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[Help] Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - Version imprimable

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Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - Lacunasaurus - 20-02-2020

Bonjour.

Je viens de faire l’acquisition d'un kit de composant pour le raspberry pi 4 en vue de découvrir l'électronique.
J'ai réalisé le premier tuto de ce kit et en cherchant à comprendre le pourquoi du comment et 3 soirées à me former pour comprendre les différentes lois (ohms, ...) et termes et j'ai toujours des questions auxquelles je ne trouve aucune réponse.

Mon circuit se compose d'une entrée - à 3,3V et une intensité de 0,020 mA  (je suppose car je n'ai pas trouvé d'explication précise dessus excepté que le rapsberry supporte jusqu'à 50mA sur les sorties GPIO)
Je branche à cette entrée une résistance de 220 ohms puis une LED rouge dont je n'ai aucune fiche technique( je suppose qu'elle consomme 1,8V vu que c'est la moyenne des diodes rouges).
Enfin je relie cette diode à une sortie GPIO

Je joins la photo du montage pour plus de clairté en bas du message

En activant / désactivant le courant du GPIO j'arrive bien à faire clignoter ma LED

Mes questions : 

1 - Il n'est pas possible/conseillé de relier une diode à une entrée brute donc il faut la protéger en sélectionnant une résistance qui suit la loi de ohms. Pour mon cas :

U = R* I
soit 
3,3 = R * 0,020
soit
R= 3,3 / 0,020
donc
R = 165 omhs

Il est possible de monter au plus proche donc prendre une 220 omhs
Ai-je bien compris ? 

2 - Si oui si je fais le schéma avec cette nouvelle résistance alors
U = 220 * 0,020
U = 4,4 Volts

.... qu'est ce que ca veut dire ? qu'avec cette résistance je peux aller jusqu'à un 4,4 V ? Dans ce cas à quoi sert une résistance qui laisse passer plus de courant que le voltage de base ?

Huh

3 - J'ai vu sur une vidéo que le composant consommait totalement le courant nécessaire à son fonctionnement donc après la diode je me retrouve avec 3,3 V- 1,8 V = 1,5V
Est-ce vrais ? l'intensité du courant est-elle également affectée ?

Pour allumer la diode, il faut mettre à 0V (LOW) le GPIO de sortie et pour l'éteindre il faut mettre le GPIO à HIGH.
4 - Ce qui me fait supposer que le courant circule que vers le sens du voltage le plus faible mais je pense que c'est un peu plus complexe que ça, non ?
5 - Que se passe t-il quand le GPIO est à LOW ? Le voltage est-il uniquement affecté ou l'intensité l'est également ?
6 - Quand je mets le GPIO à HIGH, que se passe t-il ? Le raspberry pi envoi t'il un voltage égal à celui de l'entrée ou à celui restant (1,5V) ?


Bref pas mal de questions de débutant et je remercie par avance tous ceux qui prendront le temps de m'éclairer  Idea

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RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - CrazyCat - 20-02-2020

Je pense que tu n'as pas bien compris la loi d'ohm, elle mérite plus d'explications.
La ddp (différence de potentiel) d'une led est de 1.2V (valeur courante) et une led nécessite un courant de 20mA (soit 0.02A - valeur de mémoire, à vérifier).
Ta GPIO fourni 3.3V, il faut donc que ta résistance, parcourue par un courant de 0.02A, "consomme" 2.1V. Tu peux donc calculer ta résistance avec U=RI => R=U/I => R=3.3/0.02 => R=165. On prend une marge de manoeuvre et une valeur normalisée, R=220 ohms.

Pour tes questions sur les GPIO à High ou Low: tout se joue sur la ddp.
- soit tu branches l'anode de ta led sur un ground (masse ou 0V) et la cathode sur un GPIO => il faut que tu passes ta GPIO à High pour allumer la led
- soit tu branches la cathode de ta led sur un +3V et la cathode sur un GPIO => il faut que tu passes ta GPIO à Low pour allumer la led
Ce qui compte, c'est qu'il y ait une ddp suffisante pour alimenter la led, et bien sûr dans le bon sens.


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - Lacunasaurus - 20-02-2020

Merci beaucoup Crazycat pour vos réponses .
Si je comprends bien ma LED va "consommer" 1,2 V donc la tension de sortie de la LED est égale à la tension d'entrée moins la consommation de la LED.
Est-ce que l'intensité du courant est également impacté ? aurai-je également 0,02 A après la LED une fois qu'elle aura consommé ses 1,2 V ?
Citation :Ta GPIO fourni 3.3V, il faut donc que ta résistance, parcourue par un courant de 0.02A, "consomme" 2.1V.

En fait je crois que c'est surtout cette partie qui me pose problème car lors du calcul de la résistance nous ne faisons aucune référence à cette "consommation"
Citation :U=RI => R=U/I => R=3.3/0.02 => R=165

Imaginons que la LED ne consomme plus 1,2V mais consomme 1,8V tout en gardant le même ampérage.
Il faut donc que la résistance "consomme"  1,5V (3,3 - 1,8).
Avec la formule au dessus je reste avec une résistance de 220 ohms.... ce qui m’amène à la question : où est-ce que je visualise cette consommation de volt ?
Pour la partie GPIO c'est beaucoup plus clair avec vos explications. Si j'essaye de résumé avec mes mots de débutant :
Comme le GPIO sélectionné délivre lui aussi du 3,3V avec du 0,02A, si il est alimenté alors il ne peut pas se créer de "déséquilibre" et donc le courant n'a aucune intensité.
Par contre si je sous alimente (0V) alors le courant va passer et alimenter mes composants


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - CrazyCat - 21-02-2020

Je vais essayer de reprendre les basiques de l'électricité, ça remonte à loin Smile

L'intensité (ou ampérage) est constante dans tout le circuit, et la ddp (ou le voltage) est propre à chaque élément. Et on part toujours du principe que la source (dans ton cas la raspberry) fournit la puissance demandée (3.3V * courant nécessaire).
Si ta led a besoin de 1.8V et 20mA, et que ton GPIO fournit 3.3V (et une intensité "infinie"), ta résistance doit donc consommer 1.5V. Le courant est toujours celui demandé par la led (c'est elle qui "régule" la demande) donc ta résistance doit faire 75 ohms.
Notons tout de même que je suis planté sur mon post précédent et mon calcul de résistance qui ne devait consommer que 2.1V avec 20mA, ce qui donne une résistance de 105 ohms. Si je me souviens bien, 110 est une valeur normalisée.

Après, l'électronique est une question de précision et aussi d'approximation. Pour allumer une LED, tu fais en sorte que le courant minimal pour avoir une bonne luminosité soit présent. Imaginons que ta LED ait besoin de 10mA sous 1.8V pour être "visible", ta résistance maximale doit être de 210 ohms. Donc tu choisis entre 105 (valeur du calcul d'avant) et 210 (valeur max), et tu tombes sur du 170 (valeur normalisée).

Pour le GPIO, je pense que tu as compris, c'est pour ça que j'ai utilisé le terme "différence de potentiel": ce qui compte, ce n'est pas la tension "brute" d'un point par rapport à la masse (ou au 0), mais la différence de tension entre ton "point haut" du circuit et ton "point bas". Tu pourrais tout à fait imaginer d'alimenter une LED entre le +5V et le +3.3V d'une raspberry sans mettre de résistance: ton voltage serait limite trop faible.


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - Lacunasaurus - 21-02-2020

Merci pour ces éclaircissements et votre patience  Smile

En reprenant les calcul de mon côté je trouve les mêmes valeurs que celles que vous me donnez dans vos explications.
Plus ça va et puis je commence à douter de la pertinence des tutos fournis dans le kit que j'ai acheté.

Par exemple, dans le tuto, le calcul de la résistance amènes  à une résistance de 165 ohms ce qui correspond à 
165 * 0,020A = 3,3 V ...sachant que l'entrée est déjà en 3,3V je ne vois pas trop ce que va "consommer" cette résistance si ce n'est une brusque montée de tension.
Vu qu'en plus ils prennent une valeur de résistance de 220 ohms j'ai l’impression que c'est presque aussi utile que de brancher la LED directement sur le 3,3V.


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - CrazyCat - 21-02-2020

J'aimerais bien avoir un lien vers ce tuto, ou un scan, il est probablement mal expliqué ou bien il y a une erreur. Par exemple, ils sont peut-être sur une GPIO qui délivre du 5V et ne veulent que 1.7V sur la led, ce qui expliquerait le 3.3V...


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - Lacunasaurus - 22-02-2020

Je viens d'avoir la chance de discuter hier soir de ce sujet avec un ami qui connait bien bien l'électricité et m'a expliqué certains aspects qui sont survolés dans ce fameux tuto.
Ma principale erreur est d'avoir cru que dans le calcul U = R * I que R est une variable (ex : 220 ohms) et que i est une constante (0,020 A) alors que c'est l'inverse.

Le raspberry est capable de délivrer jusqu'à 50mA mais c'est pas pour autant qu'il va me les délivrer de manière constante (ou même les 0,020 A)
Si j'ai besoin que de 10 mA alors je n'aurais qu'une intensité de 10mA.

Si ma LED fonctionne en 1,8V avec une intensité de 0,010A alors U=R*I donne 3,3V = X * 0,010 donc X = 3,3 / 0.010 alors X = 330 ohms et si j'ai une intensité requise de 0.02 ohms ça me donne X = 3,3 / 0,02 alors X = 165 ohms (et là je retrouve mes petits  Big Grin)

Ce qui change dans mon approche c'est que je ne cherche pas à calculer la résistance nécessaire pour une intensité donnée, je cherche à calculer la résistance nécessaire pour une intensité requise.

La différence entre les deux c'est que je réalisais mon calcul en me concentrant sur une intensité à la borne d'arrivée de la résistance avec les 0,020A que je pensais donnés alors que c'est celle de sortie avec les 0,010A requis que je devais prendre en compte pour alimenter ma LED (je sais pas si c'est très clair)

Citation :Le courant est toujours celui demandé par la led (c'est elle qui "régule" la demande) donc ta résistance doit faire 75 ohms.


Je n'avais pas vu l'importance de ce que ta phrase comportait ... et oui en fait on ne donne "pas importance" à l'intensité délivrée par le raspberry car elle est variable en fonction du besoin.
Ici mon voltage qui est une constante (3,3v) me sert "juste" pour déterminer la consommation que doit avoir ma résistance.

Si ma LED consomme 1,7 v avec 0,015A alors ma résistance doit faire 3,3V (délivrés en constant par le Raspberry) = X * 0,015A requis donc x = 220 ohms en valeur max
Comme 220 ohms est normalisé je trouve des résistances de cette valeur.

Mais si, par exemple, ma LED avait requis 0,020A alors j'obtiens 165 ohms de valeur max (3,3 = 165 * 0,020)
Comme ma LED consomme 1,7V sur les 3,3V délivrés alors ma résistance doit consommer les 1,6V de surplus alors j'ai 80 ohms de valeur minimale (1,6V = 80 / 0.020A).
Je prends donc une résistance de valeur normalisée entre la valeur min qui est ce que va consommer ma résistance soit 80 ohms et la valeur max que va consommer ma LED sur les 3,3V distribués soit 165 ohms 

La valeur haute parmi les valeurs normalisés entre 80 ohms et 165 ohms est 150 ohms donc je prends une résistance de 150 ohms.

Ça me fait dire qu'avec une résistance de 150 ohms ma LED ne brillera pas à son plus fort potentiel de luminosité mais elle sera protégée car elle n'aura pas plus que son seuil limite d'intensité de courant


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - CrazyCat - 22-02-2020

Félicitations à ton ami qui a su être pédagogue Smile

Concernant la luminosité de ta LED, il y a des choses à savoir: tout d'abord, elle n'est pas directement liée à la puissance électrique reçue (et je parle bien de puissance, donc tension*courant) dans le sens où ce n'est pas en doublant la puissance qu'on double la luminosité. Ensuite, tous les composants électronique ont une marge d'erreur (ou de tolérance), ce qui fait que ta résistance ne fera pas sa valeur annoncée (ça peut être +/-10%, voir 20%), que ta LED aura une ddp plus ou moins grande, ...

Pour info, quand on travaille avec des courants alternatifs (électronique de puissance, acoustique, radio, ...), on fait des approximations de Pi en utilisant parfois 3 et parfois 4 comme valeur. L'électronique n'est pas une science exacte Smile


RE: Comprendre le fonctionnement d'un montage pour débutant - Lacunasaurus - 22-02-2020

Citation :Félicitations à ton ami qui a su être pédagogue

Et merci a toi pour tes explications Smile

Citation :Pour info, quand on travaille avec des courants alternatifs (électronique de puissance, acoustique, radio, ...), on fait des approximations de Pi en utilisant parfois 3 et parfois 4 comme valeur. L'électronique n'est pas une science exacte [Image: smile.png]


Je crois qu'il va falloir que j’accepte ce fait quand je ferai des tp dessus et ca va pas être gagné lol

En tout cas encore merci