Choix composants électroniques

Bonjour,

J’essaye encore une fois de me mettre à l’électronique. Mais j’ai encore beaucoup de mal avec les composants. J’ai pas mal de questions ! Mon besoin est de contrôler le ventilateur de ma Raspberry Pi qui permet d’atteindre seulement 30°C mais le ventilateur fait un peu de bruit, j’aimerais que le ventilateur ne se déclenche que quand la Raspberry pi à un vrai problème (> 70°C). Et comme je n’arrive pas à utiliser un pin PCM (pas assez de courant je pense) je vais devoir l’allumer avec un pin GPIO. Mais d’abord j’ai besoin d’être sûr de ce que je fais.

Par exemple, une résistance 1/4 Watt est idéale pour les pins de ma Raspberry Pi qui a un voltage de 3.3V et une intensité max de 16mA ($3.3 * 0.016 = 0.0528$). J’ai bon ?

Mais par-contre, pas pour un port USB ? Où là, on a 5V et 500mA au maximum. Donc 2.5W ?

De même, si je veux contrôler un ventilateur 5V avec un pin de la Raspberry Pi, je devrais pouvoir utiliser un transistor pour ça. La terre supporte le 5V et on a également un pin 5V à 1.5A. Mais quel transistor choisir ? La base devrait être un pin GPIO en sortie, le collecteur le pin 5V de la Raspberry Pi et l’émetteur une terre de la Raspberry Pi. Ainsi je dois prendre un transistor NPN ? NPN ou PNP ce qui genre est que le sens du courant dans la base ?

Merci de m’avoir lu et désolé pour ce trop plein de questions.

tl;dl

• Un résistance1/4W est-t-elle adaptée au pin de la Raspberry Pi ?
• Et pour un port USB ?
• Comment choisir un transistor pour contrôler un ventilateur à partir d’un GPIO de la Raspberry pi ?

Attention au vocabulaire et aux unités, je ne suis pas très sûr d’avoir tout compris.

Par exemple, une résistance 1/4 Watt est idéale pour les pins de ma Raspberry Pi qui a un voltage de 3.3V et une intensité max de 16mA (3.3∗0.016=0.0528). J’ai bon ?

Que veux-tu dire par une résistance 1/4 Watt ? L’unité d’une résistance est en Ohm. Ensuite tu prends le problème à l’envers, ce que tu as calculé c’est la résistance interne de la pin si tu délivres le courant maximal.

Il faut prendre la loi d’Ohm dans l’autre sens, la tension (et pas voltage) est fixée à 3,3 V, tu regardes le courant maximal qu’accepte ton circuit pour définir la résistance appropriée.

Pour un usage aussi simple, le but est surtout d’éviter de surchauffer le circuit par un courant qui est trop tiré d’un coup, une résistance de 1 kOhm est souvent utilisé dans ce but sans avoir trop besoin de se prendre le choux.

De même, si je veux contrôler un ventilateur 5V avec un pin de la Raspberry Pi, je devrais pouvoir utiliser un transistor pour ça.

Ou tout circuit intégré dont c’est le but : redresseur de tension, amplificateur opérationnel, etc.

Mais quel transistor choisir ? La base devrait être un pin GPIO en sortie, le collecteur le pin 5V de la Raspberry Pi et l’émetteur une terre de la Raspberry Pi. Ainsi je dois prendre un transistor NPN ? NPN ou PNP ce qui genre est que le sens du courant dans la base ?

Attention au vocabulaire, dans un circuit électronique il n’y a pas de terre qui est le réseau domestique, on parle de masse pour définir le niveau de référence des tensions du circuit, masse qui selon le branchement au réseau domestique peut être reliée à la terre de ton logement (mais pas forcément, si le bloc d’alimentation n’a pas le pin pour se connecter à la terre).

Je serais toi comme tu sembles un peu déboussolé, je te conseillerais de jouer avec un composant faisant un peu abstraction du fonctionnement du transistor pour ensuite utiliser directement un transistor.

Que veux-tu dire par une résistance 1/4 Watt ? L’unité d’une résistance est en Ohm.

En fait, si je veux acheter un kit de résistances sur internet, j’aurais 3 paramètres, un pourcentage $X$%, un rapport $1 / Y\ \text{W}$ et la répartition des valeurs de résistances ($x_0 * 470\ \text{Ω}$, $x_1 * 560\ \text{Ω}$, …).

Je suppose que le pourcentage est l’écart à la valeur nominale spécifiée. Le $1 / Y\ \text{W}$, je pense que c’est la puissance supporter par les résistances.

Ensuite tu prends le problème à l’envers, ce que tu as calculé c’est la résistance interne de la pin si tu délivres le courant maximal.

Ah ! /o\ Je comprend plus rien. $U = R * I$.
Donc la résistance devrait être $\frac{U}{I} = \frac{3.3}{0.016} = 206\ \text{Ohm}$

Il faut prendre la loi d’Ohm dans l’autre sens, la tension (et pas voltage) est fixée à 3,3 V, tu regardes le courant maximal qu’accepte ton circuit pour définir la résistance appropriée.

Donc, dans mon cas, 1.5A c’est bien pour mon ventilo. Donc pas besoin de résistance à ce niveau là. Mais pour le pin de la Raspberry Pi, j’aurais je pense besoin d’une résistance. Que je ne peux pour l’instant pas choisir car je ne sais pas choisir mon transistor.

Pour un usage aussi simple, le but est surtout d’éviter de surchauffer le circuit par un courant qui est trop tiré d’un coup, une résistance de 1 kOhm est souvent utilisé dans ce but sans avoir trop besoin de se prendre le choux.

Ok, je retiens que 1kOhm c’est bien.

Ou tout circuit intégré dont c’est le but : redresseur de tension, amplificateur opérationnel, etc.

C’est quoi tout ça ?

Mais quel transistor choisir ? La base devrait être un pin GPIO en sortie, le collecteur le pin 5V de la Raspberry Pi et l’émetteur une terre de la Raspberry Pi. Ainsi je dois prendre un transistor NPN ? NPN ou PNP ce qui genre est que le sens du courant dans la base ?

Attention au vocabulaire, dans un circuit électronique il n’y a pas de terre qui est le réseau domestique, on parle de masse pour définir le niveau de référence des tensions du circuit, masse qui selon le branchement au réseau domestique peut être reliée à la terre de ton logement (mais pas forcément, si le bloc d’alimentation n’a pas le pin pour se connecter à la terre).

Ok, je retiens. La masse.

Quel type de composant ? ^^"
Un relais ?

Merci pour ta réponse @Renault !

Que veux-tu dire par une résistance 1/4 Watt ? L’unité d’une résistance est en Ohm.

En fait, si je veux acheter un kit de résistances sur internet, j’aurais 3 paramètres, un pourcentage $X$%, un rapport $1 / Y\ \text{W}$ et la répartition des valeurs de résistances ($x_0 * 470\ \text{Ω}$, $x_1 * 560\ \text{Ω}$, …).

Je suppose que le pourcentage est l’écart à la valeur nominale spécifiée. Le $1 / Y\ \text{W}$, je pense que c’est la puissance supporter par les résistances.

Ensuite tu prends le problème à l’envers, ce que tu as calculé c’est la résistance interne de la pin si tu délivres le courant maximal.

Ah ! /o\ Je comprend plus rien. $U = R * I$.
Donc la résistance devrait être $\frac{U}{I} = \frac{3.3}{0.016} = 206\ \text{Ohm}$

Tu as raison, j’ai lu trop vite.

Il faut prendre la loi d’Ohm dans l’autre sens, la tension (et pas voltage) est fixée à 3,3 V, tu regardes le courant maximal qu’accepte ton circuit pour définir la résistance appropriée.

Donc, dans mon cas, 1.5A c’est bien pour mon ventilo. Donc pas besoin de résistance à ce niveau là. Mais pour le pin de la Raspberry Pi, j’aurais je pense besoin d’une résistance. Que je ne peux pour l’instant pas choisir car je ne sais pas choisir mon transistor.

Attention, si ton ventilo consomme 1,5 A, déjà ça me semble énorme, ensuite ton GPIO ne fournira jamais assez de courant pour l’alimenter et pourrait se griller à la tâche.

Pour un usage aussi simple, le but est surtout d’éviter de surchauffer le circuit par un courant qui est trop tiré d’un coup, une résistance de 1 kOhm est souvent utilisé dans ce but sans avoir trop besoin de se prendre le choux.

Ok, je retiens que 1kOhm c’est bien.

Oui enfin je pensais que le ventilateur consommait (nettement) moins, là il va falloir tirer ça au clair.

Ou tout circuit intégré dont c’est le but : redresseur de tension, amplificateur opérationnel, etc.

C’est quoi tout ça ?

Ce sont des composants prêts à l’emploi, comme tu peux avoir des multiplexeurs, des processeurs, des boîtiers avec plusieurs transistors ou diodes intégrées, etc.

En électronique tout est à base de composants élémentaires comme la diode, le transistor, la résistance, la bobine ou le condensateur, mais on fait des boîtier plus haut niveau pour simplifier les circuits, réduire les coûts et la taille.

Mais quel transistor choisir ? La base devrait être un pin GPIO en sortie, le collecteur le pin 5V de la Raspberry Pi et l’émetteur une terre de la Raspberry Pi. Ainsi je dois prendre un transistor NPN ? NPN ou PNP ce qui genre est que le sens du courant dans la base ?

Je serais toi comme tu sembles un peu déboussolé, je te conseillerais de jouer avec un composant faisant un peu abstraction du fonctionnement du transistor pour ensuite utiliser directement un transistor.

Quel type de composant ? ^^"
Un relais ?

Je pense plutôt aux composants cités plus haut.

1.5 W pour un ventilateur, ça ne me choque pas, selon le ventilateur.

Rien que ce petit 60 mm de Noctua est déjà à 1.44 W, ou 0.48 W pour ce 40 mm de la même marque. Par contre, je soupçonne qu’en fait dans le cas des ventilateurs, ce qu’on affiche en W sont en fait des VA.

PS : En fait, les grands ventilateurs consomment à peu près ça aussi, c’est « juste » que les petits tournent vite, et les grands lentement.

1.5 W pour un ventilateur, ça ne me choque pas, selon le ventilateur.

C’est 1,5 A pour 3,3V soit presque 5 W. Enfin c’est ce que j’ai compris mais j’ai peut être loupé une info.

Pour refroidir un RPi ça me paraît gros, et surtout l’intensité est trop haute par rapport à ce que peut délivrer le GPIO (tu ne peux pas sortir 1,5 A).

Salut,

Le seul truc qui est capable de fournir 1,5 A sur une RPi 4 à ma connaissance, c’est l’alimentation des ports USB-C. De mémoire, c’est la limite globale pour les ports USB pris ensemble. C’est donc du 5V et il y a peut être moyen de se brancher dessus en contournant le connecteur lui-même. Je ne sais pas quelles protections sont fournies pour éviter d’endommager (faut regarder dans la doc). En solution de rechange, on peut potentiellement essayer d’aller chercher l’alimentation du Rpi elle-même d’une manière ou d’une autre.

Quoi qu’il en soit, on ne peut pas alimenter un ventilateur avec des GPIO, le courant maximum fourni est très faible, quelques milliampères. Par contre, on peut a priori contrôler un ventilateur sans soucis en PCM avec une GPIO ou autre. C’est fait justement pour transmettre des informations sans véritable puissance !

Je t’invite à regarder la documentation pour voir un peu de quoi il retourne (ordres de grandeurs, courants de sortie, etc) et nous poser des questions si tu ne comprends pas. En particulier, la page sur les GPIO.

Salut,

Tu as globalement une bonne approche:

• Il faut alimenter le ventilateur, on a une pin 5V sur le connecteur RPi, et d’après le schéma simplifié du Rpi4, c’est directement le VBus USB, donc on peut tirer un peu de courant dessus.
• En cherchant un ventilo 5V, on tombe sur le site d'Adafruit, ce ne sont pas forcément les moins chers, mais ils ciblent les hobbyistes, donc on trouve facilement l’information que je cherchais: le ventilo consomme 200mA. L’USB devrait pouvoir le supporter.
• On a donc une alimentation, maintenant il faut un interrupteur, le transistor est effectivement la solution simple. J’ai une préférence pour les MOS, mais je ne sais pas quelles références sont facilement accessibles pour un hobbyiste, alors que je sais que le 2N2222 (un transistor bipolaire NPN) reste La référence. Tu te posais la question NPN ou PNP (et avec un MOS ce serait canal N ou canal P, ce qui revient au même), j’ai une heuristique pour ça: si tu n’as pas de contrainte particulière, utilise un NPN, que tu mets côté Masse par rapport à ta charge (le ventilo dans notre cas). C’est le plus simple à contrôler, et NPN ont, à taille égale, de meilleures performances que les PNP, pour des histoires de process de fabrication (ils sont donc moins chers pour les même performances, et c’est ce qu’on utilise par défaut.
• Est ce que le 2N2222 convient ? Je prends la première datasheet qui me passe sous la main, je m’intéresse aux "ON CHARACTERISTICS", et à la figure 4, à 15mA de courant dans la base, on est quasiment dans la zone saturée pour 500mA, bien au delà de de qu’il faut pour 150mA, on devrait être bon pour 200mA. On aura un Vce inférieur à 0.2V, avec 200mA, ça fait 40mW à dissiper, la "Total Device Dissipation" est de 625mW, on est larges.
• Je reprends le montage habituel, je veux la valeur de la résistance. Je sais que je ne veux pas dépasser 16mA; à "(IC = 150 mAdc, IB = 15 mAdc)", Vbe(sat) vaut de 0.6 à 1.2V. Avec 0.6V, partant de 3.3V, il reste 2.7V sur la résistance, donc une résistance de 170Ohms (ça n’existe pas) protège mon circuit. Mais si Vbe(sat) vaut 1.2V, il reste 1.1V, la même résistance ne me donne plus que 6mA. Je reprends ma Figure 4 de la datasheet 2N2222, 6mA ça devrait passer pour Ic=200mA. Je vais faire un compromis et prendre une résistance de 150Ohms, c’est une valeur courante, et, au pire, ça fait 18mA sur le pin du RPi, il le supportera ça devrait passer, possiblement avec une légère chute de tension, mais c’est habituellement acceptable (pour du hobby, parce qu’industriellement, quand on produit 1 million de pièces, on voit les cas rares assez souvent).
• Ah, et la résistance va dissiper moins de 60mW, donc une résistance 1/4W le supportera sans problème

Par contre, comme on est pas énormément de marges, si tu veux un ventilateur qui consomme plus, il va peut être falloir changer de composants.

ça fait 18mA sur le pin du RPi, il le supportera.

Je pense que ça passerait probablement, mais c’est aux risques et périls du concepteur :

1.5 W pour un ventilateur, ça ne me choque pas, selon le ventilateur.

Alors, je n’ai pas la specification du ventilateur mais je préfère prendre large. Je pense qu’il a besoin de moins de $60\ \text{mA}$ donc d’environ $0.3\ \text{W}$ … Ok, $1.5\ \text{W}$ c’est ce que délivre le port $5\ \text{V}$ de la Raspberry Pi d’après https://pinout.xyz/pinout/5v_power#

C’est un petit 3510 dont la seule référence est ZP-0042.

Je n’ai pas du tout l’intention d’alimenter le ventilateur avec un pin GPIO. En fait, j’ai déjà essayé avec les pins PWM et le ventilateur démarre à peine et s’arrête un quart de tour plus loin.

C’est pour cela que je souhaite avoir un interrupteur en utilisant un transistor.

• En cherchant un ventilo 5V, on tombe sur le site d'Adafruit, ce ne sont pas forcément les moins chers, mais ils ciblent les hobbyistes, donc on trouve facilement l’information que je cherchais: le ventilo consomme 200mA. L’USB devrait pouvoir le supporter.

Pour l’instant j’utilise le ventilo livré avec mais je pense qu’effectivement à terme, je vais changer. Pour un que l’on peut effectivement contrôler facilement.

• On a donc une alimentation, maintenant il faut un interrupteur, le transistor est effectivement la solution simple. J’ai une préférence pour les MOS, mais je ne sais pas quelles références sont facilement accessibles pour un hobbyiste, alors que je sais que le 2N2222 (un transistor bipolaire NPN) reste La référence. Tu te posais la question NPN ou PNP (et avec un MOS ce serait canal N ou canal P, ce qui revient au même), j’ai une heuristique pour ça: si tu n’as pas de contrainte particulière, utilise un NPN, que tu mets côté Masse par rapport à ta charge (le ventilo dans notre cas). C’est le plus simple à contrôler, et NPN ont, à taille égale, de meilleures performances que les PNP, pour des histoires de process de fabrication (ils sont donc moins chers pour les même performances, et c’est ce qu’on utilise par défaut.

Merci ! Ça me va.

• Est ce que le 2N2222 convient ? Je prends la première datasheet qui me passe sous la main, je m’intéresse aux "ON CHARACTERISTICS", et à la figure 4, à 15mA de courant dans la base, on est quasiment dans la zone saturée pour 500mA, bien au delà de de qu’il faut pour 150mA, on devrait être bon pour 200mA. On aura un Vce inférieur à 0.2V, avec 200mA, ça fait 40mW à dissiper, la "Total Device Dissipation" est de 625mW, on est larges.

Attend
Là, je me pers un peu dans tout ça. Je suppose que le 2N2222 convient très bien.

Saturer le transistor c’est pas bon ? J’ai du mal à comprendre la figure 4.
Donc un courant de 10mA c’est suffisant pour activer le transistor ?

Je comprend pas du tout ce que tu dis 0.2V => 200mA ? C’est à peu près ce que je lis dans la figure 4 mais je comprends pas à quoi ça correspond. Si on active le transistor avec 0.2A alors on a 0.2V (seulement ?) entre le collecteur et l’émetteur.

• Je reprends le montage habituel, je veux la valeur de la résistance. Je sais que je ne veux pas dépasser 16mA; à "(IC = 150 mAdc, IB = 15 mAdc)", Vbe(sat) vaut de 0.6 à 1.2V. Avec 0.6V, partant de 3.3V, il reste 2.7V sur la résistance, donc une résistance de 170Ohms (ça n’existe pas) protège mon circuit. Mais si Vbe(sat) vaut 1.2V, il reste 1.1V, la même résistance ne me donne plus que 6mA. Je reprends ma Figure 4 de la datasheet 2N2222, 6mA ça devrait passer pour Ic=200mA. Je vais faire un compromis et prendre une résistance de 150Ohms, c’est une valeur courante, et, au pire, ça fait 18mA sur le pin du RPi, il le supportera.

Tu m’as perdu avec tes calculs mais je comprends le résultat je crois. J’ai pas compris pourquoi tu regardes si $V_be$ vaut 1.2V. Si le transistor utilise 1.2V alors il reste 1.1V pour la résistance ? Ah oui car il utilisera entre 0.6V et 1.2V afin d’être saturé ?

• Ah, et la résistance va dissiper moins de 60mW, donc une résistance 1/4W le supportera sans problème

$1.2\ \text{V} * 18\ \text{mA} = 21 \lt 60\ \text{mW}$ ?

Ok, d’où l’intérêt que j’apprenne à faire ça moi même !

Ah ouai, pardon, en fait saturer le transistor c’est le but: idéalement, soit il est bloqué, il ne laisse pas passer de courant, soit il est saturé, on envoie tellement de courant dans sa base que sa tension Vce ne varie pas quand le courant Ic varie (idéalement, Vce vaut 0, et le transistor laisse passer tout le courant sans chauffer; en vrai, c’est pas tout à fait 0). Entre les deux, il y a une partie où Vce va varier pour que le courant Ic soit proportionnel à Ib. C’est super bien pour faire un amplificateur, mais ici, on veut faire un interrupteur, donc on veut éviter ce comportement, qui a le défaut de faire chauffer le transistor.

Pour savoir si le transistor est saturé, bloqué, ou entre les deux, c’est le courant qu’on injecte dans la base qui compte. Si on injecte 0mA, la valeur maximum de Ic (le courant dans ton ventilo), c’est 0. En règle générale, Ic, c’est Ib multiplié par un gain en courant, qui, pour un courant continu, vaut DC Current Gain, quelque chose entre 35 et 300 (ouai, c’est précis ^^). Donc si je lui mets 10mA dans la base, je devrais pouvoir avoir au moins 350mA, et 3A si j’ai de la chance et que je tombe sur le transistor avec le plus fort gain de la série. Comme mon ventilo ne consomme que 200mA sous 5V, Ic = 200mA, le transistor est saturé, il n’arrive pas à laisser passer 350mA de courant, même avec un Vce qui vaut 0V. C’est parfait pour nous, parce que ça veut dire qu’il y a 0V aux bornes du transistor (Vce), et donc que le courant * tension, Ic * Vce, ça vaut 0, il n’y a aucune énergie dissipée dans le transistor. C’est un interrupteur parfait.

Malheureusement, Vce ne vaut pas vraiment 0, et c’est ce que je suis allé cherché sur la Figure 4. Quand on a un courant Ib assez grand dans la base; la courbe pour Ic=150mA me dit que Vce vaut 0.1V (quand on a assez de courant Ib pour que la courbe Vce(Ib) soit constante. C’est ça la saturation dont on parle), et pour Ic=500mA, Vce vaut 0.2V. A Ic=200mA, avec assez de courant Ib, on sera entre les deux, donc j’ai pris le pire pour moi, Vce=0.2, celui qui me fait le plus de pertes. On notera d’ailleurs que pour Ic=500mA, la courbe commence à être plate pour Ib=50mA, soit un gain de 10, assez loin des 35 ci-avant. Et pour cause, ils ont donné un gain pour (IC = 500 mAdc, VCE = 10 Vdc), ce qui correspond à des conditions pour faire un ampli, pas un interrupteur. C’est pour ça que je suis allé voir la courbe directement, dans mon premier message.

Mais pour résumer, j’ai regardé que je pouvais faire passer 200mA (Ic) dans mon transistor, avec un Vce assez faible (0.2V) pour qu’il ne fasse pas trop de pertes, et ne chauffe pas. Il faut juste que j’arrive à avoir un courant de base Ib assez grand pour me mettre dans ce mode de fonctionnement.

Et là, j’ai un soucis: je ne contrôle pas le courant de sortie du RPi, mais sa tension (0 ou 3.3V, mais c’est un choix). Comment je contrôle le courant en connaissant la tension ? avec une résistance. Par contre ma résistance elle n’est pas entre le 3.3V et la masse, mais entre le 3.3V et la tension sur la base du transistor. Qu’importe: il me suffit de retirer la tension entre la base et la masse, Vbe dans notre montage, et j’aurai la tension au bornes de ma résistance. Combien vaut Vbe ? On veut fonctionner en régime saturé, c’est ce que font tous les gens qui utilisent le transistor comme interrupteur, donc la valeur est donnée directement dans la datasheet, sous le petit nom Vbe(sat). Avec Ic=150mA, à peu près notre cas; ça vaut entre 0.6V et 1.2V, ça dépend du transistor.

C’est là que je suis embêté: avec un Vbe(sat) qui varie du simple au double, et un RPi qui sort 3.3V, j’ai entre 1.1V et 2.7V sur ma résistance, et je cherche une valeur de résistance qui va toujours me permettre d’avoir Ib assez grand pour mettre le transistor dans le mode qui m’intéresse, et assez petit (<16mA) pour que mon RPi marche bien. Et là, mathématiquement, ça ne passe pas, donc j’ai choisi de rogner sur mes marges, de considérer que le RPi résistera à 18mA ou que Vbe vaudra plus que 0.6V, parce que les composants juste à la limite des caractéristiques, c’est rare, et qu’avoir les deux composants en même temps avec les caractéristiques qui ne m’arrangent pas, c’est rare au carré.

1.2 V∗18 mA=21<60 mW ?

Avant, j’ai calculé la puissance perdue dans le transistor, pour m’assurer de ne pas le cramer, là je vérifie juste que je ne crame pas ma résistance. Dans ma résistance, j’ai maximum 18mA qui passent, mais je n’ai pas 1.2V aux bornes de ma résistance, 1.2V c’est une des valeurs extrêmes de Vbe(sat). J’ai calculé dans le cas où j’ai le plus de tension sur la résistance, quand Vbe(sat)=0.6V, et donc que la tension sur la résistance vaut 2.7V, ce qui me donne 2.7*18=48.6mW; mais j’ai fait le calcul plus simplement: 18mA, c’est moins que 20mA, 150Ohm*20mA*20mA=60mW. U=R*I et P=U*I. Le calcul n’est pas vraiment plus simple, mais ça m’évite de me demander dans quel cas je suis pour avoir mon courant max, j’ai juste à connaître la valeur de ma résistance, qui, elle, est précise.