HGT - SCG Physique UAA1 AUTEUR : Philippe Godts 6 novembre 2014 Fiche d’activité 5 Résistance des composants Enoncé de la situation On dispose d’une réserve suffisante de différents composants utilisés habituellement en électronique (résistances, résistances variables, photorésistances, thermistances, diodes, diodes électroluminescentes, condensateurs…), ainsi que d’objets permettant d’agir sur ces composants (piles 1,5 volt, eau assez chaude, lampes, petits tournevis…). On désire identifier les différents composants à l’aide d’une fiche décrivant leurs comportements respectifs. On dispose en outre de cordons à pinces crocos, d’ohmmètres et de piles 1,5 volt (ou d’accumulateurs 1,2 volt). Développements attendus principalement visés Sur base d’une expérience, énoncer les conditions de circulation d’un courant électrique dans un milieu donné (C2). Sur base d’une expérience, l’élève explique l’existence d’un courant électrique par la présence de générateurs, d’une suite ininterrompue de conducteurs électriques, voire de récepteurs, l’ensemble formant un circuit fermé. Réaliser une tâche qui implique un montage à l’aide de commutateurs et/ou de capteurs (T1). Sur base d’un cahier des charges, l’élève conçoit un circuit (par exemple : un détecteur d’intrusion, l’allumage automatique d’une lampe) nécessitant des commutateurs (interrupteur, relai électrique, …) et/ou des capteurs (photorésistance, thermistance, …). Santé, sécurité, notes techniques Voir remarques générales dans le document relatif à la boîte électrique de base (BEB). Suggestions 1. Montrer aux élèves les différents composants disponibles et leur demander de repérer leurs caractéristiques géométriques (forme, nombre de bornes…). 2. Présenter les objets que les élèves vont pouvoir utiliser pour agir sur ces composants et lister toutes les actions possibles qui pourraient modifier la résistance de ces composants (chauffer, refroidir, tourner un bouton, éclairer, changer le sens du composant, lui soumettre une petite tension…) 3. Proposer aux élèves une fiche de travail (voir annexe 1 ci-dessous) reprenant le mode de fonctionnement de différents composants. 4. Demander aux élèves de tester par groupe chaque composant l’un après l’autre pour les identifier. 5. Donner aux élèves la fiche de synthèse (voir annexe 2), ou leur proposer de la réaliser euxmêmes. Document1 Remarque à propos de la thermistance On peut tremper l’extrémité de la thermistance dans l’eau chaude, ou même la pincer entre les doigts pour observer une variation de la résistance plus ou moins rapide. On peut également placer 10 cm sous la thermistance une petite flamme (bougie ou briquet). La variation de la résistance est alors plus rapide, mais il faut éviter de « brûler » la thermistance : bien contrôler la petite flamme. Quand la thermistance est chaude, on peut refroidir la thermistance en la mouillant légèrement avec de l’eau et en soufflant dessus pour qu’elle s’évapore. On obtient un refroidissement plus rapide à l’aide d’une goutte d’éther (attention, l’éther est inflammable, certaines personnes ne supportent pas l’odeur). Document1 Annexe 1 : fiche de travail Document1 Je suis le transistor Je me comporte sensiblement comme un interrupteur. En mode normal, la résistance entre mon collecteur et mon émetteur est pratiquement infinie et je suis en mode bloquant : le courant ne passe pas. Mais dès qu’une faible tension est appliquée entre ma base et mon émetteur (borne positive de la pile du côté de l’émetteur), la résistance entre mon collecteur et mon émetteur diminue et je bascule en mode passant : le courant passe. Schéma électrique d’un transistor NPN : Je suis la résistance Mon rôle peut être de limiter le courant dans un circuit. Plus la valeur de ma résistance est grande, plus le courant est faible, pour une même tension. Schémas électriques : Je peux aussi produire une certaine tension entre mes bornes quand je suis parcouru par un courant donné. Mis en série avec un autre composant semblable, je peux également former un diviseur de tension. ou En me réglant (éventuellement à l’aide d’un petit tournevis), on modifie à la fois la valeur de la résistance entre mes bornes A et C et la valeur de la résistance entre mes bornes C et B. La valeur de la résistance entre mes bornes A et B reste constante. Schéma électrique : La valeur de ma résistance diminue quand je chauffe. C’est pour cette raison qu’on m’appelle thermistance NTC (de l’anglais « negative temperature coefficient »). Ma sœur jumelle est la thermistance PTC (de l’anglais « positive temperature coefficient »). Vous l’aurez compris : la valeur de sa résistance augmente avec la température. Schéma électrique d’une résistance NTC : Je suis la résistance variable Je suis la thermistance NTC A C 1, 1 Schéma électrique : Je suis la photorésistance La valeur de ma résistance diminue quand on m’éclaire. 1, 1, Je suis la diode Je ne suis conducteur seulement que dans un seul sens. Ma cousine est la diode électroluminescente : elle devient lumineuse quand le courant la traverse. Je suis le condensateur Je suis constitué de deux surfaces conductrices séparées par un fin isolant. Lorsqu’on me charge, j’accumule des charges électriques de signes opposés sur chacune de ces surfaces. Suivant mon genre, il faut parfois veiller au sens de mon raccordement : si un de mes côtés comporte une bande claire avec des signes moins, ma borne correspondante doit toujours être raccordée du côté de la borne négative du générateur. Document1 Schéma électrique de la diode électroluminescente : Schéma électrique : Annexe 2 : fiche de synthèse Schéma électrique : Le transistor Ce composant se comporte sensiblement comme un interrupteur. En mode normal, la résistance entre le collecteur et l’émetteur est pratiquement infinie et le transistor est en mode bloquant : le courant ne passe pas. Mais dès qu’un faible courant est appliqué à la base, la résistance entre le collecteur et l’émetteur diminue et le transistor bascule en mode passant : le courant passe. A propos du BC548, raccorder toujours le collecteur (1) du côté de la borne positive du générateur (dans les schémas ci-dessous, toujours l’ampoule), l’émetteur (3) du côté de la borne négative du générateur. La base (3) sera toujours protégée par une résistance d’au moins 1,8 kΩ, tandis que le courant passant par le collecteur sera limité à 100 mA. Le schéma ci-contre représente un NPN. La résistance Ce composant permet de limiter le courant dans le circuit. Plus la valeur de la résistance est grande, plus le courant est faible, pour une même tension. Schémas électriques : Une autre fonction de ce composant est de produire une certaine tension entre ses bornes quand il est parcouru par un courant donné. Mis en série avec un autre composant semblable, il peut également former un diviseur de tension. Le plus souvent, une résistance est identifiée avec des bagues de couleurs (anneaux). Chaque couleur correspond à un chiffre. La correspondance entre les chiffres et les couleurs des anneaux permet de déterminer la valeur d'une résistance ainsi que sa tolérance. Il faut d'abord placer la résistance dans le bon sens. En général, la résistance possède un anneau doré ou argenté, qu'il faut placer à droite. Dans d'autres cas, c'est l'anneau le plus large qu'il faut placer à droite. Sur les résistances à 4 anneaux (type le plus courant), les deux premiers anneaux donnent les chiffres significatifs (le premier donne la dizaine et le second l'unité), le troisième donne le multiplicateur (la puissance de 10 par laquelle il faut multiplier les chiffres significatifs), le quatrième la tolérance (l’incertitude sur la valeur réelle de la résistance donnée par le constructeur). Astuce : un moyen mnémotechnique pour se rappeler du code des couleurs est de retenir la phrase suivante : Ne Mangez Rien Ou Je Vous Brûle Votre Grande Barbe. La place des mots dans la phrase indique le chiffre correspondant à la couleur. N : noir (0) - M : marron (1) - R : rouge (2) - O : orange (3) - J : jaune (4) - V : vert (5) - B : bleu (6) - V : violet (7) - G : gris (8) - B : blanc (9) Exemple : Jaune (4) – violet (7) – marron (1) – doré (5%) La valeur de cette résistance est : 47 x 101 ohm à 5 % soit 470 ohm à 5 %. Résistances à 5 anneaux : les trois premiers anneaux donnent les chiffres significatifs, le quatrième donne le multiplicateur, le cinquième la tolérance. Document1 La résistance variable La thermistance La photorésistance Lors du réglage de la résistance variable, on modifie à la fois la valeur de la résistance entre les bornes A et C et la valeur de la résistance entre les bornes C et B. La valeur de la résistance entre les bornes A et B reste constante. Schéma électrique : La valeur de la résistance de la thermistance diminue quand la température augmente, s’il s’agit d’une NTC (en anglais « negative temperature coefficient »). Par contre, la valeur de sa résistance augmente avec la température s’il s’agit d’une PTC (en anglais « positive temperature coefficient »). Le schéma ci-contre représente une résistance NTC. Schéma électrique : La valeur de la résistance d’une photorésistance diminue quand elle est éclairée. Schéma électrique : A C 1 1, 1, La diode électroluminescente (LED) Le condensateur Ce récepteur devient lumineux seulement quand le courant y circule dans le sens indiqué par la flèche (de la borne + à la borne -). La borne positive correspond à la plus longue patte. Un condensateur est constitué de deux surfaces conductrices séparées par un fin isolant. Lorsqu’on le charge, il accumule des charges électriques de signes opposés sur chacune des surfaces conductrices. Il est alors un récepteur. Une fois chargé, il peut se décharger quand on le place dans un circuit, et devenir ainsi générateur. Suivant le type de condensateur, il faut parfois veiller au sens de son raccordement : si un côté comporte une bande claire avec des signes moins, la borne correspondante doit toujours être raccordée du côté de la borne négative du générateur. Document1 Schéma électrique : 1, Schéma électrique :