Montrez vos bobines

43
30
nov.
2016
Matériel

Même pour un circuit numérique, il y a une dose d’électronique d’analogique. « Malheureusement », penseront certain. Voyons les bobines, selves ou inductances.

Une bobine est un dipôle, qui n’a pas de sens de branchement. Sa grandeur principale se mesure en henry (H), dont le nom est hérité du physicien américain Joseph Henry. Elle va de quelques picohenry (pH), à quelques henry (H). La petite équation est U = L × ∂i/∂t.

tores

u(t) = L \cdot \frac {di(t)}{dt}

Pour se rappeler de l’équation, il suffit de se souvenir que des personnes se sont amusées à brancher des bobines sur le secteur, par exemple, un transformateur 5 V mis à l’envers (un transformateur est composé de deux bobines ou plus, qui partagent leur champ magnétique). Ils sont morts en débranchant le système, ce qui provoque un énorme arc électrique. En effet, le courant passe d’une valeur fixe à zéro en une fraction de seconde, la dérivée du courant est très grande, ce qui produit une très grande tension qui fait « claquer » l’air, c’est‐à‐dire que, comme pour un éclair, l’air devient conducteur (à partir de 3,6 kV/mm sous air sec, moins avec de l’humidité ambiante).

On peut remarquer que si un condensateur « intègre », une bobine « dérive » le courant. Il y a une dualité entre les deux composants.

Les bobines sont composées d’enroulement d’un fil, autour d’un cœur. La valeur d’inductance dépend du nombre de spires (de tours de fils) et de la matière du cœur.

L’enroulement est fait en fils de cuivre, moins résistant électriquement que l’aluminium. Si le fil est fin et avec beaucoup de spires, la résistance série parasite n’est plus négligeable.

Le matériau magnétique permet d’augmenter L, l’inductance, sans augmenter le nombre de spires, par rapport à une bobine « à air ». Mais au contraire de l’air, ces matériaux « saturent ». Arrivé à un certain niveau de courant électrique, la valeur L s’écroule, et la bobine se comporte comme une simple résistance. Les bobines à air ne saturent pas, mais sont bien plus grandes, pour avoir la même valeur d’inductance et, évidemment, la résistance série parasite augmente avec la taille de la bobine.

Pour certains circuits de précision, il peut être utile d’utiliser une grosse bobine à air pour pouvoir comparer le résultat avec la bobine définitive plus petite.

Il existe deux formes physiques : le plot ou le tore. Le plot peut être plus facile à placer sur un circuit imprimé, mais il rayonne plus (produit plus de parasites) qu’un tore.

Seule
La self, comme on dit en anglais, de choc ou d’arrêt est un moyen de filtrage de parasites. Un moteur génère toujours des tensions parasites plus ou moins fortes. Même si les alimentations sont séparées, la masse est commune. Or les parasites peuvent aussi passer par là. Mettre une bobine de choc, pour relier les masses évitent d’avoir des réinitialisations intempestives d’un microcontrôleur, par exemple (vécu).

La plus petite en dessous vaut environ 1 € et supporte jusqu’à un courant de 1 A :
2chocs
Deux bobines dites « de chocs », utilisées comme anti‐parasites. (CC-BY 2.0 — auteur : Oskay)

Sur certains câbles, comme les câbles USB, on peut voir un gros bloc plastique, qui a une fonction similaire.

Réservoir d’énergie
Le principe de certaines alimentations à découpage est de générer un signal carré, dont la valeur moyenne est la tension recherchée. Ce genre d’alimentation utilise le fait que les transistors MOS ne consomment presque pas d’énergie, quand ils sont passants ou saturés.

Ensuite, il faut filtrer la sortie pour ne récupérer que cette moyenne, ou la « très basse fréquence », qui est la tension recherchée. Si l’on filtre avec un classique filtre RC, une grosse partie de l’énergie partira en chaleur dans la résistance. Un filtre LC filtre sans dissiper l’énergie (hors résistance série parasite). Les deux éléments L et C stockent l’énergie à des moments différents.

Il est question d’éléments de puissance, les fils de la bobine doivent être assez gros pour limiter les pertes ohmiques.

tores
Bobine torique utilisée comme réserve d’énergie. (CC-BY 2.0 — auteur : Oskay)

Sur l’image, le fil est doublé pour diminuer la résistance.

J’ai peu utilisé les bobines, en dehors des bobines de choc et d’une alimentation à découpage. C’est le seul composant qui peut se faire à la main, pour avoir le meilleur résultat. Il peut être compliqué de trouver des bons cœurs magnétiques, ou de trouver le câble de 2 mm, protégé par un vernis, typique des applications dans le domaine de puissance qui intéresse un hobbyiste (1 à 100 W). Mais il est plaisant d’avoir sa propre alimentation, à une tension peu commune, pour fournir 6 V sous 20 A pour des servomoteurs branchés sur une batterie 12 V, par exemple.

En conclusion, il faut se rappeler qu’il existe plusieurs sortes de bobines qui peuvent supporter un courant maximum, avant de se transformer en résistance.

Vous pouvez reprendre une activité normale (comme regarder les réseaux sociaux).

  • # Bravo, sujet rafraîchissant

    Posté par . Évalué à 2 (+2/-0).

    Merci pour cet article intéressant et original, ça me change du logiciel open source qui m'intéresse habituellement :)

    J'aime bien les illustration de meilleurs résolutions que ce que je voit habituellement en électronique.

  • # Composants faits maison

    Posté par (page perso) . Évalué à 8 (+7/-0).

    Il est en fait assez simple de fabriquer des condensateurs et des résistances.

    On peut faire une résistance avec une mine de crayon, plus ou moins longue pour ajuster la valeur.

    On peut faire un condensateur en alternant des couches de matériaux isolant et conducteur, par exemple du papier d'aluminium et du ruban adhésif.

    Mais on le fait moins souvent :)

    • [^] # Re: Composants faits maison

      Posté par . Évalué à 7 (+6/-0). Dernière modification le 30/11/16 à 17:00.

      Tout ceci me rappelle une certaine époque où, ado, je bricolais des émetteurs et récepteurs à l'aide de bric et de broc récupérés dans les casses de ferrailleurs. J'ai bricolé des Cohéreurs de Branly https://fr.wikipedia.org/wiki/Coh%C3%A9reur à l'aide de cartouches stylo+limaille de fer+2 épingles, cohéreur qui laissait passer le courant pour faire tinter une sonnerie de téléphone quant, à quelques mètres de distance, je déclenchais une étincelle au moyen d'une bobine de Ruhmkorff bidouillée à partir d'une bobine d'allumage de voiture.
      https://fr.wikipedia.org/wiki/Bobine_de_Ruhmkorff
      Ensuite, je suis passé par le bidouillage de Postes à galène. (Ecouter la radio à l'aide d'un morceau de caillou!)
      https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9cepteur_%C3%A0_cristal
      puis par la découverte des tout nouveaux semi-conducteurs de l'époque, des diodes (en verre!) transparentes au germanium qui me permettaient, avec une self et un condensateur, de monter des récepteurs basiques, sans alimentation. Puis les tout nouveaux transistors et la super-réaction
      https://fr.wikipedia.org/wiki/Circuit_%C3%A0_r%C3%A9action
      ```

  • # Excellente série

    Posté par . Évalué à 7 (+5/-0).

    Ca me rappelle une vieille pédale

  • # Verni, le fil de cuivre

    Posté par . Évalué à 6 (+5/-1).

    Quand j'étais jeune, je ne comprenais pas le principe de ces fils de cuivres enroulés, que je ne voyais que faisant uniquement court-circuit avec tout ce cuivre bobiné soit-disant en contact… mais j'avais loupé la nuance que c'est du fil de cuivre verni, c'est à dire que les enroulements ne se touchent pas ! C'est une grande différence, qui m'avait valu de faire péter les plombs (au premier sens du terme) à l'époque. Bref, un pourrait théoriquement faire des bobines avec n'importe quel fin gainé.

    • [^] # Re: Verni, le fil de cuivre

      Posté par . Évalué à 6 (+3/-0).

      Le plus impressionnant sont les moteurs, qui ont vraiment beaucoup de spires.

      D'ailleurs, pour avoir discuter avec un industriel, il y a tellement de combinaisons et de choix différents possibles, qu'il fabriquait eux-même leurs moteurs. Avoir un "générateur" de moteurs (en fonction de paramètre de puissance, consommation, latence, etc….) pourrait aider.

      "La première sécurité est la liberté"

  • # Ressources pour débutants ?

    Posté par . Évalué à 3 (+3/-0).

    Bonjour et merci pour cet article,

    J'avoue ne rien comprendre en électricité et en électronique. J'ai beau essayer je ne sais pas pourquoi ça ne rentre pas.

    J'ai acheté des bouquins de vulgarisations, lu des sites, etc. J'ai toujours du mal à comprendre les concepts de base comme la tension, l'intensité, l'inductance, la résistance, etc.

    Je comprends la plupart du temps les équations qui sont assez simples (j'ai pas un gros niveau en maths non plus) mais je n'arrive pas à me représenter ce que cela fait physiquement.

    Les analogies avec l'eau ne m'aide pas toujours à comprendre, car je sais bien que les électrons ne se déplacent pas comme l'eau…

    Tout ça pour dire que si vous connaissez de bonnes ressources qui permettent à un grand débutant comme moi d'appréhender l'électronique (et l'électricité en général), je vous en serai reconnaissant. :)

    Merci !

    • [^] # Re: Ressources pour débutants ?

      Posté par . Évalué à 4 (+1/-0).

      A part dire que la tension est l'équivalent de la hauteur d'une chute d'eau, que l'intensité est un débit, qu'une résistance est un milieu qui "résiste" au déplacement des charges, que le condensateur stock l'énergie sous forme de charge électrique, alors qu'une bobine la stock sous forme de champ magnétique, non, je n'ai pas plus de sources pour débutant.

      "La première sécurité est la liberté"

    • [^] # Re: Ressources pour débutants ?

      Posté par (page perso) . Évalué à 10 (+9/-0).

      En tant que professeur certifié d'électronique, mais avant tout passionné depuis le plus jeune âge par cette discipline qui exploite des phénomènes physiques ô combien mystérieux, je suis sensible à ce témoignage.

      D'abord, un constat : même si elles m'ont beaucoup apporté, la plupart des revues traitant d'électronique que j'ai pu lire gamin (j'ai commencé très tôt) ne m'ont pas fourni toutes les connaissances nécessaires pour concevoir moi-même mes propres circuits. Quelque part, il faut reconnaître que ce n'était pas leur but. Ces revues proposaient essentiellement des montages de plus ou moins haut niveau accompagnés d'explications plus ou moins détaillées et accessibles, et un peu de veille technologique mais pas de véritables cours. Pour des cours d'électronique, il y avait des livres et des professeurs d'électronique.

      Aujourd'hui, la plupart des revues que je lisais ont disparu (toutes ?). Les professeurs d'électronique ou de physique appliquée qui enseignaient au lycée, de la première au BTS, ont été reconvertis suite à la réforme STI2D. Il n'y a plus d'électricité aux programmes de sciences physiques du lycée. J'ignore qui enseigne encore l'électronique ou la physique appliquée aujourd'hui et quels sont les ouvrages qui font référence actuellement. Je ne saurais donc te recommander une piste…

      L'analogie avec l'eau ne m'a jamais aidé à comprendre un circuit car l'image de la colonne d'eau percée en différentes hauteurs montre un circuit ouvert, donc très éloigné d'un circuit électrique qui lui n'a pas de fuites (sinon, ce n'est pas un circuit).

      Je pense que plutôt que de commencer avec le concept de potentiel ou de tension, il faut commencer par établir clairement dans la tête des débutants le concept de courant électrique : mouvement d'ensemble de porteurs de charges (qu'importe leur nature dans un premier temps). Disons qu'entre deux nœuds d'un circuit, les porteurs ne peuvent se déplacer que si leurs voisins se déplacent aussi, il faut donc un mouvement d'ensemble et ils se déplacent tous à la même vitesse. On en déduit intuitivement les notions d'intensité du courant et la loi des nœuds. Du coup, on sait aussi comment brancher un ampèremètre.

      Ensuite, se poser des questions :

      • « Qu'est-ce qui met les porteurs en mouvement ? » Une force électromotrice (on peut prendre le terme au pied de la lettre : force qui met les électrons en mouvement) qui est créée par les alternateurs par exemple. C'est la tension.

      • « Pourquoi, pour une force donnée qui devrait théoriquement accélérer sans cesse les porteurs, le courant se limite-t-il à une certaine valeur ? » Parce que les porteurs rencontrent des obstacles. Si on veut qu'il en passe plus chaque seconde, il faut les pousser plus fort. C'est la résistance électrique, et la loi d'Ohm. En même temps, les passages des obstacles créent de la chaleur, c'est l'effet Joule.

      • « Pourquoi les porteurs s'accélèrent (et ralentissent) plus ou moins rapidement ? » À cause de leur inertie et aussi parce que leur mouvement est lié à autre chose qu'ils entraînent, et qui les entraîne en retour (champ magnétique, induction). C'est les bobines dont il est question dans cet article.

      • « Peut-on stocker les charges quelque part ? » Oui, dans un condensateur les charges peuvent s'accumuler à l'interface entre une paroi conductrice et un isolant. Comme les charges sont polarisées, elles se repoussent (loi de Coulomb) et au fur et à mesure qu'elles s'accumulent sur une paroi, elles repoussent de plus en plus fortement celles qui sont de l'autre côté de l'isolant. Cela crée un champ électrique capable de mettre en mouvement les charges (capable -> potentiel). La tension aux bornes d'un condensateur croît proportionnellement à sa charge.

      « J'ai pas Word, j'ai pas Windows, et j'ai pas la télé ! »

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