Étape 4: Matériel & Electronics
Avant de commencer, je vais vous expliquer certains des éléments électroniques de base. Si vous avez à peine commencé avec électronique, ceci est pour vous!
Parfois, j’utiliserai quelques physique pour expliquer le fonctionne d’un certain nutriment, c’est juste une note de côté, il n’importe pas si vous ne comprenez pas cela encore.
J’ai également fourni des liens vers des vidéos sur YouTube qui m’a aidé à comprendre les principes de base des différentes composantes.
Physique fondamentale
L’électricité est l’écoulement de porteurs de charge électrique : électrons (dans la plupart des cas).
Les électrons sont des particules chargées négativement qui tourbillonnent autour du noyau chargé positivement (noyau, pluriel : noyaux) d’un atome.
Électrons peuvent se déplacer facilement à travers les métaux, comme le cuivre, argent, or... Nous appelons ces conducteurs de matériaux.
Ces matériaux doivent se déplaçant librement des électrons.
Matériaux comme le plastique, bois, verre, air... ne pas très bien conduire l’électricité. Ils sont appelés isolateurs.
Ils n’ont pas déplacement d’électrons ou autres porteurs de charge.
Un morceau de matériau qui a des charges plus négatives (électrons) que positif ones (noyaux avec des protons positifs), est chargé négativement.
Un morceau de matière qui a des charges moins négatives que positives, est chargé positivement.
(Notez que seuls les électrons peuvent se déplacer, les noyaux positifs sont coincés dans une grille.)
Juste comme des aimants, en face de charges s’attirent : quand vous avez un morceau de matériau qui possède plus d’électrons et une pièce qui possède moins d’électrons, les électrons dans la pièce négatif seront attirés par la pièce positive. S’il y a un chef d’orchestre entre ces pièces, ces électrons "iront" à la partie positive : il s’agit de courant électrique.
Courant exprime le montant des frais qui coulent à travers un conducteur par unité de temps. Son unité est l’ampère (Ampère) et est définie comme C/s, où C est le Coulomb (payant) et s secondes (temps). Son symbole est I.
Une batterie a un côté négatif qui possède plus d’électrons et un côté positif qui possède moins d’électrons. Comme je le disais plus tôt, les électrons vont essayer d’atteindre le côté positif, mais ils ne peuvent pas passer par le circuit interne de la batterie elle-même. Cela donne de l’énergie potentielle d’électrons. Il s’agit de l’énergie qui est libérée sous forme de lumière et de chaleur dans une ampoule, un mouvement (énergie cinétique) dans un moteur... La différence d’énergie potentielle d’une charge à la positive et une charge sur le côté négatif, est appelée la tension. L’unité est Volts et est définie comme J/C, où J est le Joule (unité-de l’énergie) et C est le Coulomb (SI-unité de charge). Ce chiffre exprime la quantité d’énergie une certaine charge (lire : certaine quantité d’électrons) libère.
Le symbole pour Volts est V ou U (de l’allemand mot « Unterschied », différence et se réfère à la différence de potentiel).
Puissance est la quantité d’énergie qui est libérée par unité de temps. L’unité est de Watts et est définie comme J/s où J est Joules, et s secondes. Si vous effectuez la multiplication actuelle de tension (C/s ∙ J/C) la C annule, afin que vous obteniez J/s. Cela signifie que tension multipliée par actuel donne vous la puissance en watts.
Dans la plupart des schémas, l’écoulement du courant conventionnel est utilisé : flèches sont attirés par le côté négatif du côté positif. Dans la pratique, toutefois, seulement les électrons peuvent se déplacer, pour la direction effective de l’écoulement du courant soit sur le côté négatif du côté positif.
Résistances
Résistances sont des composants avec - comme son nom l’indique - une résistance électrique, en d’autres termes, ils limitent le flux d’électrons, donc ils sont souvent utilisés pour limiter le courant.
L’unité de mesure de résistance est Ohms, souvent désignées par la lettre grecque oméga (Ω). Ils sont souvent utilisés avec l’unité préfixes kilo (k) et mega (M). Par exemple 1.2MΩ = 1M2Ω = 1, 200kΩ = 1 200, 000Ω = 1 200, 000E = 1 200, 000R. (Notez que l’écriture d’un chiffre après que le préfixe d’unité est identique à l’écrire après la virgule. En outre, dans certains schémas, E ou R sont utilisés au lieu de Ω).
La valeur d’une résistance est indiquée par des bandes colorées 4 (ou 5), en utilisant le code de couleur de résistance :
Les premiers groupes de 2 (ou 3) sont les 2 (ou 3) premières décimales de la valeur, et la bande de 3e (ou 4e) est la puissance de dix qui vient après les 2 (ou 3) chiffres. Ceci s’appelle également le multiplicateur et est simplement le nombre de zéros, qu'il faut ajouter. La dernière bande est la tolérance et est le plus souvent argentées ou dorées.
Par exemple rouge rouge rouge or = 22 x 100Ω = 2, 200Ω = 22 x 10² Ω = 2k2Ω = 2.2kΩ, avec une tolérance de 5 % ; vert bleu noir marron rouge = 560 x 10Ω = 5, 600Ω = 5k6Ω = 5.6kΩ, avec une tolérance de 2 %.
La relation entre la résistance, tension et le courant peut être calculée en utilisant la Loi d’Ohm.
I = V/R
où I est le courant en ampères, V la tension en Volts et sont la résistance en Ohms.
C’est un cas très, pas le plus important formule électronique, alors essayez de m’en souviens !
Condensateurs
Un condensateur est un composant électrique qui peut stocker des charges électriques (sous forme d’électrons).
Bien qu’ils soient fondamentalement différents, à certains égards, il se comporte comme une petite batterie rechargeable.
Quand une tension est appliquée à un condensateur, la différence de potentiel (une différence dans le nombre d’électrons → le côté avec plus d’électrons a une charge négative, par rapport à l’autre côté) Ces électrons peuvent écouler hors du condensateur encore une fois, lorsque la tension est appliquée n’est plus, tout comme une batterie.
Condensateurs sont utilisés dans les filtres, par exemple, pour filtrer le bruit 50 / 60Hz de votre alimentation, ou pour filtrer les hautes fréquences de votre musique ou lorsque vous allumez le filtre passe-bas, les basses et les aigus boutons sur votre amplificateur. Dans ces cas, le condensateur charge et décharge très vite.
Une autre utilisation pour le condensateur, est filtrage de tension CC.
L’unité de mesure de capacité est le Farad, ou F. Il s’agit d’une très grande unité, et le plus souvent, vous verrez des préfixes tels que pico (p), nano (n) ou micro (µ).
Sur certains petits condensateurs, la capacité est écrit en utilisant un numéro de trois chiffres. Les deux premiers chiffres sont les deux premiers chiffres de la valeur, et le troisième chiffre est la puissance de dix à multiplier avec. L’unité de la valeur que vous obtenez est picofarad.
Par exemple 104 = 10 x 10⁴ = 100 000 pF = 100 nF = 0,1 µF (= 0,0000001 F)
Plus gros condensateurs, type électrolytique, (surtout ceux cylindrique) ont une polarité, marquée par une ligne grise. Si vous les Connectez l’envers autour, ils peuvent exploser, soyez prudent !
Transistors
Un transistor est un dispositif semi-conducteur, qui sert à basculer ou amplifier un signal. Vous pouvez penser d’elle comme un interrupteur, qui peut être actionné à l’aide d’un signal très faible, un basculement contrôlé actuel.
Un transistor dispose de trois terminaux : elles s’appellent la base (B), l’émetteur (E) et le collecteur (C).
L’émetteur « émet » des électrons, et qu’ils sont « recueillies » par le collecteur. La base est utilisée pour contrôler ce flux d’électrons.
Si un petit flux actuels de la base vers l’émetteur, une plus grande quantité de courant s’écoule du collecteur vers l’émetteur. Combien plus grand est ce courant de C-E, dépend d’une constante, spécifique au type de transistor. Cette constante est appelée le gain en courant DC et a le symbole de la lettre grecque bèta (β) ou Hfe.
Par exemple si vous avez un transistor avec β = 100 et à votre courant de B-E = 10mA, votre courant de C-E sera de 1 a.
Ce principe est utilisé dans les amplificateurs.
Évidemment, le transistor ne peut pas garder d’amplification pour toujours: à un certain point, le transistor juste agira comme un interrupteur : le transistor est maintenant en mode saturation.
Il existe deux types de transistors: NPN et PNP. Cela a à voir avec les semi-conducteurs à l’intérieur.
La différence est le sens dans lequel le courant circule, plus à ce sujet dans les exemples dans les étapes suivantes.
MOSFET
Un autre type de transistor est le MOSFET, acronyme de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor.
Le MOS se trouve juste pour les matériaux, de qu'il est fait et FET signifie que la quantité de courant qui est laissé passer est contrôlée par un champ, un champ électrique, plus précisément. La physique nous dit, que plus la tension, plus le champ électrique, donc nous pouvons contrôler le courant à l’aide d’une tension, alors que la normale (Transistor de jonction bipolaire ou BJT) utilise le courant pour contrôler le courant.
Un MOSFET possède également trois broches : une porte (G), un drain (D) et une source (S).
La source est où les électrons proviennent, et ils coulent vers l’égout. Ce débit est contrôlé par la tension à la porte (et son champ électrique qui l’accompagne). Par analogie avec le transistor, la porte peut être comparée à la base, la source de l’émetteur et le drain au collecteur.
Un avantage d’un MOSFET un BJT est la plus grande efficacité : quand complètement allumé, un MOSFET a une résistance de D-S de quelques dizaines de milliohms. Il en résulte beaucoup moins dissipation d’énergie (chaleur) lors de la conduite des charges de haute intensité.
Aussi, aucun courant ne circule de la porte à la source.
Un inconvénient cependant, est que vous avez besoin au sujet de 10v sur la porte pour la plupart MOSFET d’être intégralement sur. C’est 2 à 3 fois supérieure à la tension d’une broche de sortie Arduino, par exemple.
Diodes
Tout comme un transistor, une diode est un dispositif semi-conducteur. Une des propriétés intéressantes d’une diode, est qu’ils seulement conduire l’électricité dans une seule direction.
Par exemple, les cartes Arduino ont une diode en série avec leur prise d’alimentation, pour vous empêcher de renverser le pouvoir et d’endommager la puce.
Diodes ont une chute de tension directe allant de 0.5V à 0,7. Cela signifie que si vous mesurez la tension avant la diode, il sera sujet 600mV supérieur après la diode.
Bien sûr, une diode a ses limites : si la tension inverse est trop élevée, il se brisera, amenant à laisser passer actuel dans la mauvaise direction. Dans certaines diodes, cela se fait de manière contrôlée. Ces diodes sont appelés les diodes zener. Ils mèneront seulement si la tension est supérieure à une certaine valeur, spécifique à la zener.
Cette valeur est constante, donc les diodes zener sont utilisées comme référence dans les régulateurs de tension.
LEDs
Une diode, acronyme de Light Emitting Diode, est comme une diode normale, mais ils émettent de l’énergie (de leur chute de tension directe) sous forme de lumière, au lieu de chaleur. Leur chute de tension est supérieure à une diode normale : de 1.2V pour une diode infrarouge, jusqu'à 3,5 v pour LED bleu et ultraviolet.
Si le courant traverse la LED est à vif, il va mourir. Pour éviter cela, une résistance en série est utilisée.
Toujours le faire, sinon, vous allez tuer les quelques LED une seconde.
Relais
Un relais est un vrai interrupteur commandé par courant. Il se compose d’une bobine, à côté d’un morceau de métal, qui est tiré vers l’arrière par un ressort. Lorsque le courant traverse la bobine, il génère un champ magnétique qui attire le morceau de métal et établit une connexion.
L’avantage est que vous pouvez contrôler de très haute intensité ou charges ca et ils n’ajoutent pratiquement aucune résistance supplémentaire.
Les inconvénients sont que les relais sont lents, car ils doivent déplacer physiquement, qu’ils sont plus fragiles, en raison de pièces en mouvement, ils sont extrêmement lents, par rapport à un transistor, et ils peuvent créer des étincelles.
Autres pièces
Bien sûr, il y a d’innombrables autres composants que vous pouvez utiliser dans vos projets d’Arduino :
Microphones et haut-parleurs : microphones dynamiques ont une bobine et un aimant pour convertir les vibrations de l’air en signaux électriques. De même, les locuteurs utilisent un serpentin qui se déplace dans un champ magnétique permanent de générer ces vibrations, lorsqu’alimenté avec un signal alternatif. Microphones à électret traduisent le mouvement de l’air aux changements en qualité. Piezo disques convertir les vibrations en tension, et vice versa, ainsi ils peuvent être utiliser comme un micro et un petit haut-parleur.
Interrupteurs : interrupteurs sont des périphériques d’entrée faciles pour votre Arduino, il en existe de toutes formes et tailles.
Résistances variables ou potentiomètres : c’est juste circulaire trace résistif et un essuie-glace, relié à un arbre tournant, qui modifie la résistance lorsqu’il se déplace le long de la trace.
Des versions réduites sans un arbre sont appelées potentiomètres.
ICs et chips : il existe une immense variété d’ICs, comme les régulateurs de tension, microprocesseurs, les amplificateurs, amplificateurs, portes logiques, mémoire, minuteries et ainsi de suite.
Types de senseurs : Vous pouvez trouver un capteur pour pratiquement n’importe quoi, capteurs de lumière, capteurs de température, capteurs de distance, détecteurs d’alcool, même modules GPS, appareils photo... D’autres variantes sont optointerrupters, les (magnétique) interrupteurs reed...
Codeurs rotatifs ou optiques : ils convertissent le mouvement à une série d’impulsions, comme le bouton de volume dans votre voiture, ou le bouton sur votre four à micro-ondes.
Exposition : Écrans LCD peuvent être utilisés (certains avec écran tactile), ou simple 7 segments LED affiche, même de petites OLED affiche est disponibles.
Moteurs et ventilateurs, bobines : ventilateurs de l’ordinateur, électrovannes, moteurs à courant continu, moteurs pas à pas, servos et ainsi de suite.
Puissance
Vous pouvez alimenter votre Arduino d’un port USB, mais cette solution est limitée à 5 v et seulement 500 ma, donc si vous voulez utiliser des choses comme les moteurs, ou des choses qui exigent une tension plus élevée, vous aurez besoin d’une alimentation.
Une alimentation de benchtop est la meilleure solution, je pense : ils ont des caractéristiques limitants courants, tension réglable, et ils peuvent fournir beaucoup de puissance. La plupart d'entre eux ont également quelques commode 12v et 5v sortie, outre leur sortie réglable. Mais ils ont tendance à être assez cher...
Une solution peut être un adaptateur mural-verrue, qui se branche à droite dans votre Arduino. Le régulateur de tension à bord de l’Arduino, il renforcera jusqu'à 5v pour la puce elle-même. Le régulateur peut prendre n’importe quelle tension entre 6v et 12v, selon les spécifications.
Une autre solution de grande puissance est une alimentation d’ordinateur : ils ont beaucoup de puissance, protection thermique, protection contre les courts-circuits et livrer les tensions courantes (3v3, 5v, 12v). Il y a des charges de Instructables sur comment pirater un vieil ordinateur bloc d’alimentation, par exemple :
Un inconvénient est que la protection contre les surintensités n’est pas sensible du tout, car il est conçu pour les composants de l’ordinateur qui peuvent tirer plus de 30 a ou plus au total, donc votre circuit peut exploser et refroi-dissement, détruisant tout ce qu’il est connecté, tant qu’elle attire moins que le courant nominal, le bloc d’alimentation seront heureusement continuer à fournir de l’électricité.
Aussi, le bloc d’alimentation utilise vraiment hautes tensions, à l’intérieur d’un boîtier métallique, pour piratage, il n’est pas sans risques...
Vous pouvez également construire votre propre alimentation bien sûr, mais il sera probablement moins cher d’acheter juste une alimentation décente sur table.
Sources d’énergie pour les applications mobiles peuvent être des piles, si le circuit n’est pas attirer beaucoup de puissance, ou des piles AA standard, une pile de 9v, rechargeable Ni-MH ou Li-ion batteries, un powerbank USB ou même des panneaux solaires.
Stockage
J’utilise deux tiroirs pour ranger toutes les petites pièces et une douzaine d’autres boîtes pour câbles, moteurs, PCB, etc.. Certains ont des petits compartiments, pour stocker les vis, écrous et boulons.
Si votre Arduino ou quelque autre IC ou puce est venu dans un sac en plastique brillant, ne jetez pas elle ! C’est probablement un sac antistatique, pour protéger les composants qui sont sujettes à des dommages dus aux ESD (décharge électrostatique), de les utiliser pour stocker vos jetons.
En outre, la plupart viennent de ICs dans un morceau de mousse antistatique, gardez-les pour ranger vos jetons, il protège contre les ESD et empêche la flexion de jambes.
Outils
Les outils de base, vous aurez besoin sont coupantes et dénudeurs de fils, probablement quelques pinces et un ensemble de petits tournevis. Un multimètre est très pratique très souvent, et si vous avez deux d'entre eux, vous pouvez mesurer la tension et le courant dans le même temps, qui est un gros plus, bien que pas du tout nécessaire.
Vous aurez également besoin d’un fer à souder, et certains le souder, peut-être une pompe à dessouder, aux pièces récupérées d’une vieille PCB.
Pour le prototypage, vous aurez besoin d’un montage d’essai sans soudureet quelques fils de raccordement. Vous pouvez également utiliser le fil de cuivre mince avec un noyau solide. Quoi qu’il en soit, vous aurez besoin de certains fils, j’ai l’habitude d’acheter fil rouge, noir et blanc, environ 10m. (Rouge est utilisé pour positifs, noir pour négatif ou au sol et blanc pour « autre chose ») Vous serez surpris de la rapidité vous l’utiliser vers le haut.
Certaines perfboard peut venir maniable pour circuits permanents.
