Que vous débutiez en électronique ou que vous souhaitiez perfectionner vos compétences, il est essentiel de comprendre les composants de base d'un circuit imprimé. Chaque composant joue un rôle unique et complémentaire dans la réalisation de vos projets, des résistances et condensateurs aux circuits intégrés et capteurs.
Cependant, avec des dizaines de composants régulièrement utilisés sur des cartes, même simples, s'y retrouver dans cette multitude de composants peut sembler complexe. Ce guide a pour objectif de détailler les composants essentiels d'un circuit imprimé. Nous expliquerons la fonction de chaque composant, son fonctionnement, les types courants que vous pouvez rencontrer et des exemples d'utilisation.
Quels sont les composants d’un circuit imprimé ?
Un circuit imprimé (PCB) contient plusieurs composants électroniques essentiels qui, ensemble, alimentent nos appareils. Voici quelques-uns des composants les plus importants et les plus courants des circuits imprimés (liste des composants des circuits imprimés).
Circuits intégrés (CI)
Les circuits intégrés (CI), également appelés puces ou micropuces, sont l'un des éléments fondamentaux de l'électronique moderne. Ils permettent de construire des circuits entiers dans un espace réduit grâce à des transistors et autres composants miniaturisés. Ils peuvent contenir des milliers de minuscules composants électroniques, tels que des transistors, des résistances et des condensateurs, gravés sur une petite puce de silicium.
Ce niveau de miniaturisation a permis la création des ordinateurs, téléphones et autres appareils puissants d'aujourd'hui. Les circuits intégrés se présentent sous différents boîtiers, du simple composant traversant aux puces complexes montées en surface. Quelle que soit leur taille ou leur forme, les circuits intégrés agissent comme le « cerveau » d'un circuit imprimé, exécutant des opérations et des fonctions complexes.
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Résistances
Les résistances sont l'un des composants les plus basiques et les plus couramment utilisés sur les circuits imprimés. Leur fonction essentielle est de limiter le flux de courant électrique dans un circuit. Elles sont essentielles pour contrôler le courant, diviser les tensions et fournir des impédances de terminaison dans les circuits électroniques. Elles sont disponibles dans une variété de valeurs de résistance et de niveaux de tolérance.
Sur les circuits imprimés, les résistances sont généralement de petits composants cylindriques ou rectangulaires dont la résistance est indiquée par des bandes de couleur. Leur rôle simple mais essentiel fait des résistances l'un des composants les plus courants sur la plupart des circuits imprimés.
Condensateurs
Les condensateurs sont le deuxième composant de circuit imprimé le plus utilisé après les résistances. Leur fonction est de stocker temporairement la charge électrique et de lisser la tension dans un circuit. Les condensateurs utilisent deux plaques conductrices séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. Différents types de matériaux diélectriques offrent différentes valeurs de capacité.
Les condensateurs existent sous de nombreuses formes et tailles, mais se distinguent principalement par leur capacité nominale. Les types courants présents sur les circuits imprimés comprennent les condensateurs à disque céramique, les condensateurs au tantale et les condensateurs électrolytiques. Les condensateurs jouent un rôle important dans la régulation des niveaux de tension, le découplage du bruit et le filtrage des signaux, fonctions essentielles au bon fonctionnement des circuits.
Inductances
Les inducteurs sont un autre composant important des circuits imprimés. Similaires aux condensateurs, ils stockent l'énergie, mais sous forme de champ magnétique plutôt que de charge électrique. Les inducteurs sont des bobines de fil enroulées autour d'un noyau, souvent en ferromagnétique ou en ferrite. Le passage du courant dans la bobine crée un champ magnétique proportionnel à l'intensité du courant et au nombre de spires.
Les inductances ont la propriété de résister aux variations de courant, ce qui les rend indispensables à des fonctions telles que le filtrage du bruit et le lissage des fluctuations dans les circuits à courant alternatif. Les inductances courantes sur les circuits imprimés comprennent des composants inductifs bobinés, multicouches et blindés, disponibles avec différentes valeurs d'inductance.
Connecteurs
Les connecteurs sont des composants d'interface essentiels qui permettent aux cartes de se connecter aux circuits externes et à d'autres appareils. Les connecteurs les plus courants en électronique comprennent les embases à broches, les bornes fil-à-carte, les câbles plats, les embases carte-à-carte et les connecteurs externes tels que les connecteurs USB, HDMI et les prises modulaires.
● Les embases à broches sont des connecteurs en ligne de base qui relient les cartes à des éléments tels que des platines d'expérimentation pendant le prototypage
● Les borniers terminent les fils des appareils externes
● Les câbles plats et les embases carte à carte interconnectent plusieurs cartes de circuits imprimés en interne ou dans des appareils plus grands
● Les connecteurs externes fournissent des interfaces standardisées par l'industrie pour les fonctions d'E/S courantes.
Les connecteurs doivent être suffisamment robustes pour assurer des connexions stables et fiables tout au long de leur cycle de vie. Leur brochage est conforme aux normes d'interface pour permettre leur intégration aux systèmes.
Transformateurs
Les transformateurs sont des composants de circuits imprimés utilisés pour transférer l'énergie électrique d'un circuit à un autre par induction électromagnétique. Ils sont constitués de deux ou plusieurs bobines de fil enroulées autour d'un noyau commun. La variation du nombre de spires modifie la tension transférée selon l'équation du transformateur.
Les utilisations courantes des transformateurs incluent les alimentations électriques où les transformateurs abaisseurs abaissent les tensions dangereuses pour une consommation sûre ou les transformateurs élévateurs augmentent la tension pour les applications de transmission.
Les appareils de communication utilisent également des transformateurs pour adapter les impédances sur les lignes de transmission.
Les isolateurs de signaux utilisent des transformateurs pour isoler électriquement les circuits sensibles des environnements sujets au bruit. Sur les circuits imprimés, les transformateurs se présentent sous forme de composants discrets traversants ou montés en surface, dédiés aux applications de conversion de tension alternative.
Oscillateurs à cristal
Les oscillateurs à quartz sont des éléments de synchronisation présents sur les circuits imprimés. Ils contiennent un matériau piézoélectrique, généralement un cristal de quartz, qui oscille physiquement à une fréquence précise lorsqu'un courant électrique est appliqué. Cette oscillation produit un signal électronique périodique qui sert de source d'horloge de référence.
Les horloges embarquées sont cruciales, car le bon fonctionnement des circuits modernes repose sur une synchronisation précise. Le cristal oscille de manière fiable pour assurer la synchronisation des microcontrôleurs et garantir le bon déroulement des processus. Leur stabilité et leur petite taille en font un outil idéal pour les applications exigeant de la précision, comme les ordinateurs et les téléphones. Les cristaux oscillent généralement entre 1 MHz et 100 MHz, correspondant aux plages de fréquences requises par différentes puces.
Transistors
Les transistors sont des composants électroniques fondamentaux qui agissent comme des commutateurs ou des amplificateurs. Le type le plus répandu est le transistor à jonction bipolaire (BJT), qui possède trois bornes : base, collecteur et émetteur.
Lorsqu'un faible courant est appliqué à la borne de base, un courant beaucoup plus important circule entre les bornes du collecteur et de l'émetteur. Cette commutation amplifie les signaux électriques et régule le courant, permettant ainsi des fonctions critiques.
Les transistors BJT sont présents dans des appareils allant des simples radios aux processeurs avancés. Les transistors constituent la base de l'électronique numérique et des ordinateurs, car ils peuvent être configurés pour effectuer des opérations logiques. Leur commutation fiable et leur faible consommation d'énergie expliquent pourquoi les transistors sont devenus la pierre angulaire de tous les appareils électroniques modernes.
Diodes
Les diodes sont des valves électroniques unidirectionnelles qui laissent passer le courant dans un seul sens. Le type le plus courant est la diode électroluminescente (DEL), qui émet de la lumière lorsqu'elle est traversée par un courant de polarisation directe, de l'anode à la cathode. Sur les circuits imprimés, les diodes protègent les composants en bloquant le courant dans le mauvais sens, évitant ainsi tout dommage. Les LED sont également largement utilisées comme voyants lumineux.
D'autres types de diodes permettent des fonctions telles que le redressement de courant. Par exemple, les redresseurs à diodes convertissent le courant alternatif des sources d'alimentation en courant continu utilisé dans les circuits. Leur conduction à direction spécifique permet aux diodes de contrôler le flux de signaux et de puissance et de jouer un rôle essentiel dans les fonctions de signalisation et de régulation de puissance, ce qui en fait des composants omniprésents dans tous les appareils électroniques modernes.
Redresseurs contrôlés au silicium (SCR)
Les SCR sont des dispositifs semi-conducteurs similaires aux diodes et aux transistors. Également appelés thyristors, ils sont constitués de quatre couches alternées de matériau semi-conducteur qui permettent au courant de circuler dans un seul sens lorsqu'un signal de déclenchement est appliqué à la borne de grille. Cela déclenche le SCR en mode conducteur.
Sur les circuits imprimés, les SCR sont des composants couramment utilisés comme interrupteurs à commande électrique dans des applications telles que les variateurs de lumière, où ils régulent le flux de courant. Leur propriété conductrice à déclenchement unique rend les SCR particulièrement adaptés à la commutation de courants élevés avec des signaux de commande de faible puissance.
Fusibles
Les fusibles sont des dispositifs de sécurité installés sur les circuits imprimés pour protéger les autres composants et le câblage des dommages causés par les surintensités. Ils contiennent un fil ou une bande métallique fine qui fond lorsqu'un courant trop fort les traverse. Cela interrompt le circuit et empêche les composants de griller.
Les fusibles sont disponibles en différents ampérages et formes physiques, comme des cylindres en verre ou des fusibles électroniques montés en surface. Leur présence est essentielle car elle limite les dommages causés par les courts-circuits ou les surtensions au fusible lui-même, évitant ainsi les pannes en cascade sur l'ensemble du circuit imprimé.
Potentiomètres
Les potentiomètres sont des résistances variables dont la valeur peut être modifiée par un dispositif mécanique externe, comme un cadran ou un curseur. Sur les circuits imprimés, les implémentations courantes sont des potentiomètres monotour réglables par un bouton ou des potentiomètres linéaires à curseur. Leur polyvalence permet de régler en temps réel les paramètres du circuit, comme le volume.
En production, les potentiomètres multitours permettent l'étalonnage des circuits. Leur utilisation est très répandue, car tout circuit nécessitant une valeur d'entrée réglable en continu peut exploiter la résistance variable d'un potentiomètre.
Relais
Les relais sont des interrupteurs électriques complétés par des bobines de fil qui créent des champs magnétiques. Sur les circuits imprimés, les relais sont des composants qui permettent à des signaux d'entrée de faible puissance de contrôler en toute sécurité des circuits supportant des courants ou des tensions plus élevés. Lorsqu'il est activé, le champ magnétique ferme un ensemble de contacts pour fermer un circuit séparé.
Les relais intègrent ainsi des composants mécaniques aux solutions électroniques. Ils sont couramment utilisés pour contrôler des charges importantes dépassant les capacités nominales des composants et isoler les sections haute et basse tension. Grâce à l'isolation électrique de la bobine et des contacts de commutation, les relais offrent une commutation plus robuste que les composants statiques.
Comment classer les composants d'un circuit imprimé
Compte tenu de la multitude de composants présents sur un circuit imprimé, il est important de comprendre leur classification afin d'identifier les composants et de comprendre leur fonction. En général, les composants des circuits imprimés sont classés en composants mécaniques et composants électriques. Chaque classification fonctionne différemment et est spécifique à des fonctions critiques dans la conception et la fabrication des circuits imprimés. Examinons chacune d'elles de plus près.
Composants Mécaniques
Les composants mécaniques jouent un rôle essentiel dans les circuits imprimés, fournissant la structure physique nécessaire à l'interconnexion fiable des composants électroniques. Ces éléments mécaniques sont tout aussi importants que les composants électriques eux-mêmes. Sans une conception mécanique robuste, il serait impossible d'assembler toutes les pièces nécessaires dans un boîtier compact et durable. Voici quelques exemples de composants mécaniques présents sur les circuits imprimés :
● Connecteurs
● Impasses
● Vis et écrous
● Blindage
● Traces
Les circuits imprimés nécessitent diverses pièces mécaniques pour maintenir les composants électriques en position exacte, les connecter à d'autres appareils, protéger les composants sensibles des dommages et assurer l'isolation. Ces mécanismes confèrent aux circuits imprimés la structure physique rigide nécessaire pour maintenir des alignements et des connexions précis.
Ils assurent une fixation solide de l'ensemble tout en séparant les éléments au besoin pour éviter les problèmes électriques. La conception mécanique garantit la résistance du système au transport et à la manutention, ainsi que son bon fonctionnement dans les environnements d'utilisation finale. Cela permet d'assurer la fonction de calcul de la carte. Une intégration mécanique complète est donc essentielle à la production de circuits imprimés de haute qualité.
Composant électrique
Les composants électriques des circuits imprimés gèrent le flux électrique à travers la carte. Ils permettent au courant de circuler entre les différentes zones du circuit. Les composants électriques des circuits imprimés diffèrent des composants mécaniques en ce sens qu'ils servent à la structure physique et aux connexions plutôt qu'aux fonctions électriques.
Les composants mécaniques fournissent un support et des points de connexion pour la fixation des composants électriques, mais ne régulent ni ne contrôlent le courant électrique circulant dans le circuit. Les composants électriques assurent le fonctionnement du circuit en contrôlant ou en dirigeant le flux de courant.
Il existe deux principaux types de composants : les composants passifs et les composants actifs. Examinons-les de plus près.
Composants électriques passifs sur circuits imprimés
Les composants électriques passifs sont essentiels à tout circuit électronique. Ils ne nécessitent pas de source d'alimentation pour fonctionner, contrairement aux composants actifs qui en ont besoin. Les composants passifs modifient le flux de courant électrique dans un circuit sans consommer d'énergie.
Les composants passifs fonctionnent simplement en imposant une résistance, une capacité ou une inductance à un circuit électrique. La résistance réduit ou limite le flux de courant, tandis que la capacité stocke la charge électrique entre des conducteurs séparés par un isolant. L'inductance est la capacité d'un conducteur à s'opposer à une variation du flux de courant électrique. Ces propriétés intrinsèques permettent aux composants passifs de contrôler la tension, le courant et la puissance d'un circuit.
En raison de leur fonctionnement simple sans source d'alimentation externe, les composants passifs sont classés différemment des composants actifs. Voici quelques types courants de composants passifs :
● Résistances
● Condensateurs
● Inducteurs
● Transformateurs
● Diodes
● Connecteurs
Ils jouent un rôle simple mais crucial dans la mise en forme des signaux électriques et la direction de l’énergie dans les circuits analogiques et numériques.
Composants PCB actifs
Les composants actifs sont essentiels à tout circuit imprimé électronique (PCB), car ils permettent de générer, contrôler, modifier et amplifier les signaux électriques. Contrairement aux composants passifs qui ne peuvent qu'atténuer, stocker ou libérer de l'énergie, les composants actifs nécessitent une alimentation externe pour fonctionner et sont capables de contrôler ou d'amplifier les signaux.
Les composants actifs constituent le « cerveau » d'un circuit imprimé, car ils peuvent traiter les entrées et utiliser des mécanismes internes pour générer les sorties. Ils contiennent des semi-conducteurs tels que des transistors et des circuits intégrés capables de contrôler le courant électrique et d'être contrôlés par des entrées de tension variables. Le flux actif de charges électriques au sein de leur matériau semi-conducteur permet des fonctions telles que la commutation, l'oscillation, l'amplification du signal et le traitement des données.
Voici quelques exemples de composants actifs courants trouvés sur les cartes PCB :
● Transistors
● Circuits/puces intégrés
● Microprocesseurs
● Optocoupleurs
● Diodes
● Amplificateurs opérationnels
● Thyristors
Les composants actifs jouent un rôle essentiel dans l'électronique en contrôlant les niveaux de signal, la synchronisation, la mise sous/hors tension, le traitement des données et l'exécution d'autres fonctions logiques importantes essentielles au fonctionnement du PCB.
Comment identifier les composants d'un circuit imprimé
Comme nous l'avons déjà vu, les circuits imprimés contiennent divers composants électriques qui remplissent différentes fonctions au sein des appareils et systèmes électroniques. Cependant, l'identification de chaque composant peut parfois s'avérer complexe pour ceux qui ne sont pas familiers avec la conception de circuits imprimés.
Voici quelques conseils utiles pour déterminer ce qu’est chaque partie et ce qu’elle fait.
Déterminer l'objectif du conseil
La première étape consiste à examiner l'ensemble de la carte afin de déterminer sa fonction globale. Recherchez les références, les noms de modèles ou les descriptions imprimées sur la carte elle-même qui peuvent fournir un contexte. S'agit-il d'une carte système principale, d'un module complémentaire ou d'un contrôleur dédié ?
Les cartes destinées aux ordinateurs, aux machines industrielles et aux équipements médicaux présentent souvent des configurations et des composants standardisés pour leurs fonctions. Comprendre l'objectif d'une carte permet de mieux cerner ses attentes.
Inspecter les composants passifs en détail
Les composants passifs comme les résistances, les condensateurs et les inductances constituent un bon point de départ pour l'identification, grâce à leur conception cohérente. Les résistances peuvent être dotées de bandes de couleur indiquant leur valeur. Observez attentivement, car certaines sont imprimées uniquement en chiffres.
Les condensateurs sont marqués de la lettre C suivie de leur capacité nominale en farads ou d'un système codé de chiffres et de lettres. Les inductances ressemblent à de petites bobines étiquetées L. Prenez le temps d'examiner les caractéristiques physiques, les étiquettes et l'emplacement relatif des composants passifs pour trouver des indices.
Évaluer soigneusement les circuits intégrés
Les circuits intégrés (CI) sont des dispositifs actifs complexes qui condensent plusieurs transistors et autres composants sur une seule puce de silicium. Leurs références ou marquages de fabricant sont souvent imprimés directement sur leur surface, ce qui permet de les consulter.
Selon l'âge, un circuit intégré peut simplement porter une étiquette fonctionnelle, comme 7400, au lieu d'un numéro détaillé. Les différentes formes et configurations de broches des circuits intégrés fournissent également des indices. Examinez attentivement les circuits intégrés, car une identification correcte révèle des rôles critiques.
Identifier d'autres composants de circuits imprimés discrets
Les transformateurs, relais, connecteurs et diodes sont généralement désignés par des initiales standardisées telles que T, K, J ou D. Les transformateurs ressemblent à de petites bobines à enroulements multiples. En revanche, les relais ressemblent à un interrupteur électrique.
Les diodes peuvent présenter des bandes sur des boîtiers cylindriques indiquant la polarité. Les piles sont généralement estampillées BT. Les composants discrets ne contiennent pas autant de détails internes que les circuits intégrés, mais la compréhension des symboles courants facilite leur reconnaissance.
Consulter les désignateurs de référence en ligne
Certains circuits imprimés comportent des désignations alphanumériques directement sur les pistes, à proximité de chaque composant, pour référence. Bien que les formats varient, ces abréviations, associées à leur emplacement, indiquent l'identité et la fonction d'un composant au sein du circuit. Tirez parti de références clairement indiquées pour déchiffrer les fonctions obscures de composants.
Les abréviations répertoriées dans le tableau ci-dessous sont quelques-uns des désignateurs les plus couramment utilisés et leurs abréviations standard pour différents composants électroniques des cartes de circuits imprimés.
|
Désignateur
|
Composants
|
|
ATT
|
atténuateur
|
|
BR
|
Redresseur en pont
|
|
BT
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Batterie
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|
C
|
Condensateur
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CB
|
Circuit Breaker
|
|
CN
|
Réseau de condensateurs
|
|
DC
|
Un coupleur directionnel
|
|
D
|
Diode
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|
F
|
Fusible
|
|
G
|
Oscillateur
|
|
IC
|
Circuit intégré
|
|
J
|
Cavalier ou Jack
|
|
K
|
Relais ou contacteur
|
|
L
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Inducteur
|
|
DEL
|
Diode électro-luminescente
|
|
LS
|
Haut-parleur
|
|
MOV
|
Varistance à oxyde métallique
|
|
P
|
Brancher
|
|
POT
|
Potentiomètre
|
|
PS
|
Alimentation
|
|
Q
|
Transistor
|
|
R
|
Resistor
|
|
S ou SO
|
Basculer
|
|
TB
|
Bornier
|
|
TC
|
thermocouple
|
|
TP
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Point d'essai
|
|
TR
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Transducteur
|
|
T
|
transformateur
|
|
U
|
Circuit intégré
|
|
VR
|
Resistance variable
|
|
X
|
Transducteur
|
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XTAL
|
Cristal
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|
Z
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Diode Zener
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|
ZD
|
Diode Zener
|
Recherchez minutieusement les composants inconnus
Si un composant de circuit imprimé reste non identifié après un examen approfondi des propriétés physiques, des étiquettes et des désignateurs de référence, tournez-vous vers d'autres ressources telles que des manuels, des schémas ou des bases de données de composants en ligne avec des numéros de pièces consultables avant de faire des hypothèses.
Une inspection méthodique, recoupée avec la documentation, optimise la reconnaissance des éléments de circuits imprimés, même les plus anciens. Des schémas de qualité professionnelle peuvent également être requis dans les cas complexes.
Comment les composants d'un circuit imprimé sont-ils connectés dans un PCB ?
Les composants sont connectés sur un circuit imprimé par un réseau de pistes. Ces pistes sont de fines bandes de cuivre laminées entre des couches d'un substrat non conducteur, comme la fibre de verre.
Les composants tels que les circuits intégrés, les résistances et les condensateurs ont des pastilles métalliques miniatures sur leur corps où les fils peuvent être soudés, ou les composants peuvent être insérés directement dans des trous du PCB appelés vias.
Les pistes transportent les signaux et le courant à travers le circuit imprimé, reliant les broches ou les pastilles d'un composant à un autre pour transférer les données et l'énergie dans le circuit. Les composants peuvent être montés en surface directement sur les pistes du circuit imprimé ou insérés verticalement dans des vias métallisés traversants qui relient électriquement les couches supérieure et inférieure de la carte. Des masques de soudure sont appliqués sur la carte pour protéger les pistes et assurer l'isolation entre les connexions.
Des trous métallisés traversant la carte permettent aux pistes des couches internes du circuit imprimé de se connecter aux couches extérieures supérieure et inférieure, augmentant ainsi considérablement le nombre de circuits et d'interconnexions possibles. Ensemble, les pistes et les trous métallisés forment une matrice de câblage dense qui propage les signaux et contrôle le flux de courant entre les puces de silicium et les autres composants d'un appareil électronique.
Conclusion
À la base, les circuits imprimés sont d'une simplicité trompeuse : ce ne sont que des connexions entre des composants électroniques. Cependant, comme nous l'avons vu, un circuit imprimé peut contenir d'innombrables composants, chacun jouant un rôle unique et essentiel.
Maîtriser les bases des composants des circuits imprimés, tels que les résistances, les condensateurs, les transistors et les circuits intégrés, est une première étape essentielle pour toute personne intéressée par l'électronique ou la conception de circuits imprimés. Grâce à un apprentissage continu et à la pratique, vous comprendrez l'interaction des composants des circuits imprimés et les possibilités qu'ils offrent lorsqu'ils sont combinés dans différentes configurations sur un circuit imprimé.
