Les composants passifs : résistances, potentiomètres et commutateurs - L’électronique pour le musicien

En guise de préam­bule, préci­sons qu’il s’agit là du premier article d’une nouvelle série sur l’élec­tro­nique, lequel a déjà été publié mais fait l’objet ici d’une révi­sion d’après les commen­taires de la commu­nauté.

Comprendre les compo­sants, connaître ses outils, acqué­rir quelques bases de lecture de sché­ma… Nous abor­de­rons tout ce qui vous permet­tra de vous lancer dans la modi­fi­ca­tion ou la fabri­ca­tion de circuits simples.

Passifs mais indis­pen­sables

Ce sont les compo­sants les plus nombreux dans le circuit d’une pédale ou d’un ampli­fi­ca­teur. On les appelle « passifs » car ils ne permettent pas d’aug­men­ter la puis­sance d’un signal élec­trique (à l’in­verse d’un tube ou d’un tran­sis­tor). Ils n’ont égale­ment pas néces­sai­re­ment besoin d’un courant d’ali­men­ta­tion pour remplir leur fonc­tion.

Un des exemples concrets les plus simples pour se donner une idée de ce qu’est un fonc­tion­ne­ment passif, c’est un filtre dans une enceinte. Il a pour but de filtrer un signal sonore dyna­mique complexe, et de le sépa­rer en trois voies distinctes (si c’est une enceinte trois voies) : les graves, les médiums et les aigus. Ce filtrage est obtenu grâce à un circuit consti­tué de résis­tances, de conden­sa­teurs et d’in­duc­tances, trois types de compo­sants passifs. Ce filtre n’am­pli­fie pas le signal sonore (au contraire, il filtre chaque voies en sous­trayant des fréquences) et il peut fonc­tion­ner sans alimen­ta­tion (votre enceinte n’est pas bran­chée sur le réseau élec­trique… sinon ça serait une enceinte active).

Un filtre deux voies, avec une résis­tance, un conden­sa­teur, deux selfs.

La fonc­tion de base de chaque compo­sant passif peut géné­ra­le­ment être défi­nie de façon simple et unique : une résis­tance résiste au courant, un inter­rup­teur l’inter­rompt, etc. En revanche, dans leur utili­sa­tion au sein d’un circuit, avec d’autres compo­sants, on peut tirer diffé­rents usages des compo­sants passifs. Ce sont donc des éléments extrê­me­ment impor­tants pour tout débu­tant en élec­tro­nique. Commençons par voir ce qu’il en est des résis­tances.

Les résis­tances

Une résis­tance a pour fonc­tion de s’op­po­ser, plus ou moins forte­ment, au passage du courant élec­trique. En s’op­po­sant au courant qui la traverse, elle génère une tension à ses bornes. Pour débu­ter, nous passe­rons outre la compré­hen­sion de ces termes, mais nous y revien­drons très prochai­ne­ment. Sachez seule­ment que ces trois notions (courant – ou plutôt inten­sité – tension et résis­tance) sont liées entre elles par une équa­tion : la loi d’Ohm. Cette loi fera aussi l’objet d’un article à part, car elle est un fonde­ment indis­pen­sable de la compré­hen­sion des circuits élec­triques.

La valeur d’une résis­tance (c’est-à-dire à quel point elle s’op­pose au courant) se note en « ohms » (symbo­lisé Ω). Comme les résis­tances existent sur une très grande plage de valeur, on utilise parfois le préfixe kilo- (à partir de 1000 ohms) ou méga- (à partir de 1 000 000).

Il en existe de formes très diffé­rentes, selon leurs maté­riaux et leur puis­sance maxi­male admis­sible. Voici quelques exemples :

De gauche à droite : un résis­tance compo­si­tion carbone, une résis­tance couche carbone, une résis­tance couche métal, une résis­tance couche métal de préci­sion, une résis­tance bobi­née et une résis­tance cimen­tée.

Comment iden­ti­fier les résis­tances ?

Lorsque leur valeur en Ω n’est pas notée direc­te­ment, elle est symbo­li­sée par une série de bandes colo­rées, selon un code commun à tous les fabri­cants. Le code est le suivant :

Noir – 0
Marron – 1
Rouge – 2
Orange – 3
Jaune – 4
Vert – 5
Bleu – 6
Violet – 7
Gris – 8
Blanc – 9

Le nombre de bandes peut varier : 4, 5 ou 6 bandes. Les trois premières bandes (seule­ment les deux premières sur les résis­tances 4 bandes) sont les chiffres de bases de la valeur, la bande suivante est le facteur de multi­pli­ca­tion. Pour se rappe­ler comment fonc­tionne le multi­pli­ca­teur : il vous suffit d’ajou­ter le nombre de zéros indiqué par le code couleur (rouge = 2 zéros, orange = 3 zéros…). Sur l’exemple suivant :

On voit de gauche à droite les bandes orange (3),   orange (3) et rouge (x 100) = 3300 Ω que l’on notera 3,3 KΩ.

Sur la résis­tance 5 bandes suivantes :

Rouge (2), noir, (0), noir (0), rouge (x100) = 20 000 Ω, noté 20 KΩ

Dans ces deux exemples, la dernière bande indique la tolé­rance, c’est-à-dire le pour­cen­tage de dévia­tion poten­tiel autour de cette valeur. Nous ne nous éten­drons pas sur le code des pour­cen­tages de tolé­rance à ce point-ci de notre expli­ca­tion. Sachez seule­ment que, selon la préci­sion néces­saire à une appli­ca­tion, elle peut s’étendre de 30% à 0,005%.

La plupart du temps, en audio, on sera entre 20% et 1%. Sur des signaux stéréo faibles (préam­pli, correc­tion RIAA) on utili­sera en prio­rité des résis­tances à faible tolé­rance (moins de 5%) pour bien mieux contrô­ler la symé­trie des deux voies, et conser­ver l’équi­libre gauche-droite.

Pour finir, pour la recon­naître dans un schéma, c’est simple : elle est repré­sen­tée comme ceci :

Voyons à présent ce qu’il en est des poten­tio­mètres.

Les poten­tio­mètres

On présente souvent les conden­sa­teurs après les résis­tances, mais je trouve inté­res­sant de conti­nuer plutôt avec le poten­tio­mètre. Pourquoi ? Parce qu’un poten­tio­mètre peut être comparé à un réseau de résis­tances dont les valeurs seraient variables. Les musi­ciens connaissent surtout le « potard » vu de l’ex­té­rieur, surmonté d’un bouton, mais une fois sortie de l’ap­pa­reil, il ressemble à cela :

De gauche à droite : poten­tio­mètre rota­tif mono, rota­tif stéréo, recti­ligne et « trim­mer », aussi appelé « résis­tance ajus­table ».

Comme on le voit, les formes, tailles et maté­riaux sont là aussi très variés. Nous n’en­tre­rons pas à ce stade dans l’ex­pli­ca­tion de chaque forme et fonc­tion, nous nous penche­rons sur ces parti­cu­la­ri­tés lorsque nous abor­de­rons des exemples de montages.

Vous pouvez voir trois bornes à l’avant du poten­tio­mètre de gauche. Les deux bornes situées sur les côtés sont reliées entre elles par une piste (géné­ra­le­ment en carbone bien qu’il existe d’autres matières). La voici, dans le même poten­tio­mètre ouvert :

Cette piste fonc­tionne comme une résis­tance. Elle a une valeur, indiquée en  Ω, qui est la valeur géné­rale du poten­tio­mètre, et qui est géné­ra­le­ment notée sur son capot. La borne centrale, quant à elle, est liée à un curseur, une sorte de petit balai venant glis­ser le long de cette piste en carbone. C’est lui que l’on déplace en tour­nant l’axe du poten­tio­mètre.

Résul­tat :

• entre les bornes laté­rales, vous avez une résis­tance fixe.
• Entre la borne centrale et les bornes laté­rales vous avez deux résis­tances, dont les valeurs changent en déplaçant le curseur.

Le symbole sché­ma­tique est très parlant :

Lorsque la résis­tance de droite augmente (marquée en vert), celle de gauche dimi­nue (marquée en rouge), et inver­se­ment.

PHOTO 10

En utili­sant le symbole de la résis­tance, vu ci-dessus, on pour­rait donc sché­ma­ti­ser un poten­tio­mètre de la manière suivante :

Deux résis­tances en série (c’est-à-dire placées l’une après l’autre) avec une borne au centre.

Diffé­rentes courbes

Atten­tion, toute­fois, car la piste d’un poten­tio­mètre possède une courbe. De quoi s’agit-il ?

On clas­si­fie les poten­tio­mètres comme linéaires (symbo­lisé comme « LIN » ou « A »), loga­rith­miques (« LOG » ou « B ») ou anti-loga­rith­miques (plus rares, nous lais­se­rons de côté pour l’ins­tant). Cette courbe est géné­ra­le­ment indiquée sur le poten­tio­mètre et sur le schéma d’un circuit. Dans l’exemple ci-dessous, j’ima­gine un poten­tio­mètre linéaire de 10KΩ. Sa fonc­tion ressemble à ceci :

Si le curseur est au milieu, il a parcouru 50% de sa course. Sa linéa­rité fait alors que R1 = R2 = 50% de la résis­tance totale = 5KΩ.

5KΩ et 5KΩ = 10KΩ

Si vous dépla­cez le curseur 25% plus loin, vous serez à R1 = 75% = 7,5KΩ et donc R2 = 25% = 2,5KΩ.

7,5KΩ et 2,5KΩ = 10KΩ

Tandis que dans un poten­tio­mètre loga­rith­mique, la résis­tance le long de la piste suit une courbe ressem­blant à cela :

Oui, c’est expo­nen­tiel, pas loga­rith­mique. Mais c’est fait pour compen­ser une écoute loga­rith­mique, d’où le nom.

La valeur de R1 augmen­tera beau­coup plus vite en fin de course, qu’au début. En audio, ces poten­tio­mètres sont souvent utili­sés pour le réglage de gain ou de volume. Pour faire très simple, car on pour­rait écrire une thèse là-dessus, ils permettent de compen­ser la courbe de l’au­di­tion humaine (qui perçoit les déci­bels de manière loga­rith­mique). Si vous utili­sez un poten­tio­mètre linéaire pour un master volume, vous aurez l’im­pres­sion que le volume augmente beau­coup trop rapi­de­ment dans le premier quart de sa course.

Pour finir : comme pour les résis­tances, les poten­tio­mètres ont des tolé­rances, qui affectent non seule­ment la préci­sion de leur résis­tance globale mais, surtout, la préci­sion de leur courbe ! Cela devient très impor­tant en audio, surtout lorsque vous avez à faire à un signal stéréo : un poten­tio­mètre peu précis peut créer des déséqui­libres impor­tants entre voies gauche et droite.

Les commu­ta­teurs

Pour conclure cet article, jetons regard rapide sur un autre élément qui peuple les façades de nos appa­reils. Que vous les bougiez déli­ca­te­ment sur vos préam­plis Univer­sal Audio ou que vous les écra­siez avec vos gros pieds sur vos pédales, ils sont partout pour nous permettre de gérer le fonc­tion­ne­ment de nos machines. Ce ne sont pas à propre­ment parler des compo­sants passifs, mais plutôt des pièces élec­tro­mé­ca­niques.

On a tendance à les angli­ci­ser en « switch » mais le terme le plus géné­ral qu’on peut leur appliquer est proba­ble­ment celui de « commu­ta­teur ».

En vérité ils portent des noms spéci­fiques selon leur fonc­tion et leur tech­no­lo­gie.

Par exemple :

• Un « inter­rup­teur » a deux posi­tions : soit il auto­rise, soit il inter­rompt le passage du courant. Tech­nique­ment, à l’in­té­rieur de l’in­ter­rup­teur, il y a souvent deux lames en métal. En posi­tion ouverte, elles ne se touchent pas, le courant ne passe pas ; en posi­tion fermée, elles entrent en contact, ce qui permet la conduc­tion du courant. Leurs symboles sont assez parlant :

Deux symboles d’in­ter­rup­teur en posi­tion ouverte

• un « inver­seur » a égale­ment deux posi­tions. La seule diffé­rence : il y a contact dans les deux posi­tions. Il permet d’en­voyer le courant dans deux parties diffé­rentes du circuit. Là aussi le symbole est clair :

Atten­tion, j’ai ajouté des couleurs pour rendre la chose plus parlante : soit le courant passe entre le point rouge et le vert, soit entre le rouge et le bleu.

• Certains commu­ta­teurs ont plus de deux posi­tions. Sans entrer dans les détails de leur fonc­tion­ne­ment, on pensera en parti­cu­lier aux commu­ta­teurs rota­tifs, très courants en audio.

Rendez-vous au prochain article, pour parler des conden­sa­teurs…