Les unités

Cela fait pas mal de temps que je me dis que je dois écrire un article sur les unités. En électronique, comme en physique, on mesure des quantités dont il est important de préciser l’unité. Ainsi, et afin que les articles de ce blog soient lisible par les gens qui débutent dans le domaine, j’ai voulu écrire une fois pour toute la signification des symboles des unités, ainsi que des suffixes utilisés pour exprimer leurs multiples et sous-multiples.

Je donne également quelques ordres de grandeurs, pour savoir un peu de quoi et de combien on parle 🙂 .

Cet article s’adresse donc essentiellement aux très débutants.

1 Les unités

1.1 Unités les plus courantes

Commençons par un tableau qui récapitule les unités les plus courante en électronique. Ce tableau donne également un ordre de grandeur de ce qu’on peut trouver dans le cas des pédales d’effet.

Ces ordres de grandeur sont bien sûr à prendre avec des pincettes, je ne parle par exemple pas des courants qui circulent dans les transistors à un électron 🙂 .

GrandeurUnitéSymboleOrdre de grandeur
TensionVoltVqq mV à qq 10 V
CourantAmpèreA100 nA à qq 100 mA
RésistanceOhmΩ1 Ω à qq MΩ
CapacitéFaradF10 pF à qq mF
InductanceHenryHqq mH à qq 100 mH
PuissanceWattW
Tempssecondes
FréquenceHertzHz20Hz-20kHz
ChargeCoulombC
EnergieJoulesJ

Note : il est frappant de voir qu’à part l’unité de temps, tous les noms donnés à ces unités sont ceux d’illustres physiciens [1-9] et essentiellement du XIXème siècle ! Ce fut en effet une époque clé pour la compréhension des phénomènes que l’on appelle électromagnétiques.

Dans ce tableau, nous voyons les symboles des multiples et des sous-multiples que vous aurez certainement déjà croisé. Voyons les plus en détail.

2 Multiples et sous-multiples

Dans le tableau suivant vous trouverez les préfixes des unités utilisés en électronique :

PréfixeSymboleMultiplicateurNotation ingénieur
picop0.000 000 000 00110-12
nanon0.000 000 00110-9
microμ0.000 00110-6
millim0.00110-3
kilok1000103
megaM1000 000106
gigaG1000 000 000109

Notes :

  • Pour le préfixe micro on utilise la lettre grecque μ (mu) mais très souvent on trouvera “u”, pour des raisons pratiques de typographie j’imagine.
  • Pour la résistance on trouvera “R” au lieu la lettre grecque Ω (omega), lorsque les unités ne sont pas spécifiées. Par exemple, 1k signifie 1 kΩ et 390R signifie 390 Ω. Parfois, on trouvera Ω écrit explicitement : 4,7 kohms.
  • Les préfixes sont utiles pour les quantités qui ont des valeurs qui changent sur beaucoup d’ordres de grandeurs comme sont les capacités (pF, nF et μF), les résistances (Ω, kΩ, MΩ), les fréquences (Hz, kHz), etc.
Les personnes qui ont lu cet article ont aussi lu :  Les éléments passifs : résistance, condensateur et bobine

Ainsi, 1 pF = 0.000 000 000 001 F = 10-12 F

1 mF = 1000 μF = 1000 000 nF = 1000 000 000 μF

5 MΩ = 5000 kΩ = 5000 000 Ω = 5.106 Ω

1 Hz = 0.001 kHz (ça a du sens d’écrire ça comme ça si on veut sommer des kHz)

100 μA = 100 x 0.000 001 A = 0.1 mA

Et ainsi de suite…

Note : La notation ingénieure est une notation qui utilise les puissances de 10 par multiples de 3. Dans un prochain article je parlerai de la notation scientifique et de la notation ingénieur.

Passons maintenant à quelques exemples quantitatifs de ces grandeurs dans le cas des pédales d’effet.

3 Quelques ordres de grandeur dans les pédales d’effet

Tension

La tension (alternative) délivrée par un micro de guitare à simple bobinage passif est de l’ordre de 200 mV à 500 mV. Pour un double bobinage on trouve plus, de 400 mV à 800 mV, voire plus [10].

Les tensions (continues ou alternatives) d’alimentations d’une pédale sont de 9 V continus dans le cas standard, et on a parfois plus (12 V, 18 V, 24 V…). Dans un préampli à lampe cependant, la tension utilisée pour alimenter les tubes peut atteindre plusieurs centaines de volts [11].

Courant

Une pédale analogique de boost ou de fuzz consommera moins de 10 mA. C’est le cas par exemple de la pédale d’overdrive Tube Screamer de Ibanez, d’une pédale whawha Crybaby ou d’une pédale Fuzz Face de Dunlop. Avec les effets digitaux comme les réverbes, delays, etc., les consommations en courant sont un ordre de magnitude plus grand. Pour la pédale de réverbe Flint de Strymon, il est conseillé d’avoir un transformateur capable de délivrer 250 mA par exemple. La pédale de loop JamMan de Digitech peut demander 800 mA, c’est beaucoup ! (références tirées de [12]).

Puissance

Regardons la puissance dissipée dans une résistance toute “bête”, puis dans un transistor. Pour celui-ci, j’ai fait une petite simulation SPICE sur un transistor NPN, ne faisant apparaître que les tensions de polarisation et les courants :

Circuit de polarisation d'un transistor NPN que nous utilisons ici pour commenter les différentes unités et leur ordre de grandeur.
Circuit de polarisation d’un transistor NPN que nous utilisons ici pour commenter les différentes unités et leur ordre de grandeur.

Calculons par exemple la puissance dissipée au niveau de la résistance R3. La puissance dissipée par une résistance se trouve en multipliant la tension à ses borne par le courant qui la traverse (P = U × I). On voit sur la figure ci-dessus que la tension en R3 est de 1,255 V et le courant qui la parcourt est de 1,255 mA. Par conséquent, la puissance est de 1,255 V × 1,255 mA=1,57 mW.

Calculons de même la puissance dissipée par le transistor, elle se calcule en bonne approximation en faisant le même calcul que pour la résistance, en prenant pour la tension celle aux bornes de C et de E et pour le courant celui qui sort en E (B, C et E sont le nom des broches du transistor, je les ai indiqués sur le circuit). La puissance vaut donc (4,64 V-1,255 V) × 1,255 mA = 4,24 mW. En fonction de la tension d’alimentation et du transistor on trouve donc typiquement une puissance dissipée de quelques mW à une centaine de mW pour des faibles signaux (dans un ampli audio on parle de la centaine de W soit 1000 fois plus).

Les personnes qui ont lu cet article ont aussi lu :  Les générateurs de tension, courant et formes du signal

Notons au passage l’ordre de grandeur du courant, il vaut un peu moins de 10 μA dans la base et environ 1 mA dans le collecteur et l’émetteur (gain du transistor de 100 dans la simulation).

Fréquence

La plage de fréquence audible par l’Homme va de 20 Hz à 20 kHz. Ceci correspond à de la basse fréquence. On sera amené à parler de fréquences plus basses ou plus hautes par exemple lorsque l’on parle du spectre audio et des harmoniques générées.

Charge

La charge est liée aux nombre d’électrons, particules élémentaires de l’électricité. Lorsqu’on applique 1 V aux bornes d’un condensateur de 1μF, on stocke une charge q de 1 millionième de coulomb (q = C x V, voir ici). Sachant qu’il y a à peu près 1 milliard de milliard d’électrons dans un coulomb, on trouve que le condensateur est chargé par quelques 1000 milliard d’électrons. Ça fait du monde !

Si la capacité du condensateur est plus grande, on emmagasine plus de charge pour une même tension.

Énergie

Lorsqu’on stocke des électrons dans un condensateur, le système n’est pas au repos, il a emmagasiné de l’énergie électrique. Calculons cette énergie E pour un condensateur de 100 μF et une tension de 5 V :

E = 1/2 C × V2=1/2 × 100μ × 5V 2=1,25 mJ. Pour comparer, une personne au repos dégage 1000 J en 10 secondes [13].

Voilà, j’espère que cet article vous aura permis de remettre à jour vos bases sur les unités en électronique.

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Références :
[1] https://fr.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta
[2] https://fr.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re
[3] https://fr.wikipedia.org/wiki/Georg_Ohm
[4] https://fr.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday
[5] https://fr.wikipedia.org/wiki/Joseph_Henry
[6] https://fr.wikipedia.org/wiki/James_Watt
[7] https://fr.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz
[8] https://fr.wikipedia.org/wiki/Charles-Augustin_Coulomb
[9] https://fr.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joule
[10] Denton J. Dailey, Electronics for guitarists, ed. Springer
[11] https://www.researchgate.net/publication/220058265_Real-Time_Guitar_Preamp_Simulation_Using_Modified_Blockwise_Method_and_Approximations
[12] http://stinkfoot.se/power-list
[13] https://fr.wikipedia.org/wiki/Joule

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