Les circuits électroniques font partie intégrante de presque toutes les avancées technologiques qui sont faites dans nos vies aujourd'hui. La télévision, la radio, les téléphones et les ordinateurs viennent immédiatement à l'esprit, mais l'électronique est également utilisée dans les automobiles, les appareils de cuisine, l'équipement médical et les commandes industrielles. Au cœur de ces dispositifs se trouvent des composants actifs, ou composants du circuit qui contrôlent électroniquement le flux d'électrons, comme les semi-conducteurs. Cependant, ces dispositifs ne pourraient pas fonctionner sans des composants passifs beaucoup plus simples qui sont antérieurs aux semi-conducteurs de plusieurs décennies. Contrairement aux composants actifs, les composants passifs, tels que les résistances, les condensateurs et les inductances, ne peuvent pas contrôler le flux d'électrons avec des signaux électroniques.
La résistance
Comme son nom l'indique, une résistance est un composant électronique qui résiste à la circulation du courant électrique dans un circuit.
Dans les métaux comme l'argent ou le cuivre, qui ont une conductivité électrique élevée et donc une faible résistivité, les électrons peuvent sauter librement d'un atome à l'autre, avec peu de résistance.
La résistance électrique d'un composant de circuit est définie comme le rapport de la tension appliquée au courant électrique qui le traverse, selon HyperPhysics, un site Web de ressources en physique hébergé par le département de physique et d'astronomie de la Georgia State University. L'unité standard de résistance est l'ohm, qui doit son nom au physicien allemand Georg Simon Ohm. Elle est définie comme la résistance dans un circuit avec un courant de 1 ampère à 1 volt. La résistance peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm, qui stipule que la résistance est égale à la tension divisée par le courant, ou R = V / I (plus communément écrit V = IR), où R est la résistance, V est la tension et I est le courant.
Les résistances sont généralement classées comme fixes ou variables. Les résistances à valeur fixe sont de simples composants passifs qui ont toujours la même résistance dans leurs limites de courant et de tension prescrites. Ils sont disponibles dans une large gamme de valeurs de résistance, de moins de 1 ohm à plusieurs millions d'ohms.
Les résistances variables sont de simples dispositifs électromécaniques, tels que les commandes de volume et les gradateurs, qui modifient la longueur effective ou la température effective d'une résistance lorsque vous tournez un bouton ou déplacez une commande coulissante.
Inductance
Une inductance est un composant électronique composé d'une bobine de fil avec un courant électrique qui la traverse, créant un champ magnétique. L'unité d'inductance est le henry (H), nommé d'après Joseph Henry, un physicien américain qui a découvert l'inductance indépendamment à peu près en même temps que le physicien anglais Michael Faraday. Un henry est la quantité d'inductance qui est nécessaire pour induire 1 volt de force électromotrice (la pression électrique d'une source d'énergie) lorsque le courant change à 1 ampère par seconde.
Une application importante des inductances dans les circuits actifs est qu'elles ont tendance à bloquer les signaux haute fréquence tout en laissant passer les oscillations basse fréquence. Notez que c'est la fonction opposée des condensateurs. La combinaison des deux composants dans un circuit peut filtrer ou générer sélectivement des oscillations de presque toutes les fréquences souhaitées.
Avec l'avènement des circuits intégrés, tels que les micropuces, les inducteurs deviennent moins courants, car les bobines 3D sont extrêmement difficiles à fabriquer dans les circuits imprimés 2D. Pour cette raison, les microcircuits sont conçus sans inductances et utilisent des condensateurs à la place pour obtenir essentiellement les mêmes résultats, selon Michael Dubson, professeur de physique à l'Université du Colorado Boulder.
Capacitance
La capacité est la capacité d'un appareil à stocker la charge électrique, et en tant que tel, le composant électronique qui stocke la charge électrique est appelé un condensateur. Le premier exemple de condensateur est le pot de Leyde. Cet appareil a été inventé pour stocker une charge électrique statique sur une feuille conductrice qui tapissait l'intérieur et l'extérieur d'un bocal en verre.
Le condensateur le plus simple se compose de deux plaques conductrices plates séparées par un petit espace. La différence de potentiel, ou tension, entre les plaques est proportionnelle à la différence de la quantité de charge sur les plaques. Ceci est exprimé comme Q = CV, où Q est la charge, V est la tension et C est la capacité.
La capacité d'un condensateur est la quantité de charge qu'il peut stocker par unité de tension. L'unité de mesure de la capacité est le farad (F), du nom de Faraday, et est définie comme la capacité de stocker 1 coulomb de charge avec un potentiel appliqué de 1 volt. Un coulomb (C) est la quantité de charge transférée par un courant de 1 ampère en 1 seconde.
Pour maximiser l'efficacité, les plaques de condensateur sont empilées en couches ou enroulées en bobines avec un très petit espace d'air entre elles. Les matériaux diélectriques - des matériaux isolants qui bloquent partiellement le champ électrique entre les plaques - sont souvent utilisés dans l'entrefer. Cela permet aux plaques de stocker plus de charge sans arc et court-circuit.
Les condensateurs se trouvent souvent dans les circuits électroniques actifs qui utilisent des signaux électriques oscillants tels que ceux des radios et des équipements audio. Ils peuvent se charger et se décharger presque instantanément, ce qui leur permet d'être utilisés pour produire ou filtrer certaines fréquences dans les circuits. Un signal oscillant peut charger une plaque du condensateur pendant que l'autre plaque se décharge, puis lorsque le courant est inversé, il chargera l'autre plaque pendant que la première plaque se décharge.
En général, les fréquences plus élevées peuvent traverser le condensateur, tandis que les fréquences plus basses sont bloquées. La taille du condensateur détermine la fréquence de coupure pour laquelle les signaux sont bloqués ou autorisés à passer. Les condensateurs combinés peuvent être utilisés pour filtrer les fréquences sélectionnées dans une plage spécifiée.
Les supercondensateurs sont fabriqués à l'aide de la nanotechnologie pour créer des couches super minces de matériaux, tels que le graphène, pour atteindre des capacités de 10 à 100 fois supérieures à celles des condensateurs conventionnels de même taille; mais ils ont des temps de réponse beaucoup plus lents que les condensateurs diélectriques conventionnels, ils ne peuvent donc pas être utilisés dans des circuits actifs. D'autre part, ils peuvent parfois être utilisés comme source d'alimentation dans certaines applications, telles que les puces de mémoire d'ordinateur, pour éviter la perte de données lorsque l'alimentation principale est coupée.
Les condensateurs sont également des composants essentiels des dispositifs de chronométrage, tels que ceux développés par SiTime, une société basée en Californie. Ces appareils sont utilisés dans une grande variété d'applications, des téléphones portables aux trains à grande vitesse en passant par les marchés boursiers. Connu sous le nom de MEMS (systèmes microélectromécaniques), le minuscule dispositif de chronométrage s'appuie sur des condensateurs pour fonctionner correctement. "Si le résonateur n'a pas le bon condensateur et la bonne capacité de charge, le circuit de synchronisation ne démarrera pas de manière fiable et, dans certains cas, il cessera complètement d'osciller", a déclaré Piyush Sevalia, vice-président exécutif du marketing chez SiTime.
Cet article a été mis à jour le 16 janvier 2019 par Rachel Ross, collaboratrice de Live Science.
