L'électronique repose sur un petit nombre de principes physiques et une poignée de composants élémentaires. Une fois ces fondations posées, on comprend comment fonctionne tout appareil moderne, du transistor à l'ordinateur.
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Les Fondamentaux
Avant tout composant, il faut maîtriser trois grandeurs physiques fondamentales : la tension, le courant et la résistance. Toute l'électronique découle de ces trois notions et des relations qui les unissent. Pour les visualiser, l'analogie hydraulique reste la plus juste : un circuit électrique se comporte comme un circuit d'eau parcouru sous pression.
La Tension — Unité : le Volt (V)
La tension est la différence de potentiel électrique entre deux points. C'est elle qui met les électrons en mouvement. Dans l'analogie hydraulique, elle correspond à la pression qui pousse l'eau dans une canalisation.
Ordres de grandeur usuels : une pile AAA fournit 1,5 V, une batterie d'automobile 12 V, le réseau électrique français 230 V en valeur efficace.
Le Courant — Unité : l'Ampère (A)
Le courant est le débit d'électrons traversant un conducteur, soit la quantité de charge par unité de temps. Dans l'analogie hydraulique, il correspond au débit d'eau qui traverse la canalisation. En électronique, on emploie fréquemment le milliampère (mA), c'est-à-dire un millième d'ampère.
La Résistance — Unité : l'Ohm (Ω)
La résistance traduit l'opposition au passage du courant. Dans l'analogie hydraulique, elle correspond à un rétrécissement de la canalisation : à pression égale, le débit diminue. C'est l'une des grandeurs les plus contrôlables d'un circuit, et donc l'une des plus utilisées.
La loi d'Ohm — La règle fondamentale
Ces trois grandeurs sont liées par une relation simple et universelle, la loi d'Ohm, à mémoriser absolument :
U = R × I
Tension (Volts) = Résistance (Ohms) × Courant (Ampères)
Connaissant deux des trois grandeurs, la troisième se déduit immédiatement : I = U/R et R = U/I. Cette formule s'applique à pratiquement tous les composants passifs.
La Puissance — Unité : le Watt (W)
La puissance représente l'énergie consommée ou produite par unité de temps. Elle se calcule à partir de la tension et du courant :
P = U × I
Puissance (Watts) = Tension × Courant
Tout composant traversé par un courant dissipe une partie de cette puissance sous forme de chaleur — c'est l'effet Joule, principe sur lequel reposent les radiateurs électriques et les filaments incandescents.
⚡
Courant Continu (DC)
Les électrons circulent toujours dans le même sens. C'est le régime fourni par les piles, batteries et alimentations stabilisées. L'électronique fonctionne presque exclusivement en continu.
〜
Courant Alternatif (AC)
Le sens du courant s'inverse périodiquement. Le réseau électrique français alterne à 50 hertz. Ce régime se prête mieux au transport de l'énergie sur de longues distances.
🌡️
Effet Joule
Tout passage de courant dans une résistance produit un dégagement de chaleur. La puissance dissipée vaut P = R × I². C'est un phénomène à la fois exploité et à maîtriser.
La masse (GND)
La masse, désignée par GND (de l'anglais ground), est le potentiel de référence d'un circuit, par convention fixé à zéro volt. Toutes les autres tensions sont mesurées par rapport à ce point. Sans masse commune, parler de tension n'a pas de sens, puisque seule la différence entre deux potentiels est mesurable.
Loi d'Ohm : U = R × I — deux grandeurs connues donnent toujours la troisième.
Puissance : P = U × I — dissipée en chaleur dans les résistances (effet Joule, P = R × I²).
La masse (GND) est la référence 0 V : toute tension se mesure par rapport à elle.
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La Résistance
La résistance est le composant le plus répandu en électronique. Son rôle : limiter le courant, abaisser une tension, ou répartir l'énergie entre plusieurs parties d'un circuit. Sans elle, la plupart des composants seraient soumis à des courants excessifs et seraient détruits.
Résistance à couches
Composant passif, non polarisé (sens indifférent)
Valeur exprimée en ohms (Ω), kΩ ou MΩ
Bandes de couleur indiquant valeur et tolérance
Puissances usuelles : 1/4 W, 1/2 W, 1 W
Le code des couleurs
Les résistances étant trop petites pour porter leur valeur en chiffres, on utilise un code de bandes colorées. Sur une résistance à quatre bandes, la lecture suit toujours la même méthode :
Bandes 1 et 2 : les deux premiers chiffres de la valeur. Bande 3 : le multiplicateur, c'est-à-dire le nombre de zéros à ajouter. Bande 4 (dorée ou argentée, légèrement écartée) : la tolérance, soit la précision garantie par le fabricant.
Couleur
Chiffre (bandes 1-2)
Multiplicateur (bande 3)
⬛ Noir
0
× 1
🟫 Marron
1
× 10
🟥 Rouge
2
× 100
🟧 Orange
3
× 1 000
🟨 Jaune
4
× 10 000
🟩 Vert
5
× 100 000
🟦 Bleu
6
× 1 000 000
🟪 Violet
7
—
🩶 Gris
8
—
⬜ Blanc
9
—
🟡 Or
— (tolérance ± 5 %)
× 0,1
⚪ Argent
— (tolérance ± 10 %)
× 0,01
Exemple concret — c'est exactement la résistance dessinée en haut de cette section (marron, noir, orange, or) :
// Décodeur interactif — composez une résistance en cliquant sur les couleurs
Bande 1 · chiffre
Bande 2 · chiffre
Bande 3 · multipl.
Associer plusieurs résistances
On peut combiner des résistances de deux manières fondamentales : en série (l'une après l'autre, sur un même chemin) ou en parallèle (sur deux chemins distincts entre les mêmes points).
En série : Rtotale = R1 + R2 + ...
Les résistances s'additionnent simplement
En parallèle (2 résistances) : Rtotale = (R1 × R2) / (R1 + R2)
Cas général, quel que soit le nombre de résistances : 1/Rtotale = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … La résistance équivalente est toujours inférieure à la plus petite du groupe.
Règle utile à retenir : en série, la résistance totale dépasse la plus grande ; en parallèle, elle est inférieure à la plus petite. C'est cohérent avec l'idée que paralléliser revient à offrir plusieurs chemins au courant.
Le potentiomètre
Le potentiomètre est une résistance variable à trois bornes : un curseur mobile se déplace sur une piste résistive, modifiant la valeur perçue entre l'une des extrémités et le curseur. Il sert au réglage continu d'un paramètre (volume, luminosité, position) et constitue par ailleurs un diviseur de tension ajustable.
Application : calculer la résistance de protection d'une LED
Une diode électroluminescente exige une tension et un courant précis pour fonctionner sans se détruire. Pour une LED rouge typique (2 V, 20 mA) alimentée sous 5 V, on calcule la résistance série à l'aide de la loi d'Ohm :
R = (Ualim − ULED) / I = (5 − 2) / 0,02 = 150 Ω
150 Ω existe en valeur normalisée (série E12). Si le résultat ne tombe pas sur une valeur du commerce, on prend la valeur normalisée immédiatement supérieure : le courant est alors légèrement plus faible, ce qui est sans danger.
// Calculateur interactif — résistance série d'une LED
5,0 V
2,0 V
20 mA
Refaire ce calcul de tête à chaque changement de valeur du calculateur ci-dessus est le meilleur entraînement possible à la loi d'Ohm : c'est LE calcul que tout électronicien fait quotidiennement.
La résistance limite le courant — c'est le composant de protection par excellence.
En série, les valeurs s'additionnent ; en parallèle, l'équivalent est inférieur à la plus petite.
Code couleurs : 2 chiffres + 1 multiplicateur (nombre de zéros) + 1 bande de tolérance.
Résistance d'une LED : R = (Ualim − ULED) / I — à savoir refaire sans hésiter.
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Le Condensateur
Le condensateur est un composant qui stocke de l'énergie sous forme de champ électrique entre deux armatures conductrices séparées par un isolant. Contrairement à la résistance qui dissipe l'énergie en chaleur, le condensateur l'accumule, puis la restitue lors de sa décharge.
Illustration classique : le flash photographique. La pile, incapable de fournir un courant suffisamment intense d'un seul coup, charge progressivement un condensateur, qui se décharge ensuite quasi-instantanément dans le tube à éclats. Le condensateur joue ici le rôle de réservoir d'énergie.
Condensateur électrolytique
Capacité exprimée en farads (F), µF, nF ou pF
Composant polarisé : respecter le + et le −
Tension maximale d'utilisation à ne jamais dépasser
Les condensateurs céramiques, eux, ne sont pas polarisés
Ordres de grandeur
La capacité, qui mesure la quantité de charge que le composant peut stocker à une tension donnée, couvre des plages très larges selon l'usage :
Valeur
Usage typique
1 mF à 1 F
Filtrage d'alimentation, stockage d'énergie
1 à 100 µF
Découplage, couplage audio basse fréquence
1 à 100 nF
Découplage haute fréquence, filtrage de signaux
1 à 100 pF
Circuits radiofréquence, oscillateurs
Les principaux rôles
🔋
Stockage d'énergie
Accumuler une charge pour la restituer en un court instant, comme dans un flash photographique ou un défibrillateur.
🔇
Filtrage
Lisser une tension d'alimentation irrégulière et absorber les variations parasites en haute fréquence (découplage).
✂️
Couplage
Bloquer la composante continue d'un signal tout en laissant passer ses variations. Indispensable en amplification audio.
⏱️
Temporisation
Associé à une résistance, sa charge progressive permet de mesurer un temps précis (circuit RC).
La constante de temps τ = R × C
Associé à une résistance, le condensateur se charge et se décharge à une vitesse parfaitement prévisible. Cette vitesse est caractérisée par la constante de temps τ (lettre grecque tau) :
τ = R × C
τ en secondes, R en ohms, C en farads. Après une durée τ, le condensateur a atteint 63 % de sa charge ; après 5 × τ, il est chargé à plus de 99 %.
Exemple : une résistance de 10 kΩ et un condensateur de 470 µF donnent τ = 10 000 × 0,00047 = 4,7 secondes — une temporisation directement observable à l'œil nu (c'est l'objet de l'exercice 6 en fin de cours). C'est ce principe qui est au cœur de tous les circuits de temporisation, y compris le NE555 présenté plus loin.
Un condensateur électrolytique branché à l'envers peut exploser violemment. Vérifier systématiquement la polarité : la patte la plus longue désigne le pôle +, et le corps porte une bande verticale signalant le −.
Le condensateur stocke l'énergie et la restitue — il ne la dissipe pas comme la résistance.
Quatre rôles majeurs : réservoir, filtrage, couplage, temporisation.
Constante de temps : τ = R × C (63 % de charge à τ, charge quasi complète à 5τ).
Les électrolytiques sont polarisés : inverser + et − peut les faire exploser.
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Diode & LED
La Diode
La diode est un composant semi-conducteur à deux bornes polarisées : l'anode (+) et la cathode (−). Sa propriété fondamentale : elle ne laisse circuler le courant que dans un seul sens, de l'anode vers la cathode. Dans le sens inverse, elle se comporte comme un interrupteur ouvert. C'est l'équivalent électronique d'un clapet anti-retour hydraulique.
Diode de redressement (ex. 1N4007)
Tension de seuil ≈ 0,6 à 0,7 V pour le silicium
La bande imprimée sur le corps repère la cathode (−)
Bloque le courant dans le sens inverse jusqu'à sa tension de claquage
Usages : redressement du courant alternatif, protection contre l'inversion de polarité
La LED — Diode électroluminescente
La LED (de l'anglais Light Emitting Diode) est une diode particulière qui émet de la lumière lorsqu'elle est traversée par un courant dans le sens passant. Elle est polarisée : la patte longue correspond à l'anode (+), la patte courte à la cathode (−). Sa tension de seuil, supérieure à celle des diodes ordinaires, varie selon la couleur émise, qui dépend elle-même du semi-conducteur utilisé.
← tensions de seuil croissantes
Couleur
Tension de seuil
Rouge
1,8 – 2,2 V
Jaune / Orange
2,0 – 2,2 V
Vert
2,0 – 2,4 V
Bleu / Blanc
3,0 – 3,5 V
Note historique : la mise au point de la LED bleue, à base de nitrure de gallium, a nécessité plusieurs décennies de recherche après celle de la rouge. Ses inventeurs, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura, ont reçu le prix Nobel de physique en 2014. Sans cette avancée, l'éclairage blanc à LED — qui combine bleu et phosphore jaune — n'aurait pas vu le jour.
Une LED branchée directement sur une source de tension supérieure à sa tension de seuil, sans résistance de limitation, est détruite presque instantanément. Le calcul de cette résistance est un préalable obligatoire.
La diode laisse passer le courant dans un seul sens (anode → cathode), au-delà de son seuil ≈ 0,7 V.
La bande sur le corps d'une diode repère la cathode (−).
LED : patte longue = anode (+) ; le seuil dépend de la couleur (rouge ≈ 2 V, bleu ≈ 3,3 V).
Une LED se branche toujours avec sa résistance série, calculée au préalable.
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Le Transistor
Mis au point en 1947 aux laboratoires Bell par Bardeen, Brattain et Shockley — prix Nobel 1956 —, le transistor est sans doute l'invention électronique la plus déterminante du XXᵉ siècle. C'est lui qui a rendu possible la miniaturisation : un microprocesseur moderne en contient plusieurs milliards, gravés à l'échelle nanométrique.
Dans son principe, le transistor est un interrupteur commandé électroniquement : un faible signal électrique appliqué sur l'une de ses bornes contrôle un courant beaucoup plus important entre les deux autres. Cette propriété en fait aussi un amplificateur.
Transistor bipolaire NPN (ex. BC547, 2N2222)
Base (B) : borne de commande
Collecteur (C) : entrée du courant principal
Émetteur (E) : sortie du courant principal
Un faible courant sur la base autorise le passage d'un courant beaucoup plus grand entre C et E
Le rapport IC / IB est appelé gain du transistor
Le transistor en commutation
C'est l'usage le plus immédiat. Un microcontrôleur — typiquement une carte Arduino, support pédagogique de référence — ne peut délivrer qu'un courant très limité sur ses broches de sortie (de l'ordre de 20 mA). Il ne peut donc pas alimenter directement une charge gourmande comme un moteur ou une lampe. On interpose alors un transistor : le signal logique du microcontrôleur attaque la base, et le transistor commute le courant important traversant la charge.
■ SATURÉ (ON)
Tension base-émetteur supérieure à 0,7 V environ : le transistor conduit pleinement. Le passage collecteur-émetteur est équivalent à un interrupteur fermé.
□ BLOQUÉ (OFF)
Tension base-émetteur insuffisante : aucun courant de base. Le transistor ne conduit pas. Le passage collecteur-émetteur est un circuit ouvert.
Le transistor en amplification
En polarisant le transistor dans son régime linéaire (ni saturé, ni bloqué), le courant de collecteur reproduit fidèlement les variations du courant de base, multipliées par le gain du composant. C'est sur ce principe que reposent tous les amplificateurs analogiques : audio, radiofréquence, instrumentation. Le signal faible issu d'un microphone, par exemple, est amplifié successivement par plusieurs étages avant d'attaquer un haut-parleur.
Les deux grandes familles
On distingue principalement deux familles de transistors discrets :
BJT (bipolaire) — commandé par un courant injecté sur la base. Existe en NPN et PNP selon le sens de fonctionnement.
MOSFET — commandé par une tension appliquée sur la grille, sans pratiquement consommer de courant de commande. C'est la technologie employée dans tous les circuits intégrés modernes.
Le transistor est un interrupteur commandé électroniquement : un faible signal pilote un courant fort.
Trois bornes du NPN : Base (commande), Collecteur (entrée), Émetteur (sortie).
Deux régimes en commutation : saturé (interrupteur fermé) et bloqué (ouvert) ; entre les deux, le régime linéaire sert à l'amplification.
BJT = commandé en courant ; MOSFET = commandé en tension (base de tous les circuits intégrés).
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Circuits et Concepts Clés
Le diviseur de tension
Deux résistances montées en série entre une tension d'alimentation et la masse forment un diviseur de tension. La tension prélevée entre les deux résistances est une fraction de la tension d'entrée, proportionnelle au rapport des valeurs :
Usortie = Ualim × R2 / (R1 + R2)
La sortie est prise entre R2 et la masse
C'est l'un des montages les plus utilisés en électronique : création d'une tension de référence, polarisation de l'entrée d'un transistor, ou encore lecture d'une grandeur physique via un capteur résistif (thermistance, photorésistance) raccordé à un convertisseur analogique-numérique.
L'inductance (bobine) — Unité : le Henry (H)
L'inductance est constituée d'un fil enroulé en spires, parfois autour d'un noyau ferromagnétique. Parcourue par un courant, elle crée un champ magnétique, et inversement, toute variation de ce champ induit une tension à ses bornes (loi de Faraday). Elle s'oppose ainsi aux variations brusques de courant.
L'inductance est duale du condensateur : là où ce dernier bloque le continu et laisse passer l'alternatif, la bobine laisse passer le continu et s'oppose à l'alternatif. On la retrouve dans les filtres, les alimentations à découpage, les moteurs et les transducteurs électromagnétiques (haut-parleurs, microphones dynamiques).
Le transformateur
Deux bobines couplées par un même circuit magnétique constituent un transformateur. Il permet de modifier la tension d'un signal alternatif, dans un rapport égal au rapport du nombre de spires de chaque enroulement :
U1 / U2 = N1 / N2
U : tensions ; N : nombres de spires aux enroulements primaire et secondaire
C'est le transformateur qui permet de transporter l'énergie électrique sous très haute tension sur de longues distances (limitant les pertes), puis de l'abaisser à 230 V à proximité des utilisateurs.
Le relais
Le relais est un interrupteur électromécanique : un électroaimant, alimenté par un faible courant de commande, attire un contact mobile qui ferme ou ouvre un circuit de puissance indépendant. Il permet donc à un circuit basse tension (par exemple les 5 V d'une sortie Arduino) de commuter une charge sous tension secteur. Son intérêt principal réside dans l'isolation galvanique totale entre les deux circuits.
Diviseur de tension : Usortie = Ualim × R₂ / (R₁ + R₂) — le montage le plus utilisé de l'électronique.
La bobine est la duale du condensateur : elle laisse passer le continu et s'oppose à l'alternatif.
Le transformateur ne fonctionne qu'en alternatif ; rapport de tensions = rapport du nombre de spires.
Le relais offre une isolation galvanique totale entre commande et puissance.
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Autres Composants Essentiels
🌡️
Thermistance
Résistance dont la valeur varie de manière prévisible avec la température. Une NTC voit sa résistance diminuer lorsque la température augmente. Sert à la mesure thermique.
☀️
Photorésistance (LDR)
Résistance dont la valeur diminue lorsqu'elle est éclairée. Composant simple et économique pour détecter la luminosité ambiante.
🎵
Quartz
Cristal piézoélectrique vibrant à une fréquence d'une stabilité remarquable. Sert de référence temporelle aux microprocesseurs et aux instruments de mesure.
⚙️
Fusible
Filament conducteur calibré qui fond, et donc ouvre le circuit, lorsque le courant excède une valeur déterminée. Protège l'aval contre les surintensités.
🔌
Régulateur de tension
Composant fournissant une tension de sortie stable indépendamment des variations de la tension d'entrée et de la charge. Le 7805 délivre par exemple 5 V à partir d'une entrée 7 à 35 V.
🧠
Circuit intégré
Boîtier contenant des dizaines à des milliards de composants gravés sur une même puce de silicium. Englobe amplificateurs opérationnels, logique numérique et microcontrôleurs.
L'amplificateur opérationnel
L'amplificateur opérationnel (AOP), tels le LM741 ou le TL071, est un circuit intégré analogique d'une polyvalence remarquable. Il dispose de deux entrées — une inverseuse et une non-inverseuse — et d'une sortie. Son gain en boucle ouverte est très élevé, de l'ordre de 100 000. En associant quelques résistances pour réaliser une contre-réaction, on construit des amplificateurs au gain précis, des comparateurs, des filtres actifs, des intégrateurs ou des oscillateurs. C'est l'une des briques de base de l'électronique analogique.
Le NE555
Introduit en 1972, le NE555 est probablement le circuit intégré le plus produit de l'histoire de l'électronique. C'est un générateur de signaux temporisés. En mode astable, il produit un signal carré continu dont on règle la fréquence par deux résistances et un condensateur. En mode monostable, il délivre une impulsion unique de durée précise après déclenchement. C'est l'outil canonique d'introduction à l'électronique active. Ses temporisations reposent précisément sur la charge d'un condensateur à travers des résistances — la constante de temps τ = R × C vue à la section 3.
Capteurs résistifs : thermistance (température) et LDR (lumière) se lisent via un diviseur de tension.
Le fusible protège contre les surintensités ; le régulateur (ex. 7805) stabilise une tension.
L'AOP a un gain énorme que l'on dompte par contre-réaction : ampli précis, comparateur, filtre.
Le NE555 génère des temporisations et signaux carrés à partir d'un simple circuit RC.
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Outils et Méthode
Le multimètre
Le multimètre est l'instrument de mesure fondamental de l'électronicien. Quatre mesures couvrent l'essentiel des besoins :
V
Tension
Sondes placées en parallèle aux bornes du composant. Permet de vérifier la présence et la valeur correcte d'une tension d'alimentation ou de signal.
A
Courant
Sondes insérées en série dans le circuit, après avoir interrompu celui-ci. Le multimètre se comporte alors comme un fil de résistance quasi nulle.
Ω
Résistance
Mesure effectuée circuit hors tension, le composant idéalement isolé du reste du montage pour éviter les chemins parallèles parasites.
🔊
Continuité
Un signal sonore retentit si la résistance entre les deux pointes est très faible. Outil essentiel pour vérifier l'intégrité d'une liaison ou d'un câblage.
Ne jamais mesurer une tension alors que le multimètre est configuré en mode ampèremètre : ses bornes étant alors quasi en court-circuit, on provoque immédiatement la fusion de son fusible interne, voire pire.
L'oscilloscope
L'oscilloscope affiche la tension d'un signal en fonction du temps. C'est l'instrument indispensable pour visualiser des formes d'onde, mesurer des fréquences, observer des transitoires ou diagnostiquer des défauts difficilement détectables au multimètre. Un oscilloscope numérique d'entrée de gamme (50 MHz, deux voies) suffit largement pour l'apprentissage.
La plaque d'essai (breadboard)
La plaque d'essai permet de réaliser des montages sans soudure. Ses trous sont reliés intérieurement par rangées horizontales au centre, et par colonnes verticales sur les bords (rails d'alimentation). C'est l'outil de prototypage par excellence, qui autorise les modifications répétées avant de figer un circuit sur une plaque imprimée.
Méthode et bonnes pratiques
Câbler systématiquement hors tension. N'alimenter le circuit qu'après une vérification visuelle complète des connexions.
Calculer ses résistances de protection avant toute mise sous tension. L'électronique est une discipline d'anticipation : ce qui se calcule sur papier coûte moins cher que ce qui se découvre par la fumée.
Apprendre à lire les datasheets (fiches techniques) dès le début. On y trouve tensions et courants maximaux, brochage, courbes caractéristiques et schémas d'application typiques.
Le réseau électrique 230 V est mortel. Toute manipulation directe est à proscrire dans un cadre d'apprentissage : on travaille exclusivement sur basse tension de sécurité (≤ 12 V continu) issue de piles ou d'alimentations stabilisées.
Pour aller plus loin
Une fois les fondations posées, la pratique sur une carte Arduino constitue une excellente passerelle vers l'électronique programmée : on y manipule entrées et sorties numériques, lectures analogiques, modulation de largeur d'impulsion (PWM) et communication série, le tout avec un environnement de développement conçu pour l'apprentissage. Au-delà, plusieurs directions s'ouvrent : les convertisseurs AC/DC et DC/DC, les microcontrôleurs plus avancés (STM32, ESP32), les protocoles de communication (UART, SPI, I²C), la conception de circuits imprimés à l'aide de logiciels dédiés (KiCad), les alimentations à découpage, et l'électronique analogique avancée — filtres actifs, boucles à verrouillage de phase, amplificateurs de puissance.
Loi d'OhmRésistancesCondensateursDiodesLEDsTransistorsAmplificateur opérationnelDiviseur de tensionMultimètreOscilloscopeArduino
Voltmètre en parallèle, ampèremètre en série, ohmmètre hors tension.
Câbler hors tension, calculer avant d'alimenter, vérifier visuellement avant la mise sous tension.
Lire les datasheets : elles contiennent les limites à ne pas dépasser et les schémas d'application.
Apprentissage exclusivement en basse tension de sécurité (≤ 12 V) — le 230 V est mortel.
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Quiz de Vérification
Dix questions pour valider l'assimilation des notions essentielles. Cliquer sur une réponse pour la sélectionner ; l'explication apparaît immédiatement.
Quelle est l'unité de la tension électrique ?
La tension se mesure en volts. L'ampère mesure le courant, l'ohm la résistance, le watt la puissance.
Selon la loi d'Ohm, si l'on connaît la tension U et la résistance R, comment se calcule le courant I ?
De U = R × I, on déduit immédiatement I = U / R. Cette transformation est à maîtriser parfaitement.
Une diode laisse passer le courant…
Le courant ne circule que de l'anode (+) vers la cathode (−), à condition que la tension de seuil soit atteinte (≈ 0,7 V pour le silicium).
Sur une LED neuve, comment identifie-t-on l'anode (+) ?
Par convention, la patte longue d'une LED est l'anode (+). Du côté cathode, le corps présente souvent un méplat repérable au toucher.
On alimente une LED rouge (seuil 2 V, 20 mA) sous une tension de 9 V. Quelle résistance série faut-il ?
R = (9 − 2) / 0,02 = 7 / 0,02 = 350 Ω. En valeur normalisée (série E12) immédiatement supérieure, on choisit 390 Ω — ou 470 Ω pour une marge de sécurité accrue, au prix d'une luminosité légèrement moindre.
Deux résistances de 100 Ω sont associées en parallèle. Quelle est la résistance équivalente ?
R = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂) = (100 × 100) / 200 = 50 Ω. Deux résistances identiques en parallèle donnent toujours la moitié.
Que se passe-t-il si l'on branche un condensateur électrolytique à l'envers ?
Le condensateur électrolytique est polarisé. Le brancher à l'envers détériore son diélectrique et peut provoquer une explosion violente. Toujours respecter le + et le −.
Quel est le rôle principal d'un transistor utilisé en commutation ?
En commutation, le transistor agit comme un interrupteur électronique : un faible courant (ou une faible tension) sur la base ouvre ou ferme le passage d'un courant beaucoup plus grand entre collecteur et émetteur.
Pour mesurer le courant traversant un composant avec un multimètre, comment branche-t-on l'appareil ?
L'ampèremètre s'insère en série : tout le courant à mesurer doit le traverser. Le brancher en parallèle (ou aux bornes d'une pile) provoque un court-circuit destructeur.
Dans un diviseur de tension constitué de R₁ = 1 kΩ (en haut) et R₂ = 2 kΩ (vers la masse), alimenté en 9 V, quelle est la tension de sortie ?
U_sortie = U_alim × R₂ / (R₁ + R₂) = 9 × 2 / 3 = 6 V. La tension se répartit proportionnellement aux valeurs des résistances.
Score : 0 / 10Répondez aux questions pour suivre votre progression
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Exercices Pratiques
Une progression de dix montages, à réaliser dans l'ordre. Le matériel requis tient dans un kit de démarrage standard : plaque d'essai, pile 9 V (avec connecteur), quelques LED, résistances assorties, fils de liaison, plus quelques composants supplémentaires introduits au fur et à mesure. Chaque exercice s'appuie sur les acquis du précédent.
NIVEAU 1 · DÉCOUVERTE
Exercice 1 — Allumer une LED
Matériel
1 plaque d'essai (breadboard)
1 pile 9 V avec connecteur à clip
1 LED rouge
1 résistance de 470 Ω
2 fils de liaison
Objectif
Faire briller une LED. C'est le « bonjour monde » de l'électronique.
Démarche
Brancher le + de la pile sur le rail rouge de la plaque, le − sur le rail bleu. Placer la résistance entre le rail + et un point libre. De ce point, brancher l'anode (patte longue) de la LED ; sa cathode rejoint le rail −.
À comprendre
Sans la résistance de 470 Ω, la LED serait détruite. Avec U = 9 V et U_LED ≈ 2 V, le courant vaut I = (9 − 2) / 470 ≈ 15 mA, valeur sûre pour la LED.
NIVEAU 1 · DÉCOUVERTE
Exercice 2 — Deux LED en parallèle
Matériel
Ajouter à l'exercice 1 : 1 LED supplémentaire et 1 résistance de 470 Ω supplémentaire.
Objectif
Allumer deux LED indépendamment, alimentées par la même pile.
Démarche
Reproduire le câblage de l'exercice 1 deux fois côte à côte, chaque LED ayant sa propre résistance de protection. Les deux branches se connectent en parallèle aux mêmes rails + et −.
À comprendre
Chaque LED a besoin de sa propre résistance, même si la tension d'alimentation est commune. Sans cela, les disparités entre composants provoqueraient un courant déséquilibré.
NIVEAU 1 · DÉCOUVERTE
Exercice 3 — Deux LED en série
Objectif
Comprendre la différence entre série et parallèle en plaçant deux LED sur le même chemin de courant.
Démarche
Câbler successivement : rail + → résistance 220 Ω → LED₁ (anode vers résistance) → LED₂ (anode vers cathode de LED₁) → rail −.
À comprendre
Les tensions de seuil s'additionnent : 2 + 2 = 4 V. Il ne reste que 9 − 4 = 5 V pour la résistance, ce qui justifie une valeur plus faible (220 Ω) pour conserver 20 mA. Le même courant traverse les deux LED — d'où une luminosité égale.
NIVEAU 2 · COMMANDE
Exercice 4 — LED commandée par un bouton-poussoir
Matériel additionnel
1 bouton-poussoir (deux ou quatre broches).
Objectif
Introduire la notion d'interrupteur dans un circuit.
Démarche
Insérer le bouton en série entre la résistance et la LED. Le circuit n'est complet que lorsque le bouton est pressé.
À comprendre
Un bouton-poussoir n'est rien d'autre qu'un fil que l'on peut fermer ou ouvrir à la demande. La LED ne s'allume que lorsque le circuit est physiquement bouclé.
Objectif
Visualiser le principe du diviseur de tension et la fonction d'un potentiomètre.
Démarche
Brancher les deux bornes extrêmes du potentiomètre entre + et − de l'alimentation. Connecter le multimètre (mode voltmètre) entre la borne centrale (curseur) et la masse. Tourner l'axe.
À comprendre
La tension lue varie continûment entre 0 V et la tension d'alimentation. Le potentiomètre se comporte comme deux résistances en série dont le rapport change avec la position du curseur.
NIVEAU 2 · COMMANDE
Exercice 6 — Circuit RC : extinction progressive
Matériel additionnel
1 condensateur électrolytique 470 µF (16 V minimum), 1 résistance 10 kΩ, 1 interrupteur ou fil amovible.
Objectif
Observer la décharge progressive d'un condensateur à travers une LED.
Démarche
Charger le condensateur (respecter sa polarité !) directement sur la pile pendant quelques secondes. Le débrancher, puis le connecter en parallèle avec l'ensemble résistance + LED. Observer.
À comprendre
Le condensateur agit comme une mini-réserve d'énergie qui se vide progressivement. La LED s'éteint en s'affaiblissant : on visualise la constante de temps τ = R × C ≈ 4,7 secondes.
Objectif
Commander une LED par l'intermédiaire d'un transistor, plutôt que directement.
Démarche
Câbler : collecteur du transistor vers la cathode de la LED (l'anode reçoit le + via la résistance 470 Ω). Émetteur à la masse. La base est reliée au + via la résistance 1 kΩ et le bouton-poussoir.
À comprendre
Le faible courant de base (quelques milliampères) suffit à commander un courant de collecteur beaucoup plus important. Remplacer ensuite la LED par un buzzer ou un petit moteur 5 V : le transistor permet de piloter des charges qu'un bouton seul ne pourrait jamais commuter de façon élégante.
Objectif
Allumer automatiquement une LED lorsque la luminosité ambiante baisse — comme un lampadaire à la tombée du jour.
Démarche
Réaliser un diviseur de tension entre LDR (vers le +) et résistance 10 kΩ (vers la masse). La tension du point milieu attaque la base d'un transistor NPN qui commande la LED selon le câblage de l'exercice 7.
À comprendre
Quand la LDR est éclairée, sa résistance est faible, et la tension de base reste basse : le transistor est bloqué. Dans le noir, la LDR devient très résistive, la tension de base monte, le transistor sature et la LED s'allume. C'est un premier circuit véritablement « intelligent ».
NIVEAU 4 · ARDUINO
Exercice 9 — LED clignotante pilotée par Arduino
Matériel additionnel
1 carte Arduino Uno avec câble USB, 1 LED, 1 résistance 220 Ω.
Objectif
Faire clignoter une LED via un programme — premier pas vers l'électronique programmée.
Démarche
Câbler la LED + résistance entre la broche 13 et GND. Téléverser l'exemple Blink fourni par l'IDE Arduino. Modifier les délais pour observer l'effet sur la fréquence.
À comprendre
La broche 13 est une sortie numérique : elle bascule alternativement entre 0 V et 5 V. C'est exactement le principe d'un interrupteur, mais commandé par une instruction logicielle. La frontière entre matériel et logiciel commence à s'effacer.
NIVEAU 4 · ARDUINO
Exercice 10 — Thermostat avec affichage
Matériel additionnel
1 thermistance NTC 10 kΩ, 1 résistance 10 kΩ, 1 LED rouge, 1 LED verte (avec leurs résistances série), Arduino Uno.
Objectif
Construire un thermostat élémentaire : la LED verte s'allume si la température est en dessous d'un seuil, la rouge au-dessus.
Démarche
Réaliser un diviseur de tension NTC + 10 kΩ. La tension du point milieu est lue par une entrée analogique (A0). Le programme compare cette valeur à un seuil et commande deux sorties numériques pilotant les LED.
À comprendre
On combine ici toutes les notions vues : capteur résistif, diviseur de tension, conversion analogique-numérique, prise de décision logicielle, et commande de sorties. C'est la structure type d'un système embarqué — du capteur à l'actionneur.
Une fois les dix exercices réalisés, on dispose des réflexes essentiels : lire un schéma, calculer une résistance, brancher un transistor, exploiter un capteur, interfacer un microcontrôleur. C'est l'équipement intellectuel suffisant pour aborder n'importe quel projet plus ambitieux.