Circuit électronique

Un circuit électronique est un ensemble de composants électroniques interconnectés fréquemment avec un circuit imprimé et dont l'objectif de remplir une fonction. C'est pour cela qu'un circuit électronique est fréquemment reconnu comme une boîte noire comportant :

• Une entrée pour l'alimentation,
• Une ou plusieurs entrées,
• Une ou plusieurs sorties.

Fréquemment, un circuit électronique est connecté à des systèmes électromécaniques pour matérialiser le traitement électronique (voir : Les actionneurs). Les composants d'un circuit électronique sont principalement assemblés sur un support isolant (bakélite) comportant des pistes conductrices et des connecteurs, le circuit imprimé, et ou alors regroupés dans de petites ou grosse puces : les circuits intégrés.

Conception

Un circuit électronique paraît toujours compliqué. Pourtant, il est juste constitué de quelques modules indépendants, qui sont des circuits électroniques, eux-mêmes constitués de modules (quelquefois nommés «étages»). Au final, on arrive à des modules élémentaires qui sont les briques du circuit. Ces modules élémentaires sont constitués de «modules» légèrement spéciaux : les composants électroniques. Voici une liste des principaux modules rencontrés en électronique :

• l'alimentation
• les filtres
• la puissance
• l'augmentcation
• l'informatique

L'alimentation

Une alimentation a pour but de générer du courant indispensable au fonctionnement du circuit. Elle est par conséquent constituée :

• d'un capteur (la prise électrique, ou un panneau solaire), qui permet de transformer de l'énergie brute en courant électrique
• d'un étage de transformation, qui permet de rapprocher la tension électrique au niveau du besoin (ex : 220 V→12 V). L'étage de transformation est fréquemment réalisé par un transformateur.
• d'un étage de lissage, qui assure la stabilité de la tension (pas de parasites ou de pics, dans le cas d'une tension continue). Ce lissage est fréquemment effectué par des condensateurs
• d'un étage de contrôle de la tension, qui assure d'avoir une tension d'alimentation toujours semblable quelle que soit la puissance consommée par le circuit.

Les filtres

Un filtre analogique permet de modifier la structure harmonique d'un signal analogique. On peut distinguer :

• Filtre coupe-bande (ou réjecteur)
• Filtre passe-bande
• Filtre passe-haut (ou coupe-bas)
• Filtre passe-bas (ou coupe-haut)

La puissance

Le module de puissance fonctionne comme un module normal avec quelques contraintes :

• Posséder des composants électroniques adaptés au besoin (isolation électrique, échauffement)
• Posséder un étage de protection (détection de surchauffe, de courts-circuits, etc. )
• Répondre aux normes encadrant l'utilisation de l'appareil.

L'augmentcation

L'augmentcation est réalisée au moyen d'un composant de base : le transistor. Le domaine de l'augmentcation 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 (transistors, condensateurs, diodes) qui fait en sorte que l'augmentcation soit vue comme une boîte noire (principe du circuit électronique).

L'informatique

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

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

Quand on conçoit un circuit électronique pour l'informatique, on raisonne en particulier avec ces deux chiffres (0 et 1), c'est par conséquent un signal numérique qui est traité.

Les principaux modules sont :

• les portes logiques
• les opérateurs logiques (assemblage de portes logiques)
  • module additionneur
  • module soustracteur
  • module compteur
• la mémoire
• les processeurs

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

• le CAN : convertisseur analogique-numérique
• le CNA : convertisseur numérique-analogique

Autres

Il existe énormément d'autres modules en électronique, voici quelques exemples :

• les émetteurs-récepteurs
  • radio (portails électriques, fermeture centralisée d'une voiture, etc. )
  • infrarouge (télécommande de téléviseur)
• le multiplexage (réalisé par le multiplexage-démultiplexage)
  • série (RS-232)
  • USB
• le modulateur-démodulateur (modem)
• le timer (circuit intégré produisant un signal carré entièrement paramétrable)

Les composants électroniques

• Analogiques
  • résistance (limitation du passage du courant)
  • diode (passage du courant dans un seul sens)
  • condensateur (accumulation de courant)
  • transistor et son précurseur, le tube (augmentcation/commutation)
  • bobine (self ou inductance) (filtrage de parasites, résistance à variation du courant)
  • le transformateur (augmentcation/abaissement de la tension)
  • l'amplificateur opérationnel (composant actif servant à réaliser les principales opérations mathématiques : addition, soustraction, multiplication, division, intégration, dérivation)
  • le triac/thyristor

• Numériques
  • Compteur-décompteur
  • Circuits opérationnels (additionneur, soustracteur)
  • Circuits logiques
  • multiplexeur-démultiplexeur
  • mémoire

Les interfaces

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

Voici une liste des principales commandes convertissant un signal quelconque en signal électrique analogique (entre parenthèses le signal source)

• l'interrupteur (signal binaire suite à 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 suite à 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

Voici la liste des principaux convertisseurs permettant d'avoir une action physique à partir d'un signal électrique (entre parenthèses le type de signal généré)  :

• 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 incandescente (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)

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