Comprendre et identifier les composants communs des circuits imprimés

Comprendre les différents types de composants que l'on trouve sur les circuits imprimés et savoir les identifier est essentiel pour toute personne travaillant dans le domaine de l'électronique, qu'il s'agisse d'un amateur, d'un étudiant ou d'un professionnel.

Dans ce guide complet, nous allons explorer le monde des composants de circuits imprimés, les différents types de composants que vous êtes susceptible de rencontrer, leurs fonctions et la manière de les identifier. À la fin de cet article, vous aurez acquis de solides connaissances sur les composants de circuits imprimés et serez bien équipé pour vous attaquer à votre prochain projet électronique en toute confiance.

Vue d'ensemble des composants communs des cartes de circuits imprimés

Les composants des circuits imprimés peuvent être classés en deux grandes catégories : les composants passifs et les composants actifs. Les composants passifs, tels que les résistances, les condensateurs et les inductances, n'ont pas besoin d'une source d'énergie externe pour fonctionner et n'amplifient ni ne commutent les signaux. Les composants actifs, en revanche, comme les transistors, les diodes et les circuits intégrés (CI), nécessitent une source d'énergie et peuvent amplifier ou commuter des signaux électroniques.

Composants passifs et actifs

La différence fondamentale entre les composants passifs et actifs réside dans leur capacité à contrôler et à manipuler l'énergie électrique. Les composants passifs, bien qu'essentiels au fonctionnement d'un circuit, n'ont pas la capacité d'amplifier ou de commuter des signaux. Ils sont dits "passifs" parce qu'ils ne fournissent pas de gain ou de contrôle au circuit. Au lieu de cela, ils remplissent des fonctions telles que la limitation du flux de courant, le stockage de la charge électrique ou le filtrage des signaux.

Les composants actifs, en revanche, peuvent amplifier ou commuter des signaux électroniques, ce qui leur donne la capacité de contrôler et de manipuler le flux d'électricité dans un circuit. Ils nécessitent une source d'énergie externe pour fonctionner et sont capables d'introduire un gain ou de contrôler la direction du flux de courant. Cette distinction est cruciale pour comprendre les rôles que jouent les différents composants dans un circuit.

Catégories de composants communs

Bien qu'il existe de nombreux types de composants sur les cartes de circuits imprimés, les catégories les plus courantes sont les suivantes :

• Résistances : Utilisées pour contrôler le flux de courant et créer des chutes de tension dans un circuit.
• Les condensateurs : Ils stockent l'énergie électrique et peuvent filtrer ou atténuer les signaux.
• Inducteurs : Stockent l'énergie dans un champ magnétique et peuvent filtrer ou régler les circuits.
• Diodes : Permettent au courant de circuler dans un seul sens et peuvent être utilisées pour la rectification ou la protection.
• Transistors : Utilisés pour l'amplification et la commutation de signaux électroniques.
• Circuits intégrés (CI) : Circuits miniaturisés qui exécutent des fonctions complexes, telles que le traitement, la mémoire ou le conditionnement de signaux.
• Interrupteurs : Ils contrôlent le flux de courant en ouvrant ou en fermant les connexions d'un circuit.
• Connecteurs : Ils permettent de connecter différents composants ou circuits.

Chacune de ces catégories de composants joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des appareils électroniques, et nous les étudierons plus en détail dans les sections suivantes.

Composants passifs

Les composants passifs sont à la base de tout circuit électronique, assurant des fonctions essentielles telles que la limitation du courant, le stockage de l'énergie et le filtrage des signaux. Dans cette section, nous examinerons de plus près trois des composants passifs les plus courants : les résistances, les condensateurs et les inductances.

Résistances

Les résistances sont des composants qui s'opposent à la circulation du courant électrique, provoquant une chute de tension à leurs bornes. La relation entre la tension, le courant et la résistance est régie par la loi d'Ohm, qui stipule que le courant qui traverse une résistance est directement proportionnel à la tension qui la traverse et inversement proportionnel à sa résistance.

Il existe différents types de résistances, notamment des résistances fixes avec une valeur de résistance définie et des résistances variables (potentiomètres) qui permettent d'ajuster la résistance. Elles sont disponibles dans différents boîtiers, tels que le trou traversant et le montage en surface, afin de s'adapter aux différentes conceptions de circuits imprimés.

Pour identifier la valeur de résistance d'une résistance, vous pouvez vous référer au code couleur imprimé sur son corps. Le code couleur se compose de bandes qui représentent la valeur de la résistance et la tolérance. En comprenant le système de code couleur, vous pouvez rapidement déterminer les spécifications d'une résistance.

Les applications courantes des résistances sont les suivantes

• Division de la tension
• Limitation du courant
• Résistances pull-up et pull-down
• Équilibrage de la charge
• Atténuation du signal

Condensateurs

Les condensateurs sont des composants qui stockent l'énergie électrique dans un champ électrique. Ils sont constitués de deux plaques conductrices séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. Lorsqu'une tension est appliquée entre les plaques, un champ électrique se forme, ce qui permet au condensateur de stocker de la charge.

La capacité d'un condensateur, mesurée en farads (F), détermine sa capacité à stocker la charge. Les types de condensateurs les plus courants sont les condensateurs céramiques, électrolytiques et au tantale, chacun ayant ses propres caractéristiques et applications.

Les condensateurs sont souvent marqués de leur valeur de capacité et de leur tension nominale. Dans certains cas, la capacité peut être représentée par un code, tel que le code à trois chiffres pour les condensateurs céramiques, où les deux premiers chiffres représentent les chiffres significatifs et le troisième chiffre représente le multiplicateur.

Les condensateurs sont utilisés dans une variété d'applications, y compris :

• Filtrage et lissage des tensions d'alimentation
• Couplage et découplage de signaux AC
• Circuits de synchronisation
• Stockage de l'énergie dans les blocs d'alimentation

Inducteurs

Les inducteurs sont des composants qui stockent l'énergie dans un champ magnétique lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique. Ils sont constitués d'une bobine de fil, souvent enroulée autour d'un noyau magnétique, tel que la ferrite ou le fer.

L'inductance d'un inducteur, mesurée en henries (H), détermine sa capacité à stocker de l'énergie dans un champ magnétique. Il existe différents types d'inducteurs, tels que les inducteurs à air, les inducteurs à ferrite et les inducteurs à fer, chacun ayant ses propres propriétés et applications.

Les inducteurs sont généralement marqués de leur valeur d'inductance et de leur courant nominal. Dans certains cas, l'inductance peut être représentée par un code similaire à celui utilisé pour les condensateurs.

Les applications courantes des inductances sont les suivantes

• Filtrage des signaux à haute fréquence
• Stockage d'énergie dans les alimentations à découpage
• Adaptation d'impédance dans les circuits de radiofréquence (RF)
• Suppression du bruit dans les systèmes électroniques

Composants actifs

Les composants actifs sont la force motrice derrière la fonctionnalité des circuits électroniques, fournissant des capacités d'amplification, de commutation et de traitement des signaux. Dans cette section, nous étudierons trois composants actifs clés : les transistors, les diodes et les circuits intégrés (CI).

Transistors

Les transistors sont des dispositifs semi-conducteurs capables d'amplifier ou de commuter des signaux électroniques. Ils constituent les éléments de base de l'électronique moderne et sont présents dans pratiquement tous les appareils électroniques.

Les deux principaux types de transistors sont les transistors à jonction bipolaire (BJT) et les transistors à effet de champ (FET). Les BJT sont des dispositifs contrôlés par le courant qui se composent de trois régions : l'émetteur, la base et le collecteur. En appliquant un faible courant à la base, un courant plus important peut circuler entre l'émetteur et le collecteur, ce qui permet une amplification. Les FET, quant à eux, sont des dispositifs contrôlés par la tension qui utilisent un champ électrique pour contrôler le flux de courant à travers un canal.

Les transistors sont disponibles dans différents boîtiers, tels que le trou traversant et le montage en surface, et sont souvent marqués de leur numéro de pièce ou d'un code qui identifie leur type et leurs spécifications. Pour déterminer le brochage d'un transistor, vous pouvez vous référer à sa fiche technique ou utiliser un testeur de transistor.

Les applications courantes des transistors sont les suivantes :

• Amplification des signaux audio et de radiofréquence
• Commutation dans les circuits numériques
• Régulation de la tension dans les alimentations
• Contrôle du courant dans les pilotes de moteur

Diodes

Les diodes sont des dispositifs semi-conducteurs qui permettent au courant de circuler dans un seul sens, de l'anode à la cathode. Elles agissent comme des valves unidirectionnelles pour le courant électrique et sont utilisées pour la rectification, la protection et le conditionnement des signaux.

Les types de diodes les plus courants sont les suivants :

• Diodes de redressement : Utilisées pour convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC).
• Les diodes Zener : Fournissent une tension de référence stable et sont utilisées pour la régulation de la tension.
• Diodes électroluminescentes (DEL) : Elles émettent de la lumière lorsqu'elles sont traversées par un courant et sont utilisées pour l'indication et l'éclairage.

Les diodes sont généralement marquées d'une bande ou d'un symbole indiquant l'extrémité de la cathode. La polarité d'une diode est cruciale pour le bon fonctionnement du circuit, car l'installation d'une diode à l'envers peut entraîner des dysfonctionnements ou des dommages.

Les applications des diodes sont les suivantes :

• Rectification dans les alimentations électriques
• Protection contre les surtensions
• Isolation des signaux
• Écrêtage et clampage des formes d'onde

Circuits intégrés (CI)

Les circuits intégrés (CI) sont des circuits électroniques miniaturisés constitués de plusieurs composants, tels que des transistors, des diodes et des résistances, fabriqués sur un seul substrat semi-conducteur. Les circuits intégrés constituent l'épine dorsale de l'électronique moderne, car ils permettent d'exécuter des fonctions complexes dans un boîtier petit et efficace.

Il existe une grande variété de types de circuits intégrés, chacun étant conçu pour des applications spécifiques. Parmi les types de circuits intégrés les plus courants, on peut citer

• Microcontrôleurs : Dispositifs programmables contenant un processeur, une mémoire et des périphériques d'entrée/sortie.
• Amplificateurs opérationnels (op-amps) : Amplificateurs à gain élevé utilisés pour le conditionnement des signaux et les opérations mathématiques.
• Portes logiques : réalisent des fonctions logiques booléennes et sont les éléments constitutifs des circuits numériques.

Les circuits intégrés sont conditionnés dans différents formats, tels que les boîtiers DIP (dual in-line package) à trous traversants et les boîtiers montés en surface tels que SOIC (small-outline integrated circuit) et QFP (quad flat package). Ils sont marqués de leur numéro de référence, qui peut être utilisé pour identifier leur fonction et leurs spécifications en se référant à la fiche technique du fabricant.

Les applications des circuits intégrés couvrent pratiquement tous les aspects de l'électronique moderne :

• Traitement et conditionnement des signaux
• Stockage de données et calcul
• Gestion et régulation de l'énergie
• Communication et mise en réseau

Autres composants communs

Outre les composants passifs et actifs, il existe plusieurs autres types de composants que l'on trouve couramment sur les cartes de circuits imprimés. Ces composants ont diverses fonctions, telles que la commutation, l'isolation et la génération de fréquences. Dans cette section, nous étudierons les commutateurs, les relais, les connecteurs et les oscillateurs à cristaux.

Interrupteurs

Les interrupteurs sont des composants électromécaniques qui permettent de contrôler manuellement le flux de courant dans un circuit. Ils sont utilisés pour allumer et éteindre des appareils, sélectionner différents réglages ou déclencher des fonctions spécifiques.

Les types de commutateurs les plus courants sont les suivants

• Interrupteurs à bascule : Ils sont dotés d'un levier qui peut être déplacé entre deux ou plusieurs positions pour ouvrir ou fermer un circuit.
• Interrupteurs à bouton-poussoir : L'utilisateur doit appuyer sur un bouton pour activer ou désactiver un circuit.
• Commutateurs DIP (dual in-line package) : Constitués de plusieurs interrupteurs dans un seul boîtier, ils sont souvent utilisés pour définir des options de configuration.

Les interrupteurs sont disponibles dans différents facteurs de forme et sont souvent marqués avec leur disposition de contact (par exemple, SPST, SPDT, DPDT) et leurs caractéristiques électriques. Pour identifier les connexions d'un interrupteur, vous pouvez vous référer à sa fiche technique ou utiliser un testeur de continuité pour déterminer quelles bornes sont connectées dans chaque position.

Les applications des commutateurs sont les suivantes :

• Contrôle de la puissance dans les dispositifs électroniques
• Sélection de mode dans les appareils multifonctions
• L'apport de l'utilisateur dans les interfaces homme-machine

Relais

Les relais sont des interrupteurs électriques qui utilisent un électro-aimant pour contrôler mécaniquement l'ouverture et la fermeture des contacts. Ils permettent à un signal de faible puissance de contrôler un circuit de forte puissance, assurant ainsi l'isolation et la protection.

Il existe deux types principaux de relais :

• Relais électromécaniques (EMR) : utilisent une armature physique et des contacts pour commuter le circuit
• Relais à semi-conducteurs (SSR) : utilisent des dispositifs semi-conducteurs pour effectuer la fonction de commutation sans pièces mobiles

Les relais sont généralement marqués de la tension de leur bobine, de la disposition des contacts et des caractéristiques électriques. Le brochage d'un relais peut être déterminé en consultant sa fiche technique ou en inspectant visuellement la base du relais.

Les applications des relais sont les suivantes :

• Commutation de charges à courant élevé, telles que les moteurs et les appareils de chauffage
• Isolation des circuits de commande à basse tension des circuits de puissance à haute tension
• Mise en œuvre des verrouillages de sécurité et des fonctions d'arrêt d'urgence

Connecteurs

Les connecteurs sont des composants qui permettent la connexion électrique et mécanique entre différentes parties d'un circuit ou entre un circuit et des dispositifs externes. Ils fournissent un moyen de transférer l'énergie et les signaux tout en permettant un montage et un démontage faciles.

Les types de connecteurs les plus courants sont les suivants

• Têtes à broches : Il s'agit d'une rangée de broches qui s'accouplent avec une prise correspondante.
• Blocs terminaux : Ils constituent un moyen pratique de connecter des fils à une carte de circuit imprimé.
• Connecteurs USB (Universal Serial Bus) : Permettent de connecter des périphériques à un ordinateur ou à un autre appareil hôte.

Les connecteurs sont disponibles en différentes tailles, formes et nombres de broches pour s'adapter à différentes applications. Ils sont souvent marqués de leur type, du nombre de positions et du pas (espacement entre les broches). Pour identifier le brochage d'un connecteur, vous pouvez vous référer à sa fiche technique ou utiliser un testeur de continuité pour cartographier les connexions.

Les applications des connecteurs sont les suivantes

• Fournir des interfaces d'alimentation et de signal entre les cartes de circuits imprimés
• Connexion de capteurs, d'actionneurs et d'autres dispositifs externes à un système
• Conception modulaire et remplacement aisé des composants

Oscillateurs à cristaux

Les oscillateurs à quartz sont des composants électroniques qui génèrent un signal de référence de fréquence précis en utilisant l'effet piézoélectrique d'un cristal de quartz. Ils fournissent une source d'horloge stable pour les applications critiques en termes de temps.

Les oscillateurs à cristal fonctionnent en appliquant un champ électrique à un cristal de quartz, le faisant vibrer à sa fréquence de résonance. Cette vibration mécanique est convertie en un signal électrique, qui est ensuite amplifié et utilisé comme référence d'horloge.

Les oscillateurs à quartz sont disponibles dans différents types de boîtiers, tels que les boîtiers à trous traversants et les boîtiers à montage en surface, et sont souvent marqués avec leur fréquence et leur capacité de charge. Le brochage d'un oscillateur à quartz peut être déterminé en consultant sa fiche technique.

Les applications des oscillateurs à cristaux sont les suivantes :

• Fournir une source d'horloge stable pour les microcontrôleurs et les circuits numériques
• Générer des signaux temporels précis pour les protocoles de communication
• Synchronisation de plusieurs appareils dans un système

Techniques d'identification des composants

L'identification des composants d'un circuit imprimé est une compétence essentielle pour toute personne travaillant dans le domaine de l'électronique. Qu'il s'agisse de dépanner un appareil qui fonctionne mal, de réparer une carte endommagée ou de faire de la rétro-ingénierie sur un circuit, il est essentiel de pouvoir reconnaître et comprendre les différents composants.

Inspection visuelle

L'inspection visuelle est souvent la première étape de l'identification des composants d'un circuit imprimé. En examinant attentivement la carte et ses composants, vous pouvez obtenir des informations précieuses sur leur type, leur valeur et leur fonction.

Lors de l'inspection visuelle, il convient de rechercher les principales caractéristiques suivantes :

• Taille et forme : Les composants se présentent sous différentes tailles et formes, ce qui peut aider à déterminer leur type. Par exemple, les résistances sont généralement de petits composants cylindriques, tandis que les condensateurs peuvent être plus grands et avoir une forme ronde ou rectangulaire.
• Marques et codes : De nombreux composants portent des marques ou des codes imprimés sur leur corps qui indiquent leur valeur, leur tolérance ou leur numéro de pièce. Les résistances utilisent souvent un système de code couleur, tandis que les condensateurs peuvent avoir leur capacité et leur tension nominale imprimées directement sur eux. Les circuits intégrés (CI) ont généralement leur numéro de pièce marqué sur le boîtier.
• Orientation et emplacement : L'orientation et l'emplacement des composants sur la carte peuvent donner des indications sur leur fonction. Par exemple, les composants de l'alimentation électrique sont souvent situés près de l'entrée d'alimentation, tandis que les condensateurs de découplage sont généralement placés près des circuits intégrés.

Pour faciliter l'inspection visuelle, vous pouvez utiliser des outils d'agrandissement, tels qu'une loupe ou un microscope, afin de mieux voir les petits composants et leurs marques. Un bon éclairage est également essentiel pour identifier avec précision les composants.

Pour interpréter les marquages et les codes des composants, il est utile d'avoir à portée de main des documents de référence, tels que les fiches techniques des composants, les tableaux de codes et les guides d'identification. Ces ressources peuvent vous aider à déchiffrer la signification des différents marquages et codes.

Compréhension et lecture des schémas de circuits imprimés

Les schémas de circuits imprimés sont des représentations graphiques des connexions électriques et des composants d'un circuit. Ils fournissent une feuille de route pour comprendre le fonctionnement du circuit et peuvent être d'une aide précieuse pour identifier les composants et leurs fonctions.

Pour utiliser efficacement les schémas afin d'identifier les composants, il est important de comprendre les symboles courants utilisés pour représenter les différents composants. Par exemple, les résistances sont généralement représentées par une ligne en zigzag, tandis que les condensateurs sont représentés par deux lignes parallèles. Les transistors et les diodes ont leurs propres symboles, tout comme d'autres composants tels que les interrupteurs, les connecteurs et les circuits intégrés.

Outre les symboles, les schémas indiquent également les valeurs et les spécifications des composants. Les valeurs des résistances sont souvent exprimées en ohms (Ω), tandis que les valeurs des condensateurs sont généralement exprimées en farads (F) ou en microfarads (μF). Les circuits intégrés et autres composants complexes peuvent avoir leur numéro de pièce ou un désignateur de référence indiqué sur le schéma.

Il est important de comprendre la relation entre le schéma et la disposition physique du circuit imprimé. Le schéma indique les connexions électriques entre les composants, tandis que la disposition du circuit imprimé indique leur emplacement physique sur la carte. Les références croisées entre le schéma et la disposition du circuit imprimé permettent de localiser et d'identifier plus facilement des composants spécifiques.

Essais et mesures

Dans certains cas, l'inspection visuelle et l'analyse schématique ne suffisent pas à identifier de manière concluante un composant ou à déterminer sa fonctionnalité. C'est là que les essais et les mesures entrent en jeu.

Plusieurs outils sont couramment utilisés pour tester et mesurer les composants :

• Multimètres : Ils permettent de mesurer la tension, le courant et la résistance. Ils peuvent être utilisés pour tester la continuité des connexions, mesurer la résistance des résistances et vérifier la présence de courts-circuits ou de connexions ouvertes.
• Oscilloscopes : Utilisés pour visualiser et mesurer les signaux électriques dans le temps. Ils peuvent être utilisés pour analyser le comportement de composants actifs tels que les transistors et les circuits intégrés, et pour diagnostiquer des problèmes tels que la distorsion ou le bruit du signal.
• Testeurs de composants : Appareils spécialisés capables d'identifier et de mesurer automatiquement la valeur de composants tels que les résistances, les condensateurs et les inductances.

Lorsque l'on teste des composants, il est important de suivre les procédures appropriées et de prendre les mesures de sécurité qui s'imposent. Assurez-vous toujours que le circuit est hors tension et que toute énergie stockée est déchargée avant de manipuler les composants. Lorsque vous utilisez un multimètre, veillez à sélectionner la plage de mesure appropriée et à connecter correctement les fils afin d'éviter d'endommager le multimètre ou le composant testé.

Voici quelques procédures de test de base pour des types de composants courants :

• Résistances : Pour tester une résistance, réglez votre multimètre sur le mode de mesure de la résistance et connectez les fils aux bornes de la résistance. Le multimètre doit afficher la valeur de la résistance en ohms.
• Condensateurs : Pour tester un condensateur, vous aurez besoin d'un capacimètre ou d'un multimètre doté d'une fonction de mesure de la capacité. Déconnectez le condensateur du circuit et connectez les fils du multimètre à ses bornes. L'appareil affichera la valeur de la capacité.
• Diodes : Pour tester une diode, réglez votre multimètre sur le mode de test des diodes. Connectez le fil rouge à l'anode et le fil noir à la cathode. Le multimètre doit afficher une chute de tension directe d'environ 0,6 V pour une diode au silicium. Inversez les fils ; le multimètre doit afficher un circuit ouvert ou une résistance très élevée.
• Transistors : Le test des transistors nécessite un testeur de transistors ou un multimètre doté d'une fonction de test de transistors. Le testeur vous guidera dans le processus de connexion des fils aux bornes du transistor et affichera le type de transistor (NPN ou PNP) et son gain (hFE).