Circuit électronique

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Circuit électronique du RaspberryPi
Circuit électronique du RaspberryPi

Un circuit électronique est un ensemble de composants électroniques interconnectés souvent à l'aide d'un circuit imprimé et dont le but est de remplir une fonction.

Description[modifier | modifier le code]

Un circuit électronique est souvent considéré comme une boîte noire comportant :

Les composants d’un circuit électronique sont essentiellement assemblés sur un support isolant (résine époxy), à une ou plusieurs couches et comportant des pistes conductrices et des connecteurs, appelé circuit imprimé sur lequel les composants sont de tous types dont les circuits intégrés eux mème constitués d'un ensemble de circuits électroniques regroupés dans un seul composant et destinés à réaliser une ou plusieurs fonctions. Les microprocesseurs sont constitués d'un ensemble de circuits intégrés et de composants regroupés dans le même boîtier servant à exécuter des programmes soit pour lesquels ils ont été conçu (par exemple une carte graphique) soit pour ceux qui lui sont fournis.

Conception[modifier | modifier le code]

Circuit électronique d'une carte mère d'ordinateur
Circuit électronique d'une carte mère d'ordinateur

Un circuit électronique peut paraître complexe alors qu'il est souvent constitué de circuits électroniques indépendants, eux-mêmes constitués de modules, parfois appelés « étages ». Ces modules sont constitués eux-mêmes de modules élémentaires : les composants électroniques.

Les principaux « étages » rencontrés en électronique sont :

L’alimentation[modifier | modifier le code]

Article détaillé : alimentation électrique.
circuit d'alimentation d'un ordinateur
circuit d'alimentation d'un ordinateur

Une alimentation a pour but de générer du courant nécessaire au fonctionnement du circuit. Elle est donc constituée :

Les filtres[modifier | modifier le code]

Article détaillé : filtre (électronique).

Un filtre analogique sert à modifier la structure harmonique d’un signal analogique. On distingue différents types de filtres :

  • coupe-bande (ou réjecteur) pour supprimer un fréquence particulière (la fréquence de 50 Hz du secteur par exemple) ;
  • passe-bande pour ne laisser passer qu'une bande de fréquence (la bande UHF par exemple) ;
  • passe-haut (ou coupe-bas) pour supprimer tout ce qui est au-dessous d'une certaine fréquence (par exemple les fréquences basses du téléphone dans un filtre ADSL) ;
  • passe-bas (ou coupe-haut) pour supprimer tout ce qui est en dessus d'une certaine fréquence (par exemple les fréquences hautes tel qu'internet ou la télévision dans un filtre ADSL)

La puissance[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Puissance électrique.

Le module de puissance fonctionne avec quelques contraintes. Il doit :

L’amplification[modifier | modifier le code]

Circuit amplificateur d'une chaîne hi-hi
Circuit amplificateur d'une chaîne hi-fi

L’amplification est réalisée au moyen d’un composant de base, le transistor, mais aussi souvent grâce à des circuits intégrés spécialisés. Le domaine de l’amplification est tellement utilisé en électronique, qu’au fil du temps, différents modules sont venus se greffer au transistor (lissage, rétrocontrôle, protection). Un composant intègre toutes ces fonctions : l’amplificateur opérationnel. Il contient un circuit électronique intégré constitué de transistors, condensateurs et diodes.

L’informatique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : informatique.
Réplique du premier transistor inventé
Réplique du premier transistor inventé

En électronique, on peut aussi voir un signal électrique comme porteur d’information. Ce département de l’électronique s’appelle l’informatique. L’acteur principal est le transistor, mais vu cette fois-ci comme un interrupteur. Le signal étant codé uniquement sur deux valeurs :

  • présence de tension → valeur « 1 »
  • absence de tension → valeur « 0 »

Lors de la conception d'un circuit électronique pour l’informatique, on raisonne surtout avec ces deux chiffres (0 et 1), c’est donc un signal numérique qui est traité.

Les principaux modules numériques sont :

Le traitement informatique est souvent découplé du traitement analogique. Le pont entre ces deux mondes est réalisé par deux convertisseurs :

Autres[modifier | modifier le code]

Il existe beaucoup d’autres modules en électronique, parmi lesquels :

Les interfaces[modifier | modifier le code]

Un circuit électronique peut avoir besoin d’informations extérieures, non électriques. Dans ce cas, il existe différents convertisseurs d’information et/ou d'énergie (transducteurs) :

Les commandes[modifier | modifier le code]

Les principales commandes convertissant une phénomène physique en signal électrique sont :

  • l'interrupteur (signal binaire à la suite d'une pression solide) (ex : bouton poussoir, fin de course)
  • le potentiomètre rotatif (angle de rotation) (ex : bouton de volume d’une chaîne Hi-Fi)
  • le potentiomètre linéaire (distance) (ex : variateur de lampe halogène)
  • l’électroaimant (variations d’un champ magnétique) (ex : micros de guitare)
  • le métal (champ électrostatique) (ex : alarmes de voitures)
  • le microphone (vibration) (ex : micro)
  • le capteur de pression (pression fluide – gaz ou liquide) (ex : station météo)
  • le capteur piézo-électrique (signal analogique à la suite d'une pression solide) (ex : balances)
  • le capteur de température (ex : thermomètre électronique)
  • le capteur chimique (molécule) (ex : détecteur de monoxyde de carbone)
  • les barrières (passage d’un corps opaque devant un rayon)
    • infrarouge (ex : sonnette d’entrée des magasins, compte tours)
    • laser
  • le capteur de proximité
  • le capteur optique (ex : souris d’ordinateur)
  • le capteur laser (disque optique) (ex : lecteur CD)
  • le capteur volumétrique (ex : alarmes)
  • le capteur infrarouge (lumière infrarouge) (ex : téléviseurs)
  • le photorécepteur (quantité de lumière) (ex : éclairage nocturne automatique)
  • l’accéléromètre (accélération) (ex : mesures d’accélération et de position)
  • le gyroscope (variation de position)
  • l’antenne (signal radio)
  • l’électrode (variation du champ électrique) (ex : électrocardiographe)
  • le dynamomètre (vitesse de rotation)

Les actionneurs[modifier | modifier le code]

Les principaux convertisseurs permettant d’obtenir une action physique à partir d’un signal électrique (entre parenthèses le type de signal généré) sont :

  • le moteur électrique (rotation) (ex : voiture électrique)
  • le canon à électron (émission d’électrons) (ex : téléviseur)
  • l’électroaimant (champ magnétique) (ex : verrouillage de portes)
  • le haut-parleur (variation de pression) (ex : chaîne Hi-Fi)
  • l’électrovanne (ouverture/fermeture d’une vanne)
  • l’émetteur électromagnétique (rayonnement électromagnétique)
    • Ampoule à Incandescence (lumière visible)
    • tube fluorescent (ultraviolets)
    • ampoule halogène (lumière visible) (ex : éclairage de concerts)
    • Led/Oled (lumière visible monochromatique) (ex : voyants en tout genre)
    • l’émetteur infrarouge (lumière infrarouge) (ex : télécommande)
    • l’émetteur micro-onde (micro-ondes) (ex : micro-ondes)
    • l’émetteur radio (ondes radio) (ex : émetteur radio)
  • la résistance (rayonnement thermique, chaleur) (ex : convecteurs)

Les composants électroniques[modifier | modifier le code]

Article détaillé : composant électronique.

Les composants électroniques sont les éléments de base d'un circuit électronique, et possèdent chacun une fonction élémentaire.

Ils appartiennent à deux grandes familles dont les représentants les plus courants sont cités dans la liste suivante :

  • les composants analogiques
    • Différents types de résistances électroniques
      Différents types de résistances électroniques
      résistance (limitation du courant ou conversion courant-tension selon l'usage)
    • diode (passage du courant dans un seul sens)
    • condensateur (accumulation de courant)
    • transistor et son précurseur, le tube (amplification/commutation)
    • bobine (self ou inductance) (filtrage de parasites, résistance à toute variation du courant)
    • le transformateur (amplification/abaissement de la tension)
    • l'amplificateur opérationnel (composant actif permettant de réaliser les principales opérations mathématiques : addition, soustraction, multiplication, division, intégration, dérivation) sur des signaux analogiques ;
    • le triac/thyristor

Fabrication[modifier | modifier le code]

La première étape réside dans la fabrication du circuit imprimé permettant de connecter les composants les uns avec les autres.

Une fois la carte électronique fabriquée s'ensuit l'étape d'assemblage, au cours de laquelle les composants électroniques sont soudés à la carte par brasage. Plusieurs techniques d'assemblage existent selon les types de composants :

Composants traversants[modifier | modifier le code]

Résistances traversantes

Historiquement les premières cartes électroniques utilisent des composants dit traversants, dont les pattes s'insèrent dans des trous métallisés. Ces composants sont soudés soit manuellement soit par soudure à la vague (en anglais Wave soldering).

Composants d'un ordinateur des années 1980 traversants assemblés sur carte électronique.

Composants montés en surface[modifier | modifier le code]

Composants montés en surface

La technique de montage en surface des composants les plus récents appelés CMS, en anglais surface mount technology (SMT), est apparue dans les années 1960 et est devenue en 2018 la technique la plus utilisée dans l'industrie.

Notes et références[modifier | modifier le code]