Avant d'étudier les ordinateurs et cartes
informatiques, ce chapitre sert de rappel (ou de découverte) en
électronique et en électricité. L'informatique technique est une branche de
l'électronique (la partie numérique) et l'électronique, une application
particulière de l'électricité.
informatiques, ce chapitre sert de rappel (ou de découverte) en
électronique et en électricité. L'informatique technique est une branche de
l'électronique (la partie numérique) et l'électronique, une application
particulière de l'électricité.
1 Base d'électricité.
Une tension peut être continue ou
alternative suivant la forme du signal électrique par rapport à une tension de référence
(la masse).
alternative suivant la forme du signal électrique par rapport à une tension de référence
(la masse).
Le
réseau électrique en Europe est de 230 Volts alternatif
en monophasé
(2 fils) avec une tolérance généralement de 10 %. Sur le réseaux électrique de transport (avant d'arriver à votre
maison), il est généralement en mode triphasé 230 V (3 fils) ou 380 V (4
fils) et en haute tension
(parfois supérieure à 1200 KV pour les longues distances) pour relier les différents
centrales électriques. La tension alternative est la
tension moyenne du réseau en continu. On peut considérer qu'un redressement
"parfait" du 230 volts alternatifs, sans pertes de puissance dans le montage de
redressement, du 230 V continu.
réseau électrique en Europe est de 230 Volts alternatif
en monophasé
(2 fils) avec une tolérance généralement de 10 %. Sur le réseaux électrique de transport (avant d'arriver à votre
maison), il est généralement en mode triphasé 230 V (3 fils) ou 380 V (4
fils) et en haute tension
(parfois supérieure à 1200 KV pour les longues distances) pour relier les différents
centrales électriques. La tension alternative est la
tension moyenne du réseau en continu. On peut considérer qu'un redressement
"parfait" du 230 volts alternatifs, sans pertes de puissance dans le montage de
redressement, du 230 V continu.
Les montages électroniques
sont alimentés suivant diverses tensions continues. La conversion d'une tension
alternative en tension continue se fait par un montage électronique que
l'on désigne par le terme "alimentation". A part en
deuxième année avec les alimentations à découpage et onduleurs - UPS,
le
cours hardware ne reprend que des tensions continues de faibles voltage (inférieures à 24 Volts) et de faible puissance.
sont alimentés suivant diverses tensions continues. La conversion d'une tension
alternative en tension continue se fait par un montage électronique que
l'on désigne par le terme "alimentation". A part en
deuxième année avec les alimentations à découpage et onduleurs - UPS,
le
cours hardware ne reprend que des tensions continues de faibles voltage (inférieures à 24 Volts) et de faible puissance.
2. Courant continu
2.1. Introduction
La tension électrique (aussi appelée voltage par anglicisme) continue est linéaire
par rapport à une tension de référence (la masse), 0 Volts. Cette
tension peut être positive ou négative selon le montage à alimenter.
Dans le cas d'une tension positive, le courant
passe de la borne + vers la masse et l'inverse pour une tension
négative. Un montage électrique (et donc
électronique) nécessite donc 2 points de connexion, un plus et un moins.
par rapport à une tension de référence (la masse), 0 Volts. Cette
tension peut être positive ou négative selon le montage à alimenter.
Dans le cas d'une tension positive, le courant
passe de la borne + vers la masse et l'inverse pour une tension
négative. Un montage électrique (et donc
électronique) nécessite donc 2 points de connexion, un plus et un moins.
En courant continu, l'électronique est
divisée en montages passifs et
actifs .
divisée en montages passifs et
actifs .
- Un montage
passif utilise des résistances, selfs et condensateurs qui n'influencent que la forme du signal. Il n'y a pas non plus d'amplification. - Un montage
actif utilise des transistors (regroupés en nombre dans les circuits
intégrés). Une tension sur un point d'un montage (par
exemple sur la base d'un transistor) va interagir sur l'ensemble des tensions du
montage
2.2. Montage passif et formules en
courant continu.
Notre
schéma électrique est constitué d'alimentation continue
en série avec une résistance.
L'alimentation est caractérisée par la tension qu'elle peut délivrer, sa résistance
interne et l'intensité de courant maximum. La résistance, représentée sur le
schéma par une denture, est exprimée en ohm, c'est finalement sa force de retenue du
courant électrique, et la puissance maximum qu'elle peut dissiper sous forme de
chaleur (donc sans brûler).
La formule de base en électricité est la loi d'ohm: I=V/R I:intensité du courant, elle est exprimée en ampères V: la tension en volt R: la résistance (en ohm). En courant alternatif, on parle d'impédance |
Par cette formule, plus la tension
augmente, plus le courant augmente proportionnellement. Par contre, si la
valeur de la résistance augmente, le courant diminue de manière linéaire.
augmente, plus le courant augmente proportionnellement. Par contre, si la
valeur de la résistance augmente, le courant diminue de manière linéaire.
La puissance représente
l'énergie dissipée sous forme de chaleur (chauffage électrique, résistance)
ou utilisée (moteur). La puissance (P), exprimée en
Watt, est donnée par la formule: P=V2/R ou P=I2
* R ou P=I * V
l'énergie dissipée sous forme de chaleur (chauffage électrique, résistance)
ou utilisée (moteur). La puissance (P), exprimée en
Watt, est donnée par la formule: P=V2/R ou P=I2
* R ou P=I * V
Utilisons comme source d'énergie une batterie de 12
V comme exemple, si la résistance est de 10 ohm, le courant
qui traverse la résistance est de I=12/10 = 1,2 ampère. La puissance
minimum que la résistance est de P=14,4 Watt. C'est similaire avec des
tensions alternatives (réseau électrique). Un fusible de 16
A en 230 V permet donc une charge maximum: 16*230= 3680 Watts.
Ceci est théorique puisqu'en alternatif, elle dépend aussi du
type de charge (résistive, capacitive ou selfique) qui provoque un déphasage
entre la tension et le courant suivant le type de charge. En deuxième année,
nous verrons que l'on parle aussi de VA (Volt Ampère) pour les onduleurs
(UPS). Dans ce cas, pour passer des Watts au VA, on utilise une formule
générale (indicative): 1 Watt X 1,6 = VA.
V comme exemple, si la résistance est de 10 ohm, le courant
qui traverse la résistance est de I=12/10 = 1,2 ampère. La puissance
minimum que la résistance est de P=14,4 Watt. C'est similaire avec des
tensions alternatives (réseau électrique). Un fusible de 16
A en 230 V permet donc une charge maximum: 16*230= 3680 Watts.
Ceci est théorique puisqu'en alternatif, elle dépend aussi du
type de charge (résistive, capacitive ou selfique) qui provoque un déphasage
entre la tension et le courant suivant le type de charge. En deuxième année,
nous verrons que l'on parle aussi de VA (Volt Ampère) pour les onduleurs
(UPS). Dans ce cas, pour passer des Watts au VA, on utilise une formule
générale (indicative): 1 Watt X 1,6 = VA.
Une alimentation d'ordinateur de 500 Watt
(alternatif en 230 Volts) doit être raccordé sur le tableau
électrique avec un fusible d'un peu plus de 2 ampères. Cette alimentation produit différentes tensions
électriques: 46 A en 5 Volts, 18 A en 12V , 1 Ampère en – 5 V et
– 1 Ampère en –12 V. La différence de la puissance entre celle absorbée
su le réseau électrique et celle restituée dans le montage
électronique est dissipée sous forme de chaleur dans l'électronique
de l'alimentation. Le rendement est le rapport entre celle consommée et
celle restituée.
(alternatif en 230 Volts) doit être raccordé sur le tableau
électrique avec un fusible d'un peu plus de 2 ampères. Cette alimentation produit différentes tensions
électriques: 46 A en 5 Volts, 18 A en 12V , 1 Ampère en – 5 V et
– 1 Ampère en –12 V. La différence de la puissance entre celle absorbée
su le réseau électrique et celle restituée dans le montage
électronique est dissipée sous forme de chaleur dans l'électronique
de l'alimentation. Le rendement est le rapport entre celle consommée et
celle restituée.
Pour les fusibles de protection, la
valeur de courant accepté doit être un peu supérieur, les montages électroniques (et
alimentations électriques) consomment souvent nettement plus au démarrage
avant de se stabiliser. Ceci est lié à la charge des condensateurs
avant que le montage ne puisse effectivement démarrer. Deux types de
fusibles électroniques sont proposés:des
fusibles rapides (qui coupent directement au moindre dépassement) et des lents (qui acceptent
des courants supérieurs à la valeur nominale pendant un faible laps
de temps). Pour les montages électroniques, remplacez
toujours un fusible par son équivalent en type et en courant maximum, suivant
les valeurs préconisées par le
fabricant de l'appareil. En dernier, un fusible ne brûle pas tous seul. Avant de
le remplacer, vérifiez les dégâts possibles sur la carte (traces de brûlures
sur les circuits, voire complètement détruits par exemple). La technique
"bricolage" qui remplace directement un fusible détruit "pour voir" est
dangereuse et peut provoquer des incendies directement dans l'appareil.
valeur de courant accepté doit être un peu supérieur, les montages électroniques (et
alimentations électriques) consomment souvent nettement plus au démarrage
avant de se stabiliser. Ceci est lié à la charge des condensateurs
avant que le montage ne puisse effectivement démarrer. Deux types de
fusibles électroniques sont proposés:des
fusibles rapides (qui coupent directement au moindre dépassement) et des lents (qui acceptent
des courants supérieurs à la valeur nominale pendant un faible laps
de temps). Pour les montages électroniques, remplacez
toujours un fusible par son équivalent en type et en courant maximum, suivant
les valeurs préconisées par le
fabricant de l'appareil. En dernier, un fusible ne brûle pas tous seul. Avant de
le remplacer, vérifiez les dégâts possibles sur la carte (traces de brûlures
sur les circuits, voire complètement détruits par exemple). La technique
"bricolage" qui remplace directement un fusible détruit "pour voir" est
dangereuse et peut provoquer des incendies directement dans l'appareil.
Le courant (avec une charge résistive en série!) se mesure
avec en ampèremètre. La tension (continue ou
alternative) se mesure avec un voltmètre. Ces deux
fonctions, avec d'autres suivant les appareils, sont rassemblés dans un appareil
de mesure que l'on appelle multimètre.
avec en ampèremètre. La tension (continue ou
alternative) se mesure avec un voltmètre. Ces deux
fonctions, avec d'autres suivant les appareils, sont rassemblés dans un appareil
de mesure que l'on appelle multimètre.
2.3. Les selfs
Une self est constituée d'un seul bobinage sur un noyau en
ferrite et se place en série sur le montage. Dans le cas d'un courant
continu, elle est sans effet. Par contre, pour des tensions continues
variables, la self va lisser
les variations de tensions. En électronique, les charges selfiques
sont presque uniquement utilisées dans les alimentations, pour réduire
les variations de tensions en fonction de la consommation du montage, et
lisser les perturbations dues aux parasites.
ferrite et se place en série sur le montage. Dans le cas d'un courant
continu, elle est sans effet. Par contre, pour des tensions continues
variables, la self va lisser
les variations de tensions. En électronique, les charges selfiques
sont presque uniquement utilisées dans les alimentations, pour réduire
les variations de tensions en fonction de la consommation du montage, et
lisser les perturbations dues aux parasites.
Dans un montage alternatif,
les selfs vont lisser les signaux parasites présents sur le réseau.
les selfs vont lisser les signaux parasites présents sur le réseau.
2.4. Le condensateur.
Le condensateur
peut être vu en électronique comme un réservoir d'énergie. Plusieurs condensateurs sont mis en parallèles
(entre le + et la masse) sur l'alimentation
du montage électronique, lissant (régulant) les variations de tensions entre
ses bornes, absorbant l'énergie lors d'une hausse de tension et
renvoyant l'énergie en cas de baisse. Un condensateur peut-être polarisé (cas des condensateurs
électrolytiques) ou non selon la technologie. Pour les condensateurs polarisés,
les bornes + et
– doivent être respectés en fonction de l'alimentation.
peut être vu en électronique comme un réservoir d'énergie. Plusieurs condensateurs sont mis en parallèles
(entre le + et la masse) sur l'alimentation
du montage électronique, lissant (régulant) les variations de tensions entre
ses bornes, absorbant l'énergie lors d'une hausse de tension et
renvoyant l'énergie en cas de baisse. Un condensateur peut-être polarisé (cas des condensateurs
électrolytiques) ou non selon la technologie. Pour les condensateurs polarisés,
les bornes + et
– doivent être respectés en fonction de l'alimentation.
 |
| |
Test d'un condensateur | Variation de tension en fonction du temps. |
A l'allumage, le condensateur se charge à travers la résistance
jusqu'à ce que la tension à ses bornes soit identique à celle de l'alimentation.
La consommation est importante au début et va se réduire avec la
charge. Une fois le condensateur au même niveau que l'alimentation, le
courant tombe à zéro.
jusqu'à ce que la tension à ses bornes soit identique à celle de l'alimentation.
La consommation est importante au début et va se réduire avec la
charge. Une fois le condensateur au même niveau que l'alimentation, le
courant tombe à zéro.
En général, la résistance est enlevée
du montage pour
augmenter la vitesse de réaction. L'alimentation va d'abord alimenter le circuit électronique et le condensateur
pour arriver à une tension identique aux bornes du condensateur et du
circuit électronique. En cas de sur-consommation du circuit, la tension
va diminuer à ses bornes et le condensateur va réinjecter de
l'énergie pour conserver une tension stable.
du montage pour
augmenter la vitesse de réaction. L'alimentation va d'abord alimenter le circuit électronique et le condensateur
pour arriver à une tension identique aux bornes du condensateur et du
circuit électronique. En cas de sur-consommation du circuit, la tension
va diminuer à ses bornes et le condensateur va réinjecter de
l'énergie pour conserver une tension stable.
La connexion reliant le + de l'alimentation au + du circuit
est un fil ou une piste de cuivre et donc une résistance qui va dissiper de la
puissance, principalement lors du passage de courants importants.
Plus un montage consomme de
courant, plus les fils d'alimentations doivent être de section importante (2,5
carré est le minimum pour les installations électriques dans les
habitations, 3,5 pour quelques appareils comme les machines à laver,
fours électriques). La résistance d'un
fil électrique est inversement proportionnelle à son diamètre.
est un fil ou une piste de cuivre et donc une résistance qui va dissiper de la
puissance, principalement lors du passage de courants importants.
Plus un montage consomme de
courant, plus les fils d'alimentations doivent être de section importante (2,5
carré est le minimum pour les installations électriques dans les
habitations, 3,5 pour quelques appareils comme les machines à laver,
fours électriques). La résistance d'un
fil électrique est inversement proportionnelle à son diamètre.
3. La diode
Le composant de base de l'électronique
numérique est la diode. Elle est
constituée de deux zones de germanium ou de Silicium polarisées appelées anode et
cathode. Dans le
sens passant, le courant passe entre l'anode et la cathode. Par contre,
connectée en inverse, le courant
est bloqué. Le montage ci-dessous permet de mesurer ces caractéristiques en sens
passant ou inverse (en retournant la diode). Les
caractéristiques du courant en fonction de la tension sont représentées dans
le graphique en
dessous. Dans notre montage, nous utilisons une résistance variable (appelée
souvent potentiomètre) permettant d'augmenter ou de diminuer la tension
entre l'anode et la cathode.
numérique est la diode. Elle est
constituée de deux zones de germanium ou de Silicium polarisées appelées anode et
cathode. Dans le
sens passant, le courant passe entre l'anode et la cathode. Par contre,
connectée en inverse, le courant
est bloqué. Le montage ci-dessous permet de mesurer ces caractéristiques en sens
passant ou inverse (en retournant la diode). Les
caractéristiques du courant en fonction de la tension sont représentées dans
le graphique en
dessous. Dans notre montage, nous utilisons une résistance variable (appelée
souvent potentiomètre) permettant d'augmenter ou de diminuer la tension
entre l'anode et la cathode.
En sens passant, le
courant augmente d'abord exponentiellement avec la tension
d'alimentation jusqu'à une tension de seuil (ceci est mesuré
par le voltmètre connecté en parallèle). A partir de cette tension,
le courant augmente linéairement avec la tension aux bornes de la
diode.
courant augmente d'abord exponentiellement avec la tension
d'alimentation jusqu'à une tension de seuil (ceci est mesuré
par le voltmètre connecté en parallèle). A partir de cette tension,
le courant augmente linéairement avec la tension aux bornes de la
diode.
En sens bloquant, la diode bloque le
courant jusqu'à la
tension maximale (spécifique à chaque modèle de diode). Ensuite, la diode laisse passer tout le courant. Ce dépassement
n'est pas destructif, mais la diode en court-circuit va claquer selon
le terme employé en électronique (brûler) avec la dissipation thermique
engendrée.
courant jusqu'à la
tension maximale (spécifique à chaque modèle de diode). Ensuite, la diode laisse passer tout le courant. Ce dépassement
n'est pas destructif, mais la diode en court-circuit va claquer selon
le terme employé en électronique (brûler) avec la dissipation thermique
engendrée.
Ces caractéristiques varient en fonction du type de
diode (Germanium pour les faibles puissances, Silicium pour les
puissances supérieures), de sa puissance maximum, de
la température et du type de diode utilisé.
diode (Germanium pour les faibles puissances, Silicium pour les
puissances supérieures), de sa puissance maximum, de
la température et du type de diode utilisé.
4. Application, circuit de redressement alternatif
Un pont
redresseur (appelé pont de Graetz) est une des utilisation typique des
diode. Il est utilisé pour convertir une tension alternative (celle du réseau électrique) en tension
continue (alimentation interne des appareils électroniques).
redresseur (appelé pont de Graetz) est une des utilisation typique des
diode. Il est utilisé pour convertir une tension alternative (celle du réseau électrique) en tension
continue (alimentation interne des appareils électroniques).
Lorsque
la tension alternative est positive (celle du point 1 est supérieure à celle
du point 2), le courant de 1 vers 2 à travers la diode D1 (D3 et D4
sont bloquantes). Alimentant le montage électronique, il revient au
point 2 en passant par la
diode d2. Dans le cas inverse (tension négative), le courant passe de la borne
2 vers la borne 1 en passant par D4, aliment le circuit puis revient en
traversant la diode D3.
la tension alternative est positive (celle du point 1 est supérieure à celle
du point 2), le courant de 1 vers 2 à travers la diode D1 (D3 et D4
sont bloquantes). Alimentant le montage électronique, il revient au
point 2 en passant par la
diode d2. Dans le cas inverse (tension négative), le courant passe de la borne
2 vers la borne 1 en passant par D4, aliment le circuit puis revient en
traversant la diode D3.
La tension à la sortie du montage électronique n'est
pas continue, elle est seulement redressée. La partie suivante
est constituée de condensateurs en parallèle, selfs en série, circuits électroniques de lissage, …
Dans la majorité des appareils informatiques, ce type d'alimentation n'est plus
utilisé, remplacé par des "alimentations à découpage",
avec un meilleur rapport puissance transmise par rapport à la puissance
consommée sur le réseau électrique. Nous les verrons en deuxième année avec le
fonctionnement des UPS et équipementsde protectionsélectriques.
5. LED
La LED est une diode
qui émet de la lumière lorsqu'elle est alimentée dans le sens
passant suivant une couleur spécifique à la technologie (rouge, verte, jaune, ...). Elle bloque dans le sens
inverse comme une diode standard mais avec une faible tension de seuil
et un faible courant autorisé. Elles ne sont jamais utilisées en
redressement.
qui émet de la lumière lorsqu'elle est alimentée dans le sens
passant suivant une couleur spécifique à la technologie (rouge, verte, jaune, ...). Elle bloque dans le sens
inverse comme une diode standard mais avec une faible tension de seuil
et un faible courant autorisé. Elles ne sont jamais utilisées en
redressement.
Les LED sont
connectées sur les faces avant des ordinateurs pour indiquer l'allumage
(le plus souvent verte) et les accès disques durs (généralement rouge ou
orange).
connectées sur les faces avant des ordinateurs pour indiquer l'allumage
(le plus souvent verte) et les accès disques durs (généralement rouge ou
orange).
Si une LED ne s'allume
pas, elle est soit défectueuse (plutôt rare en informatique informatique), soit le sens est
inversé sur le connecteur de la carte mère.
pas, elle est soit défectueuse (plutôt rare en informatique informatique), soit le sens est
inversé sur le connecteur de la carte mère.
6 Le transistor
Un transistor est constitué
de 3 tranches de silicium ou de germanium polarisées. Dans le cas des
transistors bipolaires, les PNP et NPN sont séparés suivant la
polarisation des 3 tranches (schémas ci dessous). Ils sont remplacés
en informatique par des transistors utilisant la technologie MOS et ses
variantes qui sont moins rapides mais consomment également moins. Le BicMos
est le plus rapide avec une faible consommation mais avec un faible niveau d'intégration en circuits électroniques.
de 3 tranches de silicium ou de germanium polarisées. Dans le cas des
transistors bipolaires, les PNP et NPN sont séparés suivant la
polarisation des 3 tranches (schémas ci dessous). Ils sont remplacés
en informatique par des transistors utilisant la technologie MOS et ses
variantes qui sont moins rapides mais consomment également moins. Le BicMos
est le plus rapide avec une faible consommation mais avec un faible niveau d'intégration en circuits électroniques.
La base sert decontrôle du montage.
La tension d'alimentation est appliquée au collecteur, la masse du montage à
l'émetteur.
Si on applique une faible tension sur la base d'un transistor NPN, la zone P est
se charge permettant au courant de traverser le transistor du collecteur vers
l'émetteur (donc de relier le collecteur à la masse). Pour les transistors PnP,
en mettant la base à la masse, on permet le passage du courant, mettant
ainsi le collecteur à la masse (0 volts). Le passage du courant varie
en fonction des tensions sur la base, c'est d'ailleurs la principale
utilisation en électronique analogique, l'amplification de tensions.
Enélectronique numérique, les transistors sont utilisés comme
interrupteurs. En appliquant une tension de 0,5 volts sur la base du
montage ci-contre, on permet le passage du courant et ainsi de mettre la
sortie à 0 Volts (presque, il y a toujours une petite tension
résiduelle). C'est un montage inverseur de tension entre l'entrée et
la sortie. Ce schémas représente les entrées (ou sorties) des
circuits TTL de type 74LS
(suivant l'endroit où le montage est inséré).
Le collecteur est relié au 5V
de l'alimentation en passant par une résistance. Si aucune tension n'est
appliquée à la base, le transistor est bloquant, la sortie est reliée
au 5 Volts. Par contre, si nous
appliquons sur la base une tension de 5V (en passant par une résistance, le
transistor laisse passer le courant entre le collecteur et l'émetteur,
ce qui donne en sortie une tension de 0 volts (en fait 0,5 volts, la
tension de seuil du transistor comme pour les diodes). Ce
montage est donc inverseur.
de l'alimentation en passant par une résistance. Si aucune tension n'est
appliquée à la base, le transistor est bloquant, la sortie est reliée
au 5 Volts. Par contre, si nous
appliquons sur la base une tension de 5V (en passant par une résistance, le
transistor laisse passer le courant entre le collecteur et l'émetteur,
ce qui donne en sortie une tension de 0 volts (en fait 0,5 volts, la
tension de seuil du transistor comme pour les diodes). Ce
montage est donc inverseur.
7. Transformateur
Un transformateur est constitué de fils enroulés
sur deux cotés d'un noyau en ferrite en forme de carré. On parle
de primaire (l'entrée) et de secondaire (la sortie). il doit être
alimenté en alternatif, les tensions continues sont inopérantes. Il
n'y a qu'un seul bobinage en entrée. Par contre, on peut utiliser
plusieurs bobinages en sorties pour obtenir différentes tensions. La
tension de sortie est un rapport entre le nombre de boucles en entrées
et en sorties.
sur deux cotés d'un noyau en ferrite en forme de carré. On parle
de primaire (l'entrée) et de secondaire (la sortie). il doit être
alimenté en alternatif, les tensions continues sont inopérantes. Il
n'y a qu'un seul bobinage en entrée. Par contre, on peut utiliser
plusieurs bobinages en sorties pour obtenir différentes tensions. La
tension de sortie est un rapport entre le nombre de boucles en entrées
et en sorties.
Il est utilisé avant un circuit de redressement par
diodes comme dans le schémas ci-dessus pour diviser la tension
d'entrée du primaire (230 V alternatif)et permettre une tension utilisable au
secondaire avant redressement (30 volts alternatif maximum) par un pont
de diodes.
diodes comme dans le schémas ci-dessus pour diviser la tension
d'entrée du primaire (230 V alternatif)et permettre une tension utilisable au
secondaire avant redressement (30 volts alternatif maximum) par un pont
de diodes.
8. Quelques règles concernant le réseau
électrique.
Sans rentrer dans un cours d'électricien
bâtiment, quelques règles de base en électricité.
bâtiment, quelques règles de base en électricité.
Le tableau électrique est placé entre
les lignes de votre habitation et le réseau extérieur (en passant par
le compteur qui détermine la consommation). L'arrivée peut être en
monophasé ou en triphasé. Dans le cas du mono, c'est en Europe du 230
Volts alternatifs (110 Volts sur le continent américain). Pour les
installations en triphasé, deux tensions sont utilisées: le 230 Volts
et le 380 Volts. D'autres variantes existent dans les régions
reculées.
les lignes de votre habitation et le réseau extérieur (en passant par
le compteur qui détermine la consommation). L'arrivée peut être en
monophasé ou en triphasé. Dans le cas du mono, c'est en Europe du 230
Volts alternatifs (110 Volts sur le continent américain). Pour les
installations en triphasé, deux tensions sont utilisées: le 230 Volts
et le 380 Volts. D'autres variantes existent dans les régions
reculées.
Le premier appareil à brancher dans ce
tableau est un différentiel de 300 mA. Il est obligatoire et va vérifier les
fuites de courant entre les différentes phases entre elles et la terre
engendrés par un appareil défectueux, fuites de courants dans ces
appareils (principalement dans les équipements de cuisine, salle de
bain utilisant de l'eau ou humides, ... Suivant le type d'arrivée et la
tension du réseau, il est spécifique. La dimension du câble jusqu'à
ce différentiel est du 5 carrés, c'est une norme de dimension. A
l'intérieur du tableau, les nouvelles normes imposent du 3,5 carré
pour relier ce différentiel aux fusibles, et fusibles entre-eux. En
sortie, vous pouvez utiliser du 2,5 pour la majorité de l'installation
et du 3,5 pour toutes les parties qui consomment comme la machine à
laver ou le four électrique. Si la dimension de ce câble est trop
faible, la consommation sera trop importante et votre appareil ne sera
pas suffisamment alimenté. Les câbles 1,5 sont maintenant interdits
dans toutes les installations fixes et pas conseillés pour relier la
prise à un appareil et rallonges, quelque qu'il soit.
tableau est un différentiel de 300 mA. Il est obligatoire et va vérifier les
fuites de courant entre les différentes phases entre elles et la terre
engendrés par un appareil défectueux, fuites de courants dans ces
appareils (principalement dans les équipements de cuisine, salle de
bain utilisant de l'eau ou humides, ... Suivant le type d'arrivée et la
tension du réseau, il est spécifique. La dimension du câble jusqu'à
ce différentiel est du 5 carrés, c'est une norme de dimension. A
l'intérieur du tableau, les nouvelles normes imposent du 3,5 carré
pour relier ce différentiel aux fusibles, et fusibles entre-eux. En
sortie, vous pouvez utiliser du 2,5 pour la majorité de l'installation
et du 3,5 pour toutes les parties qui consomment comme la machine à
laver ou le four électrique. Si la dimension de ce câble est trop
faible, la consommation sera trop importante et votre appareil ne sera
pas suffisamment alimenté. Les câbles 1,5 sont maintenant interdits
dans toutes les installations fixes et pas conseillés pour relier la
prise à un appareil et rallonges, quelque qu'il soit.
Le 230 Volt peut directement alimenter
les équipements informatiques et autres. Dans le cas de 230 Volts
alternatifs, la tension (et la charge) est répartie entre les trois
fils. Pour le 380 Volts, un quatrième fil (le neutre) est utilisé. La
tension de 230 Vols est obtenue entre ce neutre et chaque phase (fils).
les équipements informatiques et autres. Dans le cas de 230 Volts
alternatifs, la tension (et la charge) est répartie entre les trois
fils. Pour le 380 Volts, un quatrième fil (le neutre) est utilisé. La
tension de 230 Vols est obtenue entre ce neutre et chaque phase (fils).
Les fusibles électriques acceptent un
dépassement pendant un faible délai. Par contre, ils déclenchent
lorsque le courant inférieur à celui maximum est juste en dessous
pendant une durée importante. Mieux vaut répartir les équipements qui
consomment trop sur différents fusibles, voire phases différentes du
réseau dans le cas du triphasé.
dépassement pendant un faible délai. Par contre, ils déclenchent
lorsque le courant inférieur à celui maximum est juste en dessous
pendant une durée importante. Mieux vaut répartir les équipements qui
consomment trop sur différents fusibles, voire phases différentes du
réseau dans le cas du triphasé.
La terre fait fonction de masse. En
Europe, elle est flottante et sert uniquement de tension de référence
entre les deux fils du réseau (230 volts entre les deux). Via le
disjoncteur, elle permet de signaler les pertes de courant sur
l'ensemble de l'installation, y compris dans les équipements. A part en
Angleterre, l'arrivée du courant utilise les deux fils de
l'installation: touché un seul fils ne donne pas du 230 Volts mais bien
la différence de tension entre la terre et la borne de la prise et
quelques matériaux (l'eau par exemple) sont d'excellents conducteurs,
d'autres comme le verre ou le caoutchouc beaucoup moins.
Europe, elle est flottante et sert uniquement de tension de référence
entre les deux fils du réseau (230 volts entre les deux). Via le
disjoncteur, elle permet de signaler les pertes de courant sur
l'ensemble de l'installation, y compris dans les équipements. A part en
Angleterre, l'arrivée du courant utilise les deux fils de
l'installation: touché un seul fils ne donne pas du 230 Volts mais bien
la différence de tension entre la terre et la borne de la prise et
quelques matériaux (l'eau par exemple) sont d'excellents conducteurs,
d'autres comme le verre ou le caoutchouc beaucoup moins.
9. Terminologies et unités de mesure.
Les montages
informatiques numériques (digitaux) n'utilisent pas des tensions variables, mais des
états. Le signal peut prendre 2 valeurs
possibles, 0 ou 1. Ces 2 valeurs possibles sont matérialisés par deux
tensions, 0 et 5 Volts le plus souvent mais d'autres sont aussi
utilisées comme le +12 /-12 volts dans des liaisons séries, ou des
tension proches de 1,5 volts dans les processeurs actuels.
informatiques numériques (digitaux) n'utilisent pas des tensions variables, mais des
états. Le signal peut prendre 2 valeurs
possibles, 0 ou 1. Ces 2 valeurs possibles sont matérialisés par deux
tensions, 0 et 5 Volts le plus souvent mais d'autres sont aussi
utilisées comme le +12 /-12 volts dans des liaisons séries, ou des
tension proches de 1,5 volts dans les processeurs actuels.
La plus petite information (1 ou 0) est appelée un bit (noté petit b).
Pour les montages digitaux à base de processeurs, ils sont rassemblés
par 8 pour former un octet (Byte, noté grand
B en anglais). Les octets forment les données (8 bits permettent par
exemple de désigner une lettre dans le code ASCII).
Pour les montages digitaux à base de processeurs, ils sont rassemblés
par 8 pour former un octet (Byte, noté grand
B en anglais). Les octets forment les données (8 bits permettent par
exemple de désigner une lettre dans le code ASCII).
Dans la terminologie, on les regroupe le
plus souvent les octets en Kilo (noté KB ou KO), soit 210
octets. En hardware, on utilise un kilo de 1000, en logiciels (y compris
Windows), on utilise la vrai valeur qui est de 1024. 1000 (1024) donne
le MB (GO), soit 2 10 KB (220
Bytes) et 1000 MB donne le Giga et 1000 GB, le tetra (240)
plus souvent les octets en Kilo (noté KB ou KO), soit 210
octets. En hardware, on utilise un kilo de 1000, en logiciels (y compris
Windows), on utilise la vrai valeur qui est de 1024. 1000 (1024) donne
le MB (GO), soit 2 10 KB (220
Bytes) et 1000 MB donne le Giga et 1000 GB, le tetra (240)
| Le signal est envoyé sur une ligne de communication (série) ou 8 et multiples (16, 32, 46, 128, ...) dans le cas des connexions parallèles. Cette ligne de communication peut être un fil, une piste sur une carte mère ou même une connexion sans fils. La vitesse de transmission est liée à la fréquence (exprimée en hertz). Une fréquence de 1 hertz correspond à 1 bit par seconde, 1000 Hertz (soit un kilo) à 1000 données par secondes. L'exemple ci-contre envoie deux informations par seconde, soit une fréquence de 2 hertz. Le temps d'horloge est ici de 1/2 secondes. De nouveau, on parle de Mhz, Ghz, ... |  |
Transmission à une vitesse de 2 hertz (hz) |
Le taux de transfert
est le nombre de Byte envoyés par seconde, il est lié à la vitesse en
hertz d'un signal de référence (l'horloge). Il est exprimé en Bps
(bytes par secondes), KBps, ... Remarquez qu'on parle ici de byte, en
liaison séries (sur 1 fils en gros), on parle de bps ou plutôt suivant
la terminologie de baud (rate). Cette vitesse n'est pas tout à
fait liée uniquement au données puisque les connexions séries
utilisent des mécanismes de contrôle des transmissions comme des bits
de départs et de fin contrôle de parité, ... pour chaque octet
transmis. En général, on divise ces vitesses par 10 pour obtenir les
Bps.
est le nombre de Byte envoyés par seconde, il est lié à la vitesse en
hertz d'un signal de référence (l'horloge). Il est exprimé en Bps
(bytes par secondes), KBps, ... Remarquez qu'on parle ici de byte, en
liaison séries (sur 1 fils en gros), on parle de bps ou plutôt suivant
la terminologie de baud (rate). Cette vitesse n'est pas tout à
fait liée uniquement au données puisque les connexions séries
utilisent des mécanismes de contrôle des transmissions comme des bits
de départs et de fin contrôle de parité, ... pour chaque octet
transmis. En général, on divise ces vitesses par 10 pour obtenir les
Bps.
Quelques ordres de grandeurs:
la capacité d'une disquette est de
1,44 MB, une clé USB actuelle standard est de 8 GB, soit prêt de
6000 fois supérieure. Celle d'un disque dur est (par exemple) de
320 GB, soit 40 fois supérieur.
En transmission, un disque dur SATA2
permet des vitesses maximum (théoriques) de 300 MB/s, celle d'une
ligne ADSL 2+ de 24 Mb/s en réception, soit en fait dans les 2 MB
par seconde. Celle d'une connexion sans fils 802.11 G est de 54
Mb/s, soit ... un pauvre 5,4 MB par seconde.
10. Les portes logiques:
L'électronique digitale ne gère que
des signaux logiques variant dans le temps (0 ou 1). Ces montages utilisent
des fonctions logiques qu'on retrouve également dans certaines
fonctions de logiciels comme ACCESS, Excel, ... ou en programmation.
Différentes technologies sont utilisées suivant le type de transistor:
la série TTL 74 et ses variantes, les séries CMOS
(moins rapides mais avec une consommation électrique plus faible), ...
des signaux logiques variant dans le temps (0 ou 1). Ces montages utilisent
des fonctions logiques qu'on retrouve également dans certaines
fonctions de logiciels comme ACCESS, Excel, ... ou en programmation.
Différentes technologies sont utilisées suivant le type de transistor:
la série TTL 74 et ses variantes, les séries CMOS
(moins rapides mais avec une consommation électrique plus faible), ...
Pour caractériser les états de sortie
de ces portes en fonction des différents signaux d'entrée possible, on
parle de table logique avec une valeur de 0 en l'absence de
tension sur la borne et de 1 en présence de tension.
de ces portes en fonction des différents signaux d'entrée possible, on
parle de table logique avec une valeur de 0 en l'absence de
tension sur la borne et de 1 en présence de tension.
PorteNAND (Non-ET) | Entrées | Sorties | |
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
valeurs avec le résultat inversé, par exemple A=0 et B=1, A*B=0, ce
qui donne comme valeur inversée 1.
PorteNO (NON)Cette porte donne la valeur inverse, soit A=0, la sortie = 1.
| Entrée | Sortie |
| A | Y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
PorteNOR - Non OU La fonction OU est vrai si au moins un des signal est vrai
(1). L'inverse donne VRAI si toutes les portes sont à 0, elle correspond en
fait à la somme des valeurs inversée. Prenons par exemple cette porte
avec 2 entrées:
| Entrées | Sortie NOR | ||
| A | B | C | |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
l'exemple ci-dessous:
Comme exemple, prenons la fonction A AND (B OR C):
| Entrées | Sortie A and B or C | ||
| A | B | C | |
| 0 | 0 | 0 | 0 * (0+0) = 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 * 1 = 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 * (0+0) = 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 * (1+0) = 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Toutes ces portes logiques sont intégrées dans des circuits d'interface plus
complexe.
complexe.
11. Le troisième état.
Les fonctions de base ci-dessus sont
complétées par 4 autres types, même si ça dépasse le cadre de cette
introduction: les bascules, les buffers (mémoires tampon utilisées
comme amplificateur), les multiplexeurs (envoient en sortie une valeur
d'entrée dépendant de signaux de contrôles qui sélectionnent le
numéro de porte et les tristates - troisième état (souvent couplés
à des buffers).
complétées par 4 autres types, même si ça dépasse le cadre de cette
introduction: les bascules, les buffers (mémoires tampon utilisées
comme amplificateur), les multiplexeurs (envoient en sortie une valeur
d'entrée dépendant de signaux de contrôles qui sélectionnent le
numéro de porte et les tristates - troisième état (souvent couplés
à des buffers).
Pour pouvoir partager des bus entre
différents composants (notamment en DMA que nous verrons dans la
suite), une porte doit être capable de déconnecter sa sortie, c'est le
troisième état avec le 0 et le 1. En analmysant le schéma d'une porte TTL
ci-dessus, c'est facile à comprendre. Si deux sorties sont branchées
sur le même circuit, chaque fois qu'un des deux est à 0, l'entrée
suivante passe également à Zéro. En se coupant du montage, une sortie
n'intervient plus dans le résultat.
différents composants (notamment en DMA que nous verrons dans la
suite), une porte doit être capable de déconnecter sa sortie, c'est le
troisième état avec le 0 et le 1. En analmysant le schéma d'une porte TTL
ci-dessus, c'est facile à comprendre. Si deux sorties sont branchées
sur le même circuit, chaque fois qu'un des deux est à 0, l'entrée
suivante passe également à Zéro. En se coupant du montage, une sortie
n'intervient plus dans le résultat.
Un multiplexeur
est une sorte d'interrupteur / commutateur logique. Soit une commande
avec deux entrées (A et B) et 4 entrées effectives (Y1 à Y4). Suivant
les valeurs présentes sur les deux lignes de commandes, la sortie va
être permettent de diriger une entrée vers une sortie au
choix par l'intermédiaire d'entrées de contrôle. Voici la table logique d'un
circuit 1 entrée D1, 2 lignes de contrôle (A et B), 4 entrées (C1, C2,
C3 et C4). Voici les valeurs obtenues en sorties suivant les
différentes valeurs de contrôle:
est une sorte d'interrupteur / commutateur logique. Soit une commande
avec deux entrées (A et B) et 4 entrées effectives (Y1 à Y4). Suivant
les valeurs présentes sur les deux lignes de commandes, la sortie va
être permettent de diriger une entrée vers une sortie au
choix par l'intermédiaire d'entrées de contrôle. Voici la table logique d'un
circuit 1 entrée D1, 2 lignes de contrôle (A et B), 4 entrées (C1, C2,
C3 et C4). Voici les valeurs obtenues en sorties suivant les
différentes valeurs de contrôle:
| Entrées | Sorties | |
| A | B | |
| 0 | 0 | c1 |
| 0 | 1 | C2 |
| 1 | 0 | C3 |
| 1 | 1 | C4 |
12. Notion de Calcul binaire, hexadécimal
Addition, soustraction.| 1101 |
| + 1100 |
| 11001 |
Même si les électroniciens utilisent
plutôt l'hexadécimal basé sur une base 16, voici une petite addition
en binaire. On commence de droite à gauche:
plutôt l'hexadécimal basé sur une base 16, voici une petite addition
en binaire. On commence de droite à gauche:
- 1 + 0 = 1
- 0 + 0 = 0
- 1 + 1 = 2, soit 0 mais avec un report de 1 à l'unité supérieur
- 1 + 1 + report de 1 = 3, soit 1 avec un report de 1
- le report précédant qui donne 1
En hexadécimal (souvent précédés du sigle
$ ou par h) , on utilise les chiffres de 0 à 9 (comme en décimal) puis
les lettres en commençant par A (10), B (11), ... F (15).
$ ou par h) , on utilise les chiffres de 0 à 9 (comme en décimal) puis
les lettres en commençant par A (10), B (11), ... F (15).
| FA5 |
| + 15A |
| 10FF |
De nouveau, reprenons de droite
à gauche notre addition:
à gauche notre addition:
- 5 + A = 5 + 10 = 15 soit F en hexadécimal
- A + 5 = 10 + 5 = 15 et toujours F en $
- F + 1 = 15 + 1 = 16, soit 0 + un report de 1
13. Outillage, testeurs et appareils de mesure
En électricité analogique, on
utilise un multimètre qui mesure les tensions et courants en courants
continus ou alternatif. Ils intègrent également une mesure des
résistances et un test de diode. Malheureusement, nous ne travaillons
pas en valeurs répétitives avec un plus des vitesses de changement
très rapides. Le seul appareil qui pourait être utilisé est un
analyseur logique, en gros un oscilloscope qui permet de vérifier des
signaux digitaux sur un nombre important d'entrées (l'oscilloscope est
limité à 2).
utilise un multimètre qui mesure les tensions et courants en courants
continus ou alternatif. Ils intègrent également une mesure des
résistances et un test de diode. Malheureusement, nous ne travaillons
pas en valeurs répétitives avec un plus des vitesses de changement
très rapides. Le seul appareil qui pourait être utilisé est un
analyseur logique, en gros un oscilloscope qui permet de vérifier des
signaux digitaux sur un nombre important d'entrées (l'oscilloscope est
limité à 2).
De toute façon, sans schémas de cartes,
sans composants (en plus ils sont en SMD donc collés sur la carte), ...
il est impossible de réparer une carte.
sans composants (en plus ils sont en SMD donc collés sur la carte), ...
il est impossible de réparer une carte.
Dès lors, les seuls outils à utiliser sont
des tournevis en croix et plats, des tournevis torx pour certains
ordinateurs de marque, d'une petite pince plate pour certain pontages et
cavaliers et un multimètre utilisé pour vérifier quelques tensions (notamment
pour les transformateurs de PC portables). Petit dernier, une clé Allen
inversée au pas européen de 5 (même si l'original est une norme
américaine) pour certains connecteurs externes de cartes mères ...
rien de bien complexe si vous ne travaillez pas dans les réseaux.
des tournevis en croix et plats, des tournevis torx pour certains
ordinateurs de marque, d'une petite pince plate pour certain pontages et
cavaliers et un multimètre utilisé pour vérifier quelques tensions (notamment
pour les transformateurs de PC portables). Petit dernier, une clé Allen
inversée au pas européen de 5 (même si l'original est une norme
américaine) pour certains connecteurs externes de cartes mères ...
rien de bien complexe si vous ne travaillez pas dans les réseaux.
A part pour les portables, les ordinateurs
n'utilisent pour les fixations que deux pas de vis suivant la norme
américaine.
n'utilisent pour les fixations que deux pas de vis suivant la norme
américaine.
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