E1- Connaitre les résistances Arduino
Tutoriel : Apprendre à connaitre les composants résistances de votre kit électronique Arduino
Les résistances
💡 Sur cette page vous allez retrouver toutes les informations à savoir pour maitriser parfaitement les résistances. 💪
Ces connaissances vous seront utiles pour utiliser les résistances dans les différents tutoriel de ce site.
Pour mettre en pratique vos connaissances vous aurez besoin de différents éléments électronique, nous vous proposons ce kit électronique garanti au meilleur prix.
Ce boîtier électronique pour Arduino est pour débutant et vous permettra d'apprendre l'électronique par des jeux via les nombreux tutoriels du site.
Résistances - le plus courant des composants électroniques. Elles constituent une pièce essentielle dans presque tous les circuits. Et elles jouent un rôle majeur dans notre équation favorite, la loi d'Ohm.
Qu'est ce qu'une résistance ?
Les résistances sont des composants électroniques qui ont une résistance électrique spécifique, qui ne change jamais. La résistance limite le flux d'électrons à travers un circuit.
Ce sont des composants passifs, c'est-à-dire qu'ils ne font que consommer de l'énergie (et ne peuvent pas la générer). Les résistances sont généralement ajoutées aux circuits où elles complètent des composants actifs comme les amplificateurs, les microcontrôleurs et autres circuits intégrés. Les résistances sont généralement utilisées pour limiter le courant, diviser les tensions et tirer les lignes d'entrée/sortie vers le haut.
L'unité de la résistance
La résistance électrique d'une résistance est mesurée en Ohms. Le symbole de l'Ohm est l'omelette grecque : Ω. La définition (quelque peu détournée) de 1Ω est la résistance entre deux points où 1 volt (1V) d'énergie potentielle appliquée va pousser 1 ampère (1A) de courant.
Les unités du système international permettent de faire correspondre des valeurs d'ohms plus ou moins grandes avec un préfixe comme kilo, méga ou giga, afin de rendre les grandes valeurs plus faciles à lire. Il est très courant de voir des résistances dans la gamme du kilohm (kΩ) et du mégaohm (MΩ) (beaucoup moins courant de voir des résistances en miliohm (mΩ)). Par exemple, une résistance 4,700Ω équivaut à une résistance 4.7kΩ, et une résistance 5,600,000Ω peut s'écrire 5,600kΩ ou (plus communément) 5.6MΩ.
Le symbole schématique de la résistance
Toutes les résistances ont deux bornes, correspondant à une connexion à chaque extrémité de la résistance. Lorsqu'elle est modélisée sur un schéma, une résistance apparaîtra avecl'un de ces deux symboles :
Les bornes de la résistance sont chacune des lignes qui partent du zigzag (ou du rectangle). Ce sont elles qui se connectent au reste du circuit.
Les symboles du circuit de la résistance sont généralement accompagnés d'une valeur de résistance et d'un nom. La valeur, affichée en ohms, est évidemment essentielle pour évaluer et construire le circuit. Le nom de la résistance est généralement un R précédant un nombre. Chaque résistance d'un circuit doit avoir un nom/numéro unique. Par exemple, voici quelques résistances en action sur un circuit de minuterie :
Les différents types de résistances
Les résistances se présentent sous différentes formes et tailles. Elles peuvent être à trous débouchants ou montées en surface. Il peut s'agir d'une résistance statique standard, d'un ensemble de résistances ou d'une résistance variable spéciale.
Les résistances seront de deux types : à trou traversant ou à montage en surface. Ces types de résistances sont généralement abrégés en PTH (trous métallisés) ou SMD/SMT (technologie ou dispositif de montage en surface).
Les résistances à trous traversants sont dotées de longues pattes souples qui peuvent être insérées sur une plaque d'assemblage ou soudés à la main sur une carte de prototypage ou une carte de circuit imprimé (PCB). Ces résistances sont généralement plus utiles pour les cartes d'assemblage, les prototypes ou dans tous les cas où vous préférez ne pas souder de petites résistances CMS de 0,6 mm de long. Les longs fils doivent généralement être coupés, et ces résistances sont destinées à prendre beaucoup plus de place que leurs homologues montées en surface.
Les résistances à trous traversants les plus courantes sont fournies dans un boîtier axial. La taille d'une résistance axiale est fonction de sa puissance nominale. Une résistance ½W commune mesure environ 9,2 mm de diamètre, tandis qu'une résistance ¼W plus petite mesure environ 6,3 mm de long.
Les résistances de montage en surface sont généralement de minuscules rectangles noirs, terminés de chaque côté par des bords conducteurs encore plus petits, brillants et argentés. Ces résistances sont destinées à être placées sur des circuits imprimés, où elles sont soudées sur des plots correspondants. Comme ces résistances sont très petites, elles sont généralement mises en place par un robot et envoyées dans un four où la soudure fond et les maintient en place.
Les résistances CMS sont de taille standardisée, généralement 0805 (0,08" de long par 0,05" de large), 0603 ou 0402. Elles sont idéales pour la production en série de cartes de circuits imprimés ou pour les conceptions où l'espace est un bien précieux. Mais il faut une main ferme et précise pour les souder manuellement !
La composition d'une résistance
Les résistances peuvent être construites à partir de différents matériaux. La plupart des résistances modernes les plus courantes sont fabriquées à partir d'un film de carbone, de métal ou d'oxyde de métal. Dans ces résistances, un mince film de matériau conducteur (bien que toujours résistif) est enroulé en hélice autour et recouvert d'un matériau isolant. La plupart des résistances standard, sans superflu, se présentent sous la forme d'un film de carbone ou d'un film métallique.
Regardez dans les entrailles de quelques résistances en film de carbone. Valeurs de résistance de haut en bas : 27Ω, 330Ω et un 3.3MΩ. À l'intérieur de la résistance, un film de carbone est enroulé autour d'un isolant. Plus d'enroulements signifie une résistance plus élevée. Plutôt chouette !
D'autres résistances à trous traversants peuvent être bobinées ou faites d'une feuille métallique super fine. Ces résistances sont généralement plus coûteuses, des composants haut de gamme choisis spécifiquement pour leurs caractéristiques uniques, comme une puissance nominale plus élevée ou une plage de température maximale.
Les résistances montées en surface sont généralement des résistances à couche épaisse ou à couche mince. Les couches épaisses sont généralement moins chères mais moins précises que les couches minces. Dans les deux types de résistances, un petit film d'alliage métallique résistif est pris en sandwich entre une base céramique et un revêtement verre/époxy, puis connecté aux bords conducteurs terminaux.
Comment décoder les résistances de votre kit électronique ?
Bien qu'ils n'affichent pas leur valeur de manière flagrante, la plupart des résistants sont marqués pour montrer leur résistance. Les résistances PTH utilisent un système de codage couleur (ce qui ajoute vraiment du style aux circuits), et les résistances SMD ont leur propre système de marquage de valeur.
Bien qu'ils n'affichent pas leur valeur de manière flagrante, la plupart des résistants sont marqués pour montrer leur résistance. Les résistances PTH utilisent un système de codage couleur (ce qui ajoute vraiment du style aux circuits), et les résistances SMD ont leur propre système de marquage de valeur.
Les résistances à quatre bandes
Dans les résistances standard à quatre bandes, les deux premières bandes indiquent les deux chiffres les plus significatifs de la valeur de la résistance. La troisième bande est une valeur de poids, qui multiplie les deux chiffres significatifs par une puissance de dix.
La dernière bande indique la tolérance de la résistance. La tolérance explique dans quelle mesure plus ou moins la résistance réelle de la résistance peut être comparée à sa valeur nominale. Aucune résistance n'est fabriquée à la perfection, et différents procédés de fabrication permettent d'obtenir des tolérances plus ou moins élevées. Par exemple, une résistance 1kΩ avec une tolérance de 5 % pourrait en fait se situer entre 0,95kΩ et 1,05kΩ.
Comment savoir quelle est la première et la dernière bande ? La dernière bande de tolérance est souvent clairement séparée des bandes de valeur, et il s'agit généralement d'argent ou d'or.
Les résistances à cinq et six bandes
Les résistances à cinq bandes ont une troisième bande de chiffres significatifs entre les deux premières bandes et la bande du multiplicateur. Les résistances à cinq bandes ont également une plus grande plage de tolérances disponibles.
Les résistances à six bandes sont essentiellement des résistances à cinq bandes avec une bande supplémentaire à l'extrémité qui indique le coefficient de température. Celui-ci indique le changement attendu de la valeur de la résistance lorsque la température change en degrés Celsius. En général, ces valeurs de coefficient de température sont extrêmement faibles, de l'ordre du ppm.
Décoder les couleurs
Lors du décodage des bandes de couleur des résistances, consultez un tableau de codes de couleur des résistances comme celui ci-dessous. Pour les deux premières bandes, trouvez la valeur numérique correspondante de cette couleur. La résistance 4.7kΩ présentée ici a des bandes de couleur jaune et violette pour commencer - qui ont des valeurs numériques de 4 et 7 (47). La troisième bande de la résistance 4.7kΩ est rouge, ce qui indique que le 47 doit être multiplié par 102 (ou 100). 47 fois 100 est 4 700 !
Une résistance à quatre bandes de 4,7 kOhm
Si vous essayez de mémoriser le code de la bande de couleur, un dispositif mnémonique peut vous aider. Il existe une poignée de mnémotechniques (parfois peu recommandables) pour vous aider à vous souvenir du code couleur de la résistance. Une bonne mnémotechnique, qui explique la différence entre le noir et le marron, en est une :
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Décodage des marquages
Les résistances SMD, comme celles des boîtiers 0603 ou 0805, ont leur propre façon d'afficher leur valeur. Il existe quelques méthodes de marquage communes que vous verrez sur ces résistances. Elles comportent généralement trois ou quatre caractères (chiffres ou lettres) imprimés sur le dessus du boîtier.
Si les trois caractères que vous voyez sont tous des chiffres, vous êtes probablement en présence d'une résistance marquée E24. Ces marquages présentent en fait une certaine similitude avec le système de bande de couleur utilisé sur les résistances PTH. Les deux premiers chiffres représentent les deux premiers chiffres les plus significatifs de la valeur, le dernier chiffre représente une grandeur.
Dans l'exemple ci-dessus, les résistances sont marquées 104, 105, 205, 751 et 754. La résistance marquée 104 doit être 100kΩ (10x104), 105 est 1MΩ (10x105), et 205 est 2MΩ (20x105). 751 est 750Ω (75x101), et 754 est 750kΩ (75x104).
Un autre système de codage courant est le E96, et c'est le plus cryptique du lot. Les résistances E96 seront marquées de trois caractères : deux chiffres au début et une lettre à la fin. Les deux chiffres vous indiquent les trois premiers chiffres de la valeur, en correspondant à l'une des valeurs pas si évidentes de ce tableau de recherche.
La lettre à la fin représente un multiplicateur, et correspond à un numéro sur cette table :
Ainsi, une résistance 01C est notre bonne amie, 10kΩ (100x100), 01B est 1kΩ (100x10), et 01D est 100kΩ. Ce sont des codes faciles, d'autres peuvent ne pas l'être. 85A de l'image ci-dessus est 750Ω (750x1) et 30C est en fait 20kΩ.
Puissance nominale des résistances
La puissance nominale d'une résistance est l'une des valeurs les plus cachées. Néanmoins, elle peut être importante, et c'est un sujet qui sera abordé lors de la sélection d'un type de résistance.
La puissance est la vitesse à laquelle l'énergie est transformée en autre chose. Elle est calculée en multipliant la différence de tension entre deux points par le courant qui circule entre eux, et est mesurée en watts (W). Les ampoules, par exemple, transforment l'électricité en lumière. Mais une résistance ne peut que transformer l'énergie électrique qui la traverse en chaleur. La chaleur n'est généralement pas un bon compagnon de jeu avec l'électronique ; trop de chaleur entraîne de la fumée, des étincelles et du feu !
Chaque résistance a une puissance maximale spécifique. Pour éviter que la résistance ne chauffe trop, il est important de s'assurer que la puissance aux bornes d'une résistance reste inférieure à sa puissance maximale. La puissance nominale d'une résistance est mesurée en watts, et se situe généralement entre ⅛W (0,125 W) et 1 W. Les résistances dont la puissance nominale est supérieure à 1W sont généralement appelées résistances de puissance et sont utilisées spécifiquement pour leur capacité à dissiper la puissance.
Trouver la puissance nominale des résistances
La puissance nominale d'une résistance peut généralement être déduite en observant la taille de son boîtier. Les résistances standard à trous traversants sont généralement fournies avec les calibres ¼W ou ½W. Les résistances de puissance à usage plus spécifique peuvent en fait indiquer leur puissance nominale sur la résistance.
Ces résistances de puissance peuvent supporter beaucoup plus de puissance avant d'exploser. De haut en bas à droite, on trouve des exemples de résistances de 25W, 5W et 3W, avec des valeurs de 2Ω, 3Ω 0.1Ω et 22kΩ. Des résistances de puissance plus petites sont souvent utilisées pour détecter le courant.
La puissance nominale des résistances montées en surface peut généralement être évaluée en fonction de leur taille. Les résistances de taille 0402 et 0603 sont généralement évaluées à 1/16 W, et celles de 0805 peuvent prendre 1/10 W.
Mesurer la puissance aux bornes des résistances
La puissance est généralement calculée en multipliant la tension et le courant (P = IV). Mais, en appliquant la loi d'Ohm, on peut aussi utiliser la valeur de la résistance pour calculer la puissance. Si nous connaissons le courant qui passe par une résistance, nous pouvons calculer la puissance comme :
Ou, si nous connaissons la tension aux bornes d'une résistance, la puissance peut être calculée comme suit :
Les réseaux de résistances
Les résistances sont toujours jumelées entre elles dans l'électronique, généralement dans un circuit en série ou en parallèle. Lorsque les résistances sont combinées en série ou en parallèle, elles créent une résistance totale, qui peut être calculée à l'aide de l'une des deux équations suivantes. Il est utile de savoir comment les valeurs des résistances se combinent si vous avez besoin de créer une valeur de résistance spécifique.
Les résistances en séries
Lorsqu'elles sont connectées en série, les valeurs des résistances s'additionnent simplement.
N résistances en série. La résistance totale est la somme de toutes les résistances en série.
Ainsi, par exemple, s'il vous suffit d'avoir une résistance 12.33kΩ, recherchez les valeurs de résistance les plus courantes sur 12kΩ et 330Ω, et assemblez-les en série.
Les résistances parallèles
Trouver la résistance des résistances en parallèle n'est pas si facile. La résistance totale de N résistances en parallèle est l'inverse de la somme de toutes les résistances inverses. Cette équation pourrait avoir plus de sens que la dernière phrase :
N résistances en parallèle. Pour trouver la résistance totale, il faut inverser chaque valeur de résistance, les additionner, puis inverser cela.
(L'inverse de la résistance est en fait appelé conductance, donc plus succinctement : la conductance des résistances parallèles est la somme de chacune de leurs conductances).
Un cas particulier de cette équation : si vous avez seulement deux résistances en parallèle, leur résistance totale peut être calculée avec cette équation légèrement moins inversée :
Dans un cas encore plus particulier de cette équation, si vous avez deux résistances parallèles de valeur égale, la résistance totale est la moitié de leur valeur. Par exemple, si deux résistances 10kΩ sont en parallèle, leur résistance totale est 5kΩ.
Une façon abrégée de dire que deux résistances sont en parallèle est d'utiliser l'opérateur parallèle : ||. Par exemple, si R1 est en parallèle avec R2, l'équation conceptuelle pourrait s'écrire R1||R2. C'est beaucoup plus propre, et ça cache toutes ces vilaines fractions !
Les résistances en réseau
En guise d'introduction spéciale au calcul des résistances totales, les professeurs d'électronique aiment tout simplement soumettre leurs élèves à la découverte de réseaux de résistances fous et alambiqués.
Une question sur les réseaux de résistances apprivoisés pourrait ressembler à cela : "Quelle est la résistance des bornes A à B de ce circuit ?"
Pour résoudre un tel problème, il faut commencer à l'arrière du circuit et simplifier vers les deux terminaux. Dans ce cas, R7, R8 et R9 sont tous en série et peuvent être additionnés. Ces trois résistances sont en parallèle avec R6, donc ces quatre résistances pourraient être transformées en une seule avec une résistance de R6||(R7+R8+R9). La fabrication de notre circuit :
Les quatre résistances les plus à droite peuvent maintenant être simplifiées encore davantage. R4, R5 et notre conglomérat de R6 - R9 sont tous en série et peuvent être ajoutés. Ensuite, ces résistances en série sont toutes en parallèle avec R3.
Et ce n'est que trois résistances en série entre les bornes A et B. Ajoutez-les ! Donc, la résistance totale de ce circuit est : R1+R2+R3||(R4+R5+R6||(R7+R8+R9)).
Quelque exemples d'applications
Des résistances existent dans presque tous les circuits électroniques. Voici quelques exemples de circuits, qui dépendent fortement de nos amis les résistances.
Limiter le courant pour une LED voir notre tutoriel LED
Les résistances sont essentielles pour éviter que les LED n'explosent lorsque l'alimentation est appliquée. En connectant une résistance en série avec une LED, le courant qui circule dans les deux composants peut être limité à une valeur sûre.
Lors du dimensionnement d'une résistance de limitation de courant, recherchez deux valeurs caractéristiques de la LED : la tension directe typique et le courant direct maximum. La tension directe typique est la tension nécessaire pour faire s'allumer une LED, et elle varie (généralement entre 1,7 V et 3,4 V) en fonction de la couleur de la LED. Le courant direct maximum est généralement d'environ 20 mA pour les LED de base ; le courant continu à travers la LED doit toujours être égal ou inférieur à cette valeur.
Une fois que vous avez atteint ces deux valeurs, vous pouvez dimensionner une résistance de limitation de courant à l'aide de cette équation :
VS est la tension de la source - généralement une batterie ou une tension d'alimentation. VF et IF sont la tension directe de la LED et le courant souhaité qui la traverse.
Par exemple, supposons que vous ayez une pile de 9V pour alimenter une LED. Si votre LED est rouge, elle peut avoir une tension directe d'environ 1,8V. Si vous voulez limiter le courant à 10mA, utilisez une résistance en série d'environ 720Ω.
Diviser la tension d'un circuit
Un diviseur de tension est un circuit de résistances qui transforme une grande tension en une plus petite. En utilisant seulement deux résistances en série, on peut créer une tension de sortie qui est une fraction de la tension d'entrée..
Voici le circuit diviseur de tension :
Deux résistances, R1 et R2, sont connectées en série et une source de tension (Vin) est connectée entre elles. La tension de Vout à GND peut être calculée comme suit :
Par exemple, si R1 était 1.7kΩ et R2 était 3.3kΩ, une tension d'entrée de 5V pourrait être transformée en 3,3V à la borne Vout.
Les diviseurs de tension sont très pratiques pour lire les capteurs résistifs, comme les cellules photoélectriques, les capteurs de flexion et les résistances sensibles à la force. La moitié du diviseur de tension est le capteur, et l'autre partie est une résistance statique. La tension de sortie entre les deux composants est connectée à un convertisseur analogique-numérique sur un microcontrôleur (MCU) pour lire la valeur du capteur.
Ici, une résistance R1 et une cellule photoélectrique créent un diviseur de tension pour créer une sortie à tension variable.
Resistance de rappel
Une résistance de rappel est utilisée lorsque vous devez polariser la broche d'entrée d'un microcontrôleur dans un état connu. Une extrémité de la résistance est connectée à la broche du MCU, et l'autre extrémité est connectée à une haute tension (généralement 5V ou 3,3V).
Sans résistance de pull-up, les entrées de la MCU pourraient rester flottantes. Il n'est pas garanti qu'une broche flottante soit haute (5V) ou basse (0V).
Les résistances pull-up sont souvent utilisées pour l'interface avec une entrée de bouton ou d'interrupteur. La résistance pull-up peut polariser la broche d'entrée lorsque l'interrupteur est ouvert. Et elle protège le circuit d'un court-circuit lorsque l'interrupteur est fermé.
Dans le circuit ci-dessus, lorsque l'interrupteur est ouvert, la broche d'entrée du MCU est connectée à 5V par l'intermédiaire de la résistance. Lorsque l'interrupteur se ferme, la broche d'entrée est directement connectée à GND.
La valeur d'une résistance de pull-up n'a généralement pas besoin d'être spécifique. Mais elle doit être suffisamment élevée pour ne pas perdre trop de puissance si on lui applique environ 5V. En général, les valeurs autour de 10kΩ fonctionnent bien.
Tutoriel CC BY-SA 4.0. Inspiré par : https://learn.sparkfun.com/tutorials/resistors