Numéro 46
Magazine électronique Daganzo
INTRODUCTION:
Les circuits électroniques sont partout, dans les machines à laver dans les téléviseurs, dans les ascenseurs dans les horloges, etc. Il serait très difficile d'imaginer notre monde actuel sans circuits, la plupart du temps on ne les voit pas recouverts de boîtiers décoratifs et à l'intérieur des appareils où beaucoup de gens pensent que c'est une sorte de magie que l'appareil effectue.
Ces circuits sont comme des mondes à part avec leurs composants où chacun remplit sa fonction dans une sorte de société alimentée par un flux électrique qui lui donne vie.
Bibliographie:
Couverture de Radio Craft 1929 Textes et images de Google et Wikipedia
https://sites.google.com/site/yoloswag5aml/desarrollo?tmpl=%2Fsystem%2Fapp%2Ftemplates%2Fprint%2F&showPrintDialog=1 https://www.areatecnologia.com/electricidad/inductancia.html
A. González 2020
C'était l'année 1745 quand en Allemagne un certain Ewald Georg von Kleist, a observé que la charge électrique pouvait être stockée dans une bouteille en verre avec de l'eau à l'intérieur.
L'année suivante, le physicien néerlandais Pieter van Musschenbroek a inventé un condenseur similaire qu'il a appelé une bouteille Layden (un cylindre de verre qui est doublé à l'extérieur et à l'intérieur d'une feuille de papier d'aluminium).
Plus tard, il a été possible d'augmenter la charge en mettant plusieurs bouteilles en parallèle.
Dès le début de l'étude de l'électricité, des matériaux non conducteurs tels que le verre, la porcelaine, le papier et le mica ont été utilisés pour les condensateurs en fonction d'isolateurs ou de diélectriques. Dans les premières années de Guillermo Marconi, des condensateurs en porcelaine étaient utilisés pour les dispositifs de transmission sans fil, tandis que de petits condensateurs au mica étaient utilisés dans les circuits résonants pour la réception.
La valeur de la capacité d'un condensateur est définie par la formule suivante: C = Q / V
Où C est la capacité, Q est la quantité de charge stockée sur l'une des plaques et V est la différence de potentiel entre les plaques.
Lorsque la différence de potentiel entre ses bornes augmente, le condensateur stocke charge électrique en raison de la présence d'un champ électrique à l'intérieur; lorsque celle-ci diminue, le condensateur renvoie cette charge au circuit.
En connectant un condensateur en série avec une résistance à une source de tension, le condensateur accumule la charge entre ses plaques.
Lorsque le condensateur est complètement chargé, le courant cesse de circuler dans le circuit.
Charge:
Si la source est supprimée et que le condensateur et la résistance sont placés en parallèle, les charges commencent à circuler d'une des plaques de condensateur à l'autre à travers la résistance, jusqu'à ce que la charge ou l'énergie stockée dans le condensateur soit nulle. Dans ce cas, le courant circulera dans le sens opposé à celui qui circulait pendant la charge du condensateur.
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Où:
V ( t) est la tension aux bornes du condensateur.
V je est la tension ou la différence de potentiel électrique initiale (t = 0) entre les plaques du condensateur.
V F est la tension finale ou la différence de potentiel électrique (à l'état stationnaire t ≥ 4RC) entre les plaques du condensateur.
JE ( t) l'intensité du courant circulant dans le circuit.
RC est la capacité du condensateur en farads multipliée par la résistance du circuit en ohms, appelée constante de temps.
En courant alternatif, un condensateur idéal offre une résistance au passage de l'électricité qui reçoit le nom de réactance capacitive Xc dont la valeur est donnée par:
Où:
Xc est la réactance capacitive en Ohms f est la fréquence en Hertz
C est la capacité en farads n est le nombre pi 3,14159
Condensateurs en série: sa valeur est donnée par: 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn
Condensateurs en parallèle: Sa valeur est donnée par: C = C1 + C2 +…. + Cn
Condensateurs variables
UNE condensateur variable c'est dans lequel vous pouvez changer la valeur de votre capacité. Dans le cas d'un condensateur plat, la capacité peut être exprimée par l'équation suivante:
eo est la perméabilité du vide ( 8,854187817 ... × 10
−12)euh est la constante diélectrique du matériau entre les plaques À est la surface effective des plaques
ré est la distance entre les plaques ou l'épaisseur du diélectrique
La capacité de ce
le condensateur varie en fonction de la surface de ses plaques
face.
La capacité de ce
le condensateur varie en fonction de la séparation de ses plaques.
Tableau des différentes constantes diélectriques en fonction du milieu.
Condensateurs céramiques
Ce sont des condensateurs où les inductances et pertes parasites sont quasiment nulles. La constante diélectrique de ces éléments est très élevée (1 000 à 10 000 fois celle de l'air).
- Certains types de céramiques autorisent une permittivité élevée et des valeurs de capacité élevées sont atteintes dans les petites tailles, mais elles ont l'inconvénient d'être très sensibles aux variations de température et de tension.
Condensateurs à feuille plastique
- Feuille de plastique et feuille métallique intercalée: Ces types de condensateurs sont généralement plus gros que la feuille métallisée, mais ont une capacité plus stable et une meilleure isolation.
- Feuille métallique: la feuille métallique est déposée directement sur la feuille plastique. Ces condensateurs ont la qualité de se protéger contre les surtensions. Lorsque cela se produit, un arc de courant apparaît qui évapore le métal, éliminant le défaut.
Condensateurs au mica:
Condensateurs constitués de feuilles d'aluminium et de mica placées en alternance protégées par du plastique moulé. Ils sont chers. Il a un faible courant de fuite (courant que les condensateurs perdent et lui fait perdre sa charge avec le temps) et une stabilité élevée. Ses valeurs vont de pF à 0,1 uF.
Condensateurs en polyester:
Ils remplacent les condensateurs en papier, seul le diélectrique est en polyester. Des condensateurs en polyester métallisé ont été créés afin de réduire les dimensions physiques. Avantages: très peu de perte et excellent facteur de puissance
Condensateurs électrolytiques:
Ces condensateurs peuvent avoir des capacités très élevées pour un prix raisonnablement bas. Ils présentent l'inconvénient d'avoir un courant de fuite élevé et une faible tension de claquage. Ils sont polarisés et des précautions doivent être prises lors de leur connexion car ils peuvent exploser s'ils sont connectés avec la polarité inverse.
Ils sont principalement utilisés dans les alimentations électriques.
Physiquement, ces éléments consistent en un tube en aluminium fermé, où se trouve le condensateur. Ils disposent d'une soupape de sécurité (ou affaiblissant dans son collecteur en aluminium) qui s'ouvre en cas d'ébullition de l'électrolyte, évitant ainsi les risques d'explosion.
Condensateurs au tantale:
Ils sont polarisés, vous devez donc faire attention lors de leur connexion.
La valeur d'un condensateur est représentée par un code numérique ou par des barres colorées:
Condensateurs céramiques et Polyester avec nomenclature en chiffres
Différents types de condensateurs
Parmi les différents types de condensateurs, on peut trouver plusieurs condensateurs, c'est un
réseau avec plusieurs condensateurs indépendants ou avec une extrémité commune.
La tension de claquage est la tension maximale qui peut être appliquée aux bornes du condensateur. S'il est dépassé, le diélectrique peut être perforé provoquant un court-circuit. Le tableau suivant nous présente les différentes plages de tensions maximales des condensateurs en fonction du modèle et de la capacité.
Les caractéristiques électriques des condensateurs réels diffèrent par différentes valeurs d'un condensateur idéal, parfois les hautes fréquences ou les circuits résonants sont importants à prendre en compte.
Ces valeurs sont déterminantes dans le choix du type de condensateur de notre circuit électronique.
Un vrai condensateur se comporte électriquement comme ce circuit, il a des bornes qui offrent une valeur résistive R1, R2 et inductive L1, L2 et a des pertes de tension à travers son diélectrique comme une résistance de perte Rp.
Normalement, les valeurs résistives et inductives des bornes sont très petites et la valeur résistive des pertes très grande.
Je voudrais montrer la fonction de certains condensateurs dans les circuits suivants.
Ce circuit correspond à la source d'une lampe à led.
On peut observer le condenseur
Polyester 470nF et 400v qui permet le passage d'une certaine quantité de courant dans ses charges et décharges à 50Hz.
Le condensateur dissipe à peine la chaleur dans le circuit, il constitue donc un bon moyen de réduire la tension d'entrée.
Une résistance de 470k est responsable de la décharge du condensateur lorsque la source est éteinte, et deux résistances de 120 ohms réduisent les pics de tension secteur.
Le condensateur 47uF a pour fonction de stabiliser la tension redressée.
Ce circuit correspond à une petite station 27Mhz.
Nous voyons un condensateur 82pF qui stabilise le courant dans l'émetteur du transistor, un condensateur 10pF en parallèle avec une bobine comme réservoir d'accord, l'ensemble est un résonateur à la fréquence de 27Mhz, deux condensateurs 150pF et 100pF avec un bobine comme filtre de sortie et enfin un
Condensateur 22nF qui stabilise les courants de source.
Inductance (L) est une propriété des bobines électriques (fil en forme de spires) par laquelle on peut savoir à quel point la bobine s'oppose au passage
du courant à travers elle par l'effet du courant induit par la bobine elle-même (auto-induction)
Un physicien nommé Oersted a découvert qu'un conducteur ou une boucle à travers laquelle un courant circule génère un champ magnétique autour de lui. Ce champ magnétique dépend de l'intensité du courant traversant le conducteur et de sa direction.
S'il s'agit d'un courant alternatif (variable), le champ magnétique sera variable tout comme le courant circulant dans la bobine.
Un autre physicien nommé Faraday a découvert qu'un champ magnétique variable qui bouge ou varie en coupant un conducteur provoque la génération d'une différence de potentiel (ddp ou tension) aux extrémités du conducteur et que selon Lenz, un autre physicien, ce ddp sera opposé à la cause qui la produit, c'est-à-dire qu'elle s'opposera à la tension à laquelle nous connectons la bobine, qui est finalement celle qui provoque cette autre tension. Si au lieu d'être un conducteur, c'est une bobine (conducteur en forme de spires), la même chose se produira, une tension ou une force électromotrice sera créée dans la bobine. Si la bobine est connectée en circuit fermé, elle produira sur la bobine un courant dit induit dans le sens opposé à celui du conducteur, ou dans ce cas la bobine.
La résistance qui apparaît lors de la connexion d'une bobine et en courant alternatif (en raison de l'auto-induction) est appelée réactance inductive, et elle est calculée comme suit:
XL = L x (2 x pi xf) = réactance inductive et est mesurée en ohms.
Où f est la fréquence du courant qui traverse la bobine (en Espagne normalement 50 Hz) et L est mesurée en Henries et est l'inductance de la bobine.
L'inductance L ou inductance est un facteur qui dépend des caractéristiques physiques de la bobine (c'est-à-dire de la géométrie et des matériaux avec lesquels elle est fabriquée) et non du courant qui la traverse. Plus le nombre de spires enroulées de la bobine est élevé, plus l'inductance est élevée. Si un noyau ferromagnétique est également ajouté à l'intérieur de la bobine, l'inductance augmente également. Par conséquent, pour la même bobine, cette valeur est une valeur fixe. Alors ... De quoi dépend exactement l'inductance d'une bobine?
L'inductance dépend de la taille et de la forme du conducteur de la bobine, du nombre de spires et du type de matériau à l'intérieur de la bobine.
Pour calculer l'inductance d'une bobine, nous devons utiliser la formule suivante:
La perméabilité du vide, également appelée constante magnétique, est représenté par le
symbole μ 0 et en unités SI, il est défini comme:
La permittivité électrique (qui apparaît dans la loi de Coulomb) et la constante magnétique du vide sont liées par la formule:
où co représente la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide, communément appelée vitesse de la lumière dans un espace vide.
Pour comparer les matériaux entre eux, le perméabilité magnétique absolue () comme produit entre le perméabilité magnétique relative ( ) et la perméabilité magnétique du vide ( ) qui vaut 1:
Les matériaux peuvent être classés en fonction de leur perméabilité magnétique relative en:
Paramagnétique, dont la valeur relative de perméabilité magnétique est bien supérieure à 1.
Diamagnétique , perméabilité magnétique relative inférieure à 1 (s'oppose au champ appliqué)
En électromagnétisme,
le diamagnétisme est une propriété des matériaux qui est de repousser les champs magnétiques.
C'est l'opposé de
matériaux paramagnétiques
qui sont attirés par les champs magnétiques.
Les substances sont, pour la plupart, diamagnétiques, car
que toutes les paires de
les électrons de spin opposé contribuent faiblement au
diamagnétisme, et seulement dans les cas où il y a des électrons
non apparié il y a un
contribution paramagnétique (ou plus complexe) dans la direction opposée.
Un exemple de la façon de différencier les matériaux paramagnétiques des diamagnétiques que nous avons dans le détecteur de métaux avec discriminateur.
Dans la figure un détecteur de métal avec discriminateur. Fondamentalement, le capteur d'un détecteur de métal est composé de deux bobines L1 et L2 couplées où l'une est injectée avec un signal sinusoïdal qui est détecté par le second, lorsque le champ magnétique généré par la première bobine rencontre un matériau paramagnétique, le signal détecté par la deuxième bobine, il est intensifié et s'il est diamagnétique le signal est réduit.
Le guide montre le code couleur pour identifier la valeur de certains modèles d'inductances, il est similaire au code couleur que nous utilisons pour identifier les valeurs des résistances et des condensateurs.
La valeur de l'inductance (ou bobine) est donnée en uH
(microhenries).
L'inductance approximative d'une bobine monocouche enroulée dans l'air et pour des bobines d'une longueur égale ou supérieure à 0,4 fois le diamètre de la bobine, peut être calculée avec la formule simplifiée:
L (microH) = 0,394 (d².n² / 18d + 40 l)
L = inductance en microhenries
d = diamètre de la bobine en centimètres l = longueur de la bobine en centimètres n = nombre de tours
Pour calculer le nombre de tours: n = racine carrée de [L (18 d + 40 l)] / 0,627d
Le flux magnétique (du champ créé) sera toujours proportionnel à l'intensité parcourue par la bobine. Dans ce cas, nous pouvons dire que:
Φ = L x I; où Φ est le flux magnétique, I l'intensité de la bobine et L l'inductance.
Le marché de l'électronique nous offre une grande variété de bobines ou inductances avec des noyaux en tôle de fer, avec des noyaux en ferrite ou en air.
Il est à noter que les courants de Foucault et les pertes d'hystérésis augmentent considérablement avec l'augmentation de la fréquence de travail, alors les noyaux de roseaux ne peuvent être utilisés qu'en basse fréquence jusqu'à un maximum de 20 000-30 000 Hz.
Pour travailler à des fréquences comprises entre 10 000 et 100 000 Hz, des noyaux de ferrite constitués de grains de fer microscopiques reliés par des colles spéciales qui les isolent les uns des autres conviennent. Plus le noyau est léger, moins il y a de poussière de fer dans votre corps, donc plus votre fréquence de travail sera élevée. Les noyaux de ferrite très lourds sont capables de travailler jusqu'à une fréquence maximale de 2Mhz, les plus légers jusqu'à 20/50 MHz et les très légers même à des fréquences supérieures à 100MHz.
Transformateurs
Un transformateur est appelé un élément électrique qui permet d'augmenter ou de diminuer la tension dans un circuit électrique à courant alternatif, tout en maintenant la puissance. La puissance qui entre dans l'équipement, dans le cas d'un transformateur idéal (c'est-à-dire sans pertes), est égale à celle obtenue en sortie. Les vraies machines ont un petit pourcentage de pertes, en fonction de leur conception et de leur taille, entre autres facteurs.
Dans un transformateur idéal, le rapport des tensions entre les enroulements primaire et secondaire est égal au rapport de leurs enroulements.
Les vrais transformateurs diffèrent des transformateurs idéaux sur les points suivants:
- Les enroulements ou enroulements ont une résistance électrique et des capacités parasites.
- À l'intérieur du noyau, il y a des courants de Foucault ou des courants de Foucault.
- Le cycle de magnétisation et de démagnétisation du noyau consomme de l'énergie en raison de l'hystérésis magnétique.
- Le couplage magnétique des enroulements n'est pas parfait, ce qui se traduit par une inductance ou un flux de fuite.
- La perméabilité magnétique du noyau dépend de la fréquence.
- La saturation magnétique du noyau fait que l'inductance des enroulements n'est pas constante.
- Le noyau varie légèrement sa géométrie en raison de la magnétostriction.
Dans un circuit résonnant LC, la fréquence du circuit est donnée par la formule suivante:
Dans l'état de résonance électrique, étant l'impédance minimale, l'intensité effective du courant sera maximale. Il convient de préciser que dans chaque cycle ou oscillation de charge et de décharge, il y a des pertes dues à la résistance électrique du conducteur qui compose la bobine et à la fuite du diélectrique qui compose le condensateur. Ainsi, à chaque cycle, la tension à laquelle le condensateur est chargé sera inférieure, jusqu'à ce qu'elle s'épuise au fil du temps. C'est pourquoi des circuits électroniques amplificateurs sont nécessaires, qui remplacent la tension perdue, pour maintenir les oscillations constantes et indéfiniment.
