Fiche N°3 : les bases de l’électronique – les résistances–

Fiche N°3 : les résistances

A quoi servent les résistances ?

  • Résister au courant
  • Limiter le courant (traversant une diode)
  • Réduire la tension
  • Diviser la tension
  • Avec les broches des microcontrôleurs
  • Calculer la température (sonde PT100)

Caractéristiques

Caractéristiques

      1. Formes

Il existe principalement trois types de technologies :

  1. Les plus courantes à couche de carbone
  2. De qualité supérieure et souvent de meilleure précision : celles à couche métallique
  3. Bobinées pour des puissances plus élevées.
  4. CMS : destinée à la fabrication de carte électronique (CMS = Composants Montés en Surface)
Carbone Bobinée 10 W CMS

Loi d’Ohm

Une résistance est un dipôle (deux bornes) dont le principal rôle est de résister au courant suivant la loi d’Ohm :

U = R*I U : la tension en Volt (V)

I : le courant parcouru en Ampère (A)

R : la valeur de la résistance en Ohm (Ω)

Unité

L’ohm est une petite unité, c’est pourquoi des unités multiples sont souvent utilisées : le kilo-ohm (kΩ=1000 Ω) et le mégaohm (MΩ =1 000 000 Ω.)

Conductance

L’inverse de la résistance est la conductance, sont unité est le Siemens :

Résistivité

Pour terminer, la valeur de la résistance dépend de ses dimensions ainsi que la nature du matériau utilisé. La relation est :

L : la longueur

S : la section

: la résistivité en Ohm.mètre (Ω.m)

Pour avoir un ordre d’idée la valeur de la résistivité : celle du cuivre à 25°C est

Influence de la température

La valeur d’une résistance suivant la température est donnée par :

Avec :

: est la valeur de la résistance à une température de

: le coefficient de température associé

Pour plus de précision, la formule s’écrit :

Avec :

: est la valeur de la résistance à une température

: est la valeur de la résistance à une température 0°C

: coefficients de température

Code couleur

Les résistances en électronique se présente avec des anneaux de couleurs représentant la valeur de la résistance.

Pour les résistances à 4 ou 5 bandes, la correspondance est celle-ci :

D’après http://www.electronique-radioamateur.fr/elec/composants/resistance-code-couleurs.php :

Ainsi pour une 220 Ω. Ainsi pour une 330 Ω.
1er anneau : rouge donc 2

2ème anneau rouge donc 2

3ème anneau : marron multiplicateur donc *10

4ème anneau : or, tolérance de 5%

D’où 22*10 = 220 Ω

1er anneau : orange donc 3

2ème anneau orange donc 3

3ème anneau : marron multiplicateur donc *10

4ème anneau : or, tolérance de 5%

D’où 22*10 = 220 Ω

Marron : 1

Noir : 0 -> 10 k Ω

Orange : *1k

Les résistances les plus courantes, et les moins chers, ont une tolérance de 10

Dégagement de chaleur : effet Joule

Une résistance parcourue par un courant électrique dégage de la chaleur, c’est l’effet Joules.

La puissance en Watt (W) dissipée par effet Joule est :

Modèle d’une résistance réelle

Dans les fréquences élevées, il peut être nécessaire de modéliser une résistance en prenant en compte des effets capacitif et inductif :

Sa puissance maximale

Les résistances que vous trouverez au labo sont généralement de type « ¼ W » (un quart de Watt) : c’est la puissance maximale conseillée. ¼ W correspond donc à 0.25 W.

Il existe des résistances de plus grandes puissances ½ W, 1 W, 2 ou 5 W. Bien sûr, une résistance de 5W sera plus encombrante que sa jumelle de ¼ W

Les potentiomètres

Ce sont des résistances dont on peut modifier manuellement la valeur :

Rotatif de 10k Ajustable Trimmer Ajustable

Association de résistance

En série :

Pour des résistances misent en série, le courant est identique mais les tensions aux bornes s’ajoutent :

. Ce qui peut se généraliser par

En parallèle

Dans le cas de l’association en parallèle, la tension aux bornes des résistances est identique mais les courants qui traversent chacune des résistance, s’ajoutent :

Dans ce cas ce qui peut se généraliser par Ainsi

 

Ou avec les conductances : . Ce qui peut se généraliser par

A noter que pour deux résistances la formule devient :

Les ponts diviseurs

Diviseur de courant

Soit le schéma suivant :

Les résistances sont associées en parallèle donc la résistance équivalent est

Ainsi, d’après la loi d’Ohm la tension

Or et Ainsi et

Diviseur de tension

Ce montage est bien plus utilisé que le précédent : il permet d’abaisser une tension en sortie.

(1)

Et (2)

D’après (1) ->

On injecte dans (2) à (2)

Attention : l’application de diviseur de tension suppose que le courant est soit nul ou alors négligeable. Dans les autres cas, il n’est pas applicable.

Résistances et microcontrôleurs

Le problème sur une broche d’entrée numérique

La valeur d’une broche numérique est binaire : 1 correspond à un état haut si la broche est connectée à une tension (5V ou 3,3) , 0 représente un état bas, donc la broche est à la masse.

Problématique : soit un montage avec un bouton-poussoir sur une broche d’entrée d’un microprocesseur :

Lorsque l’on appuie : la broche est à 5V donc l’état haut.

Mais dans le cas contraire ?

On pourrait dire 0 V ?

Non car la broche va se comporter comme une petite antenne dont l’état va osciller entre 0 et 5 V

Ainsi le processeur reçoit une suite aléatoire d’états haut et bas

La solution pour contourner ce problème :

Imposer un état lorsque le bouton n’est pas appuyé. Dans notre cas mettre à la masse avec une résistance assez importe (au moins 10k) :

Dans ce cas, un appui la broche d’entrée est connectée sur le +5V donc l’état est HAUT(HIGH), dans le cas contraire BAS (LOW)

Ce montage est dit en pull-down, on « tire » vers le bas

Montage pull-up/down

Il existe deux façons de mettre la résistance : soit en haut ou en bas.

Pull-up Pull-down
Quand le bouton est appuyé, la broche est à la masse :

#define BPOn digitalRead(Pous)==0

Quand le bouton est appuyé, la broche est au 5V

#define BPOn digitalRead(Pous)==1

A noter que la plupart des microcontrôleurs possèdent des résistances internes de pull-up ou pull-down. Ce qui est le cas des Arduino, Raspberry PI et nucleo.

Broche en sortie

Cathode vers la masse Anode vers le Vcc
Pour allumer la led, il faut un passage de courant entre la broche et la masse, donc la broche est à l’état haut

#define LedOn digitalWrite(Led,HIGH)

Pour allumer la led, il faut un passage de courant entre le 5V et la broche, donc la broche est à l’état bas

#define LedOn digitalWrite(Led,LOW)

Inconvénients

  • Dégagement de chaleur : effet Joules

Le passage du courant dans un conducteur électrique engendre un dégagement de chaleur : c’est un inconvénient puisque l’énergie dégagée est perdue !!!

Dans d’autre cas, c’est l’effet recherché pour par exemple, chauffer l’eau d’une bouilloire ou d’une machine à laver, chauffer une pièce avec des radiateurs …

C’est également ce principe qui est recherché par les fusibles.

  • Bruits dans le circuit
  • Inductance
  • Tolérance

 

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