figure 4
Circuit fermé Circuit ouvert
2.7 Tension ou"différence de potentiel"
La tension est analogue à la différence de pression qui, entre deux points d’un circuit hydraulique, provoque la circulation du fluide. Cette circulation se fait en allant du point où la pression est la plus élevée vers celui où la pression est moindre.
La tension électrique ou différence de potentiel s’exprime en volts.
La grandeur de la tension est représentée par un U majuscule son unité le volt est quant à elle représentée par un V majuscule.
La tension se mesure avec un voltmètre.
Cet appareil placé aux bornes d’une source de courant ou aux bornes d’un récepteur relève la différence de potentiel entre deux points du circuit.
Le voltmètre a une grande résistance interne et le courant qui le
Figure 5traverse est considéré comme négligeable. Mesure d’une tension
Valeurs des tensions dans un PC :
Les tensions dans un ordinateur sont toujours basses (< 24V) et donc sans danger pour notre organisme.
Le bloc d’alimentation d’un PC fournit des tensions de 3,3V, +5V, +12V, -5V et -12V. Le châssis du PC mis à la terre est considéré comme étant au potentiel de 0 V. Il est considéré comme la référence pour mesurer les autres tensions.
2.8 Intensité du courant
L’intensité est analogue au débit du fluide dans un circuit hydraulique.
Elle s’exprime en Ampères A
Un ampère correspond à un débit de 6,25 1018 électrons (6,25 milliards de milliards d’électrons !)
On mesure l’intensité d’un courant à l’aide d’un ampèremètre qu’on insère en série dans le circuit.
L’ampèremètre est traversé par le courant qu’il mesure. Sa résistance interne doit donc être négligeable. Sinon, le fait d’insérer un ampèremètre dans le circuit pour y mesurer le courant
Figure 6viendrait modifier ce courant et donc fausser la mesure.
Mesure de l’intensité
2.9 Résistance
Une résistance est un élément qui dans un circuit limite le passage du courant.
Analogie hydraulique:
Figure 7
Le débit est identique en amont et en aval du rétrécissement mais la différence de pression entre avant et après le rétrécissement augmente
avec le débit.
Ce principe de la résistance est parfois utilisé dans des circuits hydrauliques pour évaluer le débit d’un fluide dans une conduite : Deux capteurs sont situés de part et d’autre d’un diaphragme qui rétrécit le passage dans une canalisation. Dès qu’un fluide y circule, on observe une différence de pression entre les deux capteurs. La pression en amont du rétrécissement est supérieure à la pression en aval.
Figure 8
L’intensité est identique en amont et en aval de la résistance mais la différence de potentiel de part et d’autre de la résistance augmente avec
l’intensité
Ce phénomène se produit aussi avec les courants électriques. Les éléments résistifs lorsqu’ils sont parcourus par un courant provoquent une chute de tension, une différence de potentiel entre le point ou le courant entre dans la résistance et celui où il en sort.
La résistance s’exprime en Ohms. Le symbole utilisé pour exprimer cette grandeur est le R majuscule tandis que le symbole qui représente l’Ohm est la lettre grecque ? (Omega)
Une résistance de un ohm traversée par un courant de un ampère provoque une chute de
tension de un volt. 1 ? ? 1 = 1
Les lampes à incandescences, les lampes halogènes, tous les appareils électriques chauffants que nous utilisons pour nos usages domestiques sont de simples résistances. Branchés sur le secteur, ces appareils ont uniquement pour rôle laissent passer plus ou moins de courant en freinant son passage pour transformer l’énergie qu’il apporte en chaleur.
2.10Loi d’Ohm
On a vu que la tension est en quelque sorte la différence de "pression" entre deux points d’un circuit. Elle force les électrons à se déplacer pour aller du point ou le potentiel électrique est le plus élevé vers celui où cette "pression" est la plus basse.
Dans un circuit donné, le courant est donc d’autant plus important que la tension est forte.
L’intensité du courant I est proportionnelle à la différence de potentiel U
Le courant dépend de la tension mais aussi de la résistance qu’il rencontre dans le circuit.
Cette résistance est faite d’obstacles limitent l’intensité du courant.
I diminue si R augmente
C’est ce qu’exprime la loi d’Ohm qui est une loi fondamentale en électricité.
I = U / R Cette équation prend aussi deux autres formes:
R = U / I et U = R . I
2.10.1Pour ceux qui sont carrément nuls en math. :
Le passage d’une formule à l’autre, I = U / R ? R = U / I ? U = R . I ne devrait poser problème qu’à ceux qui n’ont jamais fait d’algèbre. Si c’est votre cas ou si vous avez trop la flemme pour faire travailler vos méninges, voici un truc :
Dessinez un triangle comme ceci
Placer y les lettres U, R et I
(Ah bien sûr si vous ne voulez pas réfléchir, il faut apprendre par cœur où placer ces lettres)
Pour trouver U, cachez U et lisez la réponse R I U = R.I
Pour trouver R, cachez R et vous lisez U sur I R = U / I
Pour trouver I, cachez I et lisez la réponse U / R I = U / R
2.11 Conductance =
La résistance est une grandeur qui indique comment des "frictions" limitent le passage du courant dans un conducteur. A l’inverse on pourrait considérer la fluidité avec laquelle le courant peut se glisser dans les conducteurs. Cette notion inverse de la résistance est appelée conductance. Elle s’exprime en Siemens S.
Exemple : Une résistance de 100 ? correspond à une conductance de 1/100 = 0,01 S
2.12Les résistances (Composants)
En électronique, les résistances, certains disent « résistor », sont de petits composants que l’on utilise pour limiter le courant ou pour diviser des tensions.
Dans les PC, les résistances de faible puissance se présentent de plus en plus souvent sous forme de boîtier SMD (Surface Mounted Device = composants montés en surface).
Quand ils ne sont pas trop petits (au moins 3mm de long x 2,5 mm de large) une inscription de trois chiffres indique la valeur de la résistance. Le troisième chiffre indique une puissance de 10. Ainsi, 223 signifierait 22x10³? = 22 k?.
Sur les cartes électroniques plus anciennes, et toujours actuellement pour les montages manuels ou les résistances qui doivent dissiper une certaine puissance, ces composants ont une forme cylindrique.
Figure 9– Anneaux de couleurs pour marquer les valeurs des résistances
Les valeurs des résistances y sont codées avec des anneaux de couleur. Le premier anneau est celui qui est le plus proche du bord. Les premiers anneaux servent à coder des chiffres significatifs. L’avant dernier anneau sert à indiquer le nombre de zéros et le dernier anneau argenté ou doré sert à indiquer la tolérance.
2.12.1 Code des couleurs
|
Noir |
Brun |
Rouge |
Orange |
Jaune |
Vert |
Bleu |
Violet |
Gris |
Blanc |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
2.12.2 Valeurs normalisées des résistances
Ces composants électroniques ont des valeurs normalisées qui sont égales aux valeurs proposées ci-dessous multipliées par une puissance de 10.
1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2
Ainsi vous trouverez des résistances de 1.2 Ohms de 12, 120, 1200 Ohms etc.
2.13Regroupement de résistances en série
Les résistances sont parcourues par un même courant. L’intensité est la même partout.
La tension fournie par l’alimentation est répartie entre les deux résistances et l’on peut vérifier avec un voltmètre que U = U1 + U2.
Les résistances sont des obstacles qui s’additionnent en se succédant. R = R1 + R2
Figure 10 – La résistance équivalente est la somme des résistances
Dans le cas de n résistances en série, la formule devient R = R1 + R2 + … + Rn
2.14Regroupements de résistances en parallèle
Le courant se partager entre les résistances. Son passage dans le circuit est donc plus facile. Les résistances ne sont plus à considérer comme des obstacles mais plutôt comme des possibilités de passages du courant, des conductances qui s’ajoutent.
Figure 11– La conductance équivalente est la somme des conductances
G = G1 + G2
