Circuit électronique

circuit d'alimentation d'un ordinateur

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

• d’un capteur de puissance électrique (la prise électrique, ou un panneau solaire), qui sert à transformer une énergie en courant électrique ;
• d’un étage de transformation, qui sert à rapprocher la tension électrique de la tension nécessaire aux autres composants. Il est souvent réalisé par un transformateur (à une ou plusieurs sorties), un redresseur et un filtre pour obtenir
• un étage de lissage, qui assure la suppression des ondulations de la tension (suppression des parasites ou des pics dans le cas d’une tension continue). Ce lissage est souvent effectué par des condensateurs et des bobines ;
• un étage de contrôle de la tension, qui garantit une tension d’alimentation toujours identique quelle que soit la puissance consommée par le circuit, grâce par exemple à un circuit avec une diode Zener.

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)

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

• posséder des composants électroniques adaptés à la tension de fonctionnement et à la puissance à gérer (isolation électrique, échauffement, etc.) ;
• posséder un étage de protection (détection de surchauffe, de courts-circuits, etc.) ;
• répondre aux normes encadrant l’utilisation de l’appareil.

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.

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 :

• les portes logiques
• les opérateurs logiques (assemblage de portes logiques)
  • module additionneur
  • module soustracteur
  • module compteur
• les mémoires : vives ou mortes
• les processeurs

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

• le convertisseur analogique-numérique qui permet acquérir la valeur d'une tension par exemple ;
• le convertisseur numérique-analogique qui permet de générer un son par exemple.

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

• les émetteurs-récepteurs :
  • radio (portails électriques, fermeture centralisée d’une voiture, etc.)
  • infrarouge (télécommande de téléviseur)
• les circuits de transmissions de données, par exemple les bus informatiques, les lignes RS-232, USB, SATA, etc. ;
• le multiplexage qui permet de mélanger plusieurs signaux dans le but de les transmettre par le même support, au moyen des opérations de multiplexage et démultiplexage ;
• le modem permettant de transmettre des informations sur une ligne téléphonique aujourd'hui souvent sous forme d'ADSL ;
• le timer : circuit intégré permettant de synchroniser différentes opérations entre plusieurs composants numériques en générant un signal d'horloge.

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 principales commandes convertissant un 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 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)

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).

• Composant traversants
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  Résistances traversantes
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  Composants d'un ordinateur des années 1980.

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.