Un circuit électronique est un ensemble de composants reliés entre eux afin de traiter des informations, effectuer des calculs ou commander automatiquement un appareil. Contrairement à un simple circuit électrique, dont le rôle principal est de transporter de l'énergie, un circuit électronique est capable d'analyser des signaux, de les transformer et de produire une réponse adaptée.

Le fonctionnement d'un circuit électronique

Tout commence par une alimentation électrique, qui fournit l'énergie nécessaire au circuit. Des capteurs peuvent ensuite mesurer des informations provenant de l'environnement, comme la température, la lumière ou la position d'un objet. Ces informations sont analysées par des composants électroniques ou par un microcontrôleur, qui décide de la réponse à apporter. Enfin, un ou plusieurs actionneurs exécutent cette décision en produisant un mouvement, un son, une lumière ou une autre action.

Lorsqu'une personne appuie sur le bouton d'une télécommande, le circuit électronique détecte cette action, la transforme en un code numérique puis l'envoie sous forme d'un signal infrarouge vers le téléviseur.

Les différents éléments d'un circuit

Un circuit électronique est constitué de nombreux composants ayant chacun un rôle bien précis. Les résistances limitent le courant, les condensateurs stockent temporairement de l'énergie, les diodes contrôlent le sens de circulation du courant, les transistors amplifient ou commandent les signaux, les capteurs mesurent l'environnement et les actionneurs réalisent les actions demandées. C'est en les associant intelligemment que l'on construit des appareils électroniques capables d'accomplir des tâches parfois très complexes.

Le bon fonctionnement du circuit dépend de l'association de tous ces composants. Chacun réalise une fonction particulière, mais c'est leur fonctionnement coordonné qui permet à l'appareil d'exécuter les tâches prévues.

La carte électronique

Les composants sont reliés entre eux par des pistes conductrices gravées sur une carte électronique, appelée aussi circuit imprimé ou PCB (Printed Circuit Board). Ces pistes remplacent les fils électriques et permettent de réaliser des circuits compacts, fiables et faciles à fabriquer en grande série.

Cette carte est fabriquée à partir d'un matériau isolant recouvert de fines couches de cuivre. Les pistes gravées dans ce cuivre remplacent les fils électriques et relient les composants entre eux de manière compacte et fiable.

Selon la complexité de l'appareil, une carte électronique peut comporter une seule couche de cuivre ou plusieurs couches superposées permettant de réaliser des milliers de connexions dans un espace très réduit.

Le schéma électronique

Avant la fabrication d'une carte, les ingénieurs réalisent un schéma électronique. Il représente le fonctionnement du circuit à l'aide de symboles normalisés correspondant aux différents composants.

Le schéma indique les connexions entre les composants, mais ne représente pas leur position réelle sur la carte. Une fois le schéma validé, il sert à concevoir le circuit imprimé qui sera ensuite fabriqué et assemblé.

Des circuits de plus en plus complexes

Les premiers circuits électroniques ne comportaient que quelques composants. Aujourd'hui, certains appareils renferment plusieurs cartes électroniques et des circuits intégrés contenant plusieurs milliards de transistors.

La résistance est un bipôle car elle a 2 pattes (bornes). Son rôle principal est de s'opposer au passage du courant électrique pour en limiter l'intensité. Cette propriété permet de protéger les composants sensibles et de régler le fonctionnement d'un circuit.

Plus la valeur de la résistance est élevée, plus le courant qui la traverse est faible. À l'inverse, une faible résistance laisse circuler davantage de courant.

Une résistance est par exemple indispensable lorsqu'une LED est alimentée par une pile. Sans elle, le courant serait trop important et la LED pourrait être détruite en quelques instants.

La valeur d'une résistance

La valeur d'une résistance se mesure en ohms (Ω), en hommage au physicien allemand Georg Ohm.

Les valeurs les plus courantes sont exprimées en :

• Ω (ohm)
• kΩ (kilo-ohm) = 1 000 Ω
• MΩ (méga-ohm) = 1 000 000 Ω

Les caractéristiques d'une résistance

Une résistance possède plusieurs caractéristiques importantes.

• La valeur nominale : c'est la valeur indiquée par le fabricant.
• La tolérance : elle indique l'écart possible entre la valeur réelle et la valeur nominale. Une résistance de 1 kΩ à 5 % peut donc avoir une valeur légèrement différente de 1 000 Ω.
• La puissance maximale : elle indique la quantité d'énergie que la résistance peut dissiper sans être endommagée.
• Le coefficient de température : il indique comment la valeur varie lorsque la température change.
• La tension maximale : elle limite la différence de potentiel que la résistance peut supporter sans risque.

La loi d'Ohm

La résistance, la tension et le courant sont liés par la loi d'Ohm.

U = R × I

où U est la tension (V), R la résistance (Ω) et I l'intensité (A).

Cette relation permet également d'écrire :

I = U ÷ R R = U ÷ I

Par exemple, une résistance de 1 kΩ soumise à une tension de 9 V laisse passer un courant de 9 mA.

I = 9 ÷ 1000 = 0,009 A = 9 mA

Si la résistance est remplacée par une résistance de 100 Ω, le courant devient dix fois plus important. Le choix de la résistance est donc essentiel pour protéger les composants du circuit.

La puissance dissipée

Lorsqu'un courant traverse une résistance, une partie de l'énergie électrique est transformée en chaleur. C'est l'effet Joule. Dans un circuit électronique, cette transformation doit souvent rester faible, mais elle peut aussi être recherchée dans les appareils de chauffage.

La puissance dissipée par une résistance correspond donc à l'énergie électrique transformée en chaleur chaque seconde.

Cette puissance s'exprime en watts (W) et se calcule avec les relations :

P = R × I²

P = U² ÷ R

Chaque résistance possède une puissance maximale (1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W, 2 W...). Si cette valeur est dépassée, elle chauffe fortement et peut être détruite.

Les différents types de résistances fixes

Il existe plusieurs technologies de résistances adaptées à des usages différents.

• Résistance au carbone : économique, très utilisée dans les montages courants.
• Résistance à couche métallique : plus précise et plus stable, utilisée dans les appareils électroniques modernes.
• Résistance bobinée : constituée d'un fil résistif enroulé sur un support isolant. Elle supporte des puissances élevées.
• Résistance CMS (SMD) : très petite, soudée directement sur les circuits imprimés des appareils électroniques.

Les résistances variables

Les résistances variables permettent de modifier la valeur de résistance pendant le fonctionnement du circuit. Elles servent à régler un courant, une tension ou un niveau de signal.

• Le potentiomètre possède généralement trois bornes. Deux bornes extrêmes correspondent à la résistance totale, et une troisième borne mobile, appelée curseur, prélève une partie de la tension.

  Il peut être utilisé comme diviseur de tension. En tournant l'axe ou en déplaçant le curseur, on modifie la tension de sortie. C'est le cas du réglage du volume d'un appareil audio, de la luminosité d'un écran ou de la vitesse d'un petit moteur.

  Le potentiomètre peut aussi être employé comme résistance variable à deux bornes si le curseur et une extrémité sont utilisés ensemble.

• Le rhéostat est une résistance variable utilisée pour faire varier directement l'intensité du courant. Il n'utilise en général que deux bornes : le curseur et une extrémité.

  On l'emploie dans certains montages d'expérimentation, dans des appareils de réglage anciens ou dans des dispositifs où il faut modifier progressivement le courant.

  Le potentiomètre et le rhéostat reposent sur le même principe, mais leur usage est différent.

• Les résistances sensibles

  Certaines résistances changent de valeur selon une grandeur physique extérieure. On les appelle résistances sensibles.

  • Les thermistance sont sensibles à la température.

    Une NTC voit sa résistance diminuer quand la température augmente. Une PTC fonctionne dans le sens inverse : sa résistance augmente quand la température augmente.

    Les thermistances servent à mesurer la température, à protéger un circuit contre la surchauffe ou à limiter le courant au démarrage dans certains appareils.

  • Les photorésistances, aussi appelée LDR, voient leur résistance varier en fonction de la lumière reçue. Plus l'éclairement augmente, plus la résistance diminue.

    La photorésistance est utilisée dans les lampadaires automatiques, les détecteurs de luminosité et certains systèmes d'alarme ou de commande.

  • Une varistance voit sa résistance varier avec la tension appliquée à ses bornes. Elle devient très utile pour protéger un circuit contre les surtensions.

    Lorsqu'une surtension apparaît, la varistance diminue fortement sa résistance et détourne une partie du courant, ce qui protège les composants voisins. On la rencontre souvent dans les alimentations secteur et les dispositifs de protection contre la foudre ou les pics de tension.

Les branchements des résistances

Plusieurs résistances peuvent être associées dans un même circuit.

Des résistances montées en série sont traversées par le même courant. Leur résistance totale est égale à la somme des résistances.

R = R₁ + R₂ + R₃

Par exemple, deux résistances de 220 Ω montées en série équivalent à une résistance de 440 Ω.

Des résistances montées en parallèle sont soumises à la même tension. Leur résistance équivalente est toujours inférieure à la plus petite des résistances.

1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + ...

Deux résistances identiques de 1 kΩ montées en parallèle équivalent à une seule résistance de 500 Ω.

Le code des couleurs

Les résistances traversantes portent généralement entre 4 à 6 anneaux de couleurs indiquant leur valeur et leur précision.

Les deux ou trois premiers anneaux représentent les chiffres significatifs, l'anneau suivant indique le multiplicateur et le dernier la tolérance de fabrication. Un sixième anneau peut être présent et indiquer le coefficient de variation de la conductivité électrique avec la température.

Les résistances CMS utilisent le plus souvent un marquage numérique à la place des anneaux colorés.

Les principales utilisations

Les résistances sont présentes dans presque tous les circuits électroniques. Elles servent notamment à limiter le courant, créer une chute de tension, réaliser un pont diviseur, polariser un transistor, fixer le fonctionnement d'un circuit intégré ou mesurer un courant grâce à une résistance de faible valeur appelée shunt.

On les retrouve dans les téléphones, les ordinateurs, les téléviseurs, les automobiles, les appareils électroménagers, les objets connectés et les équipements industriels. Un seul appareil électronique peut contenir plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de résistances.