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.

Le condensateur est un composant électronique capable de stocker temporairement de l'énergie électrique. Contrairement à une pile, qui produit de l'électricité grâce à une réaction chimique, le condensateur emmagasine des charges électriques lorsqu'il est alimenté, puis les restitue lorsque le circuit en a besoin.

Il agit comme une petite réserve d'énergie. Cette propriété est utilisée pour stabiliser une alimentation, réaliser des temporisations, filtrer des signaux ou fournir rapidement de l'énergie pendant un court instant.

Composition d'un condensateur

Un condensateur est constitué de deux armatures conductrices, appelées aussi plaques, séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. Un diélectrique est un matériau qui ne laisse pratiquement pas circuler le courant électrique, mais qui peut être polarisé par un champ électrique.

Le diélectrique peut être en céramique, en plastique, en mica, en papier, en oxyde d'aluminium mais il peut aussi être liquide ou gazeux.

Lorsque le condensateur est relié à une source de tension, les électrons sont repoussés par la borne négative de la source. Ils arrivent sur l'une des plaques du condensateur et s'y accumulent : cette plaque devient négative. En même temps, la borne positive de la source attire les électrons présents sur l'autre plaque. Des électrons quittent donc cette plaque, qui devient positive.

Les deux plaques portent alors des charges opposées, séparées par le diélectrique qui empêche les électrons de passer directement d'une plaque à l'autre. Cette séparation des charges crée un champ électrique entre les plaques. Le condensateur emmagasine ainsi de l'énergie électrique dans ce champ.

Au fur et à mesure que les charges s'accumulent, la tension du condensateur augmente. Le champ électrique entre les plaques devient également de plus en plus intense. La différence de tension entre la source et le condensateur diminue, ce qui ralentit progressivement le déplacement des électrons. Lorsque la tension du condensateur atteint celle de la source, le déplacement des électrons s'arrête : le condensateur est alors complètement chargé.

La capacité

La quantité de charges qu'un condensateur peut emmagasiner est appelée sa capacité. Elle se mesure en farads (F).

Le farad étant une unité très grande, on utilise le plus souvent :

• mF : millifarad (10^-3 F)
• µF : microfarad (10^-6 F)
• nF : nanofarad (10^-9 F)
• pF : picofarad (10^-12 F)

Plus la capacité est grande, plus le condensateur peut stocker de charges électriques.

La charge stockée est donnée par la relation :

Q = C × U

où Q est la charge électrique (C), C la capacité (F) et U la tension (V).

La charge et la décharge

Lorsqu'un condensateur est relié à une source de tension, il ne se charge pas instantanément. Sa tension augmente progressivement jusqu'à atteindre celle de la source.

Lorsqu'il est ensuite relié à un récepteur, il restitue progressivement l'énergie stockée : c'est la décharge.

La vitesse de charge et de décharge dépend principalement de la capacité du condensateur et de la résistance du circuit. Une faible capacité se charge rapidement, tandis qu'une grande capacité demande davantage de temps.

Cette propriété est utilisée pour réaliser des temporisations, comme l'allumage progressif d'un éclairage ou le retard à l'ouverture d'un relais.

La tension de service

Chaque condensateur est conçu pour fonctionner jusqu'à une tension maximale, appelée tension de service.

Cette valeur doit toujours être supérieure à la tension présente dans le circuit. Si elle est dépassée, le diélectrique peut être endommagé, provoquant une fuite de courant ou la destruction du condensateur.

Un condensateur prévu pour 16 V ne doit pas être utilisé sur une alimentation de 24 V.

Les différents types de condensateurs

• Les condensateurs céramiques sont de petite taille et possèdent généralement de faibles capacités. Ils sont utilisés pour filtrer les parasites et découpler les circuits intégrés.

• Les condensateurs électrolytiques offrent de fortes capacités. Ils sont principalement utilisés dans les alimentations pour lisser la tension après le redressement.

  Ils sont polarisés. Leurs bornes positive (+) et négative (-) doivent être respectées. Une inversion de polarité peut provoquer leur détérioration, voire leur éclatement.

• Les condensateurs au film plastique offrent une excellente stabilité et de faibles pertes. Ils sont utilisés dans les filtres, les circuits audio et les applications de précision.

• Les supercondensateurs possèdent une capacité très élevée, souvent plusieurs milliers de fois supérieure à celle des condensateurs classiques, parfois jusqu'à 5 000 F. Ils peuvent fournir une grande quantité d'énergie pendant un temps relativement court et sont utilisés comme réserve d'énergie pour les panneaux solaires ou dans l'automatisation industrielle par exemple. Ils peuvent concurrencer les batteries car ils sont plus stables dans le temps.

Les associations de condensateurs

Plusieurs condensateurs peuvent être associés dans un même circuit.

En parallèle, les capacités s'additionnent.

C = C₁ + C₂ + C₃

Deux condensateurs de 100 µF montés en parallèle équivalent à un condensateur de 200 µF.

En série, la capacité équivalente diminue.

1 / C = 1 / C₁ + 1 / C₂ + ...

Ce montage est utilisé lorsqu'il faut supporter une tension plus élevée ou obtenir une capacité particulière.

Les principales utilisations

Les condensateurs remplissent de nombreuses fonctions dans les circuits électroniques. Ils servent à lisser les alimentations, filtrer les parasites, découpler les circuits intégrés, réaliser des temporisations, former des oscillateurs, transmettre les signaux alternatifs tout en bloquant les tensions continues, ou encore stocker brièvement de l'énergie.

Dans une alimentation, un condensateur se charge après le redressement du courant puis se décharge entre deux alternances afin de maintenir une tension plus régulière. Dans un flash photographique, un condensateur accumule de l'énergie pendant plusieurs secondes avant de la restituer presque instantanément dans le tube à éclat.

Les précautions d'utilisation

Un condensateur peut rester chargé même lorsque l'alimentation est coupée. Les condensateurs de forte capacité utilisés dans les alimentations, les amplificateurs ou les fours à micro-ondes peuvent conserver une tension dangereuse pendant plusieurs minutes.

Avant toute intervention sur un appareil électronique, il est donc nécessaire de vérifier que les condensateurs sont complètement déchargés. Les condensateurs polarisés doivent également être montés dans le bon sens afin d'éviter leur détérioration.