Technologie Des Composants électroniques - G; I; S; N; T

Technologie des composantsélectroniques Composants passifs Composants actifs Techniques d’assemblageJoël Redoutey

RésistancesCaractéristiques principales: Valeur ohmique (en mΩΩ, Ω, kΩΩ, MΩΩ)Tolérance (précision en %)Valeurs normalisées (séries E.)Dissipation de puissanceCoefficient de températureTechnologies2

RésistancesTolérance et séries normaliséesToutes les valeurs de résistance ne sont pas disponibles.En fonction de la tolérance (précision en %), pour chaque décadeon choisit une valeur parmi une série de N valeurs données par :R 10nNn [1, N ] Chaque valeur est telle que sa tolérancerecouvre légèrement celle des valeurs adjacentes.Les séries les plus courantes sont E12 ( 10%, N 12) et E24 ( 5%, N 24)Série E12 106882121518222733394756Série E24 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62368 75 82 91

RésistancesSymboleAméricainEuropéenMarquageEn clair10R 10 Ω3K3 3,3 kΩ1M 1 MΩCMS100 10 Ω101 100 Ω474 470 kΩCode de couleurs4

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RésistancesPuissance maximale admissibleLes résistances à couche de carbone couramment utiliséesen électronique ont une dissipation de 0,25W.Pour des dissipations supérieures on utilise souvent desrésistances bobinées.6

Résistances à couche decarboneElles se reconnaissent par leur forme plus épaisse sur les bordset par leur laque beige/brun clair.Principe de fabrication:Le carbone est déposé en une fine couche autour d'un cylindreisolant. La valeur est ajustée par des stries visibles en grattantla surface laquée.Avantages:Relativement robustes mécaniquement, économiques et disponibleen série 10%, 5% et 2%.7

Résistances à couche métalliqueElles se reconnaissent par leur forme plus épaisse sur les bords.Nous pouvons les rencontrer avec des laques de toutes sortes decouleurs: Vert clair, bleu pâle, vert fonçé, jaune, etc.Principe de fabrication:Une fine couche de métal est déposé à la surface d'un support isolant.Les stries visibles, en grattant la laque, permettent l'ajustementde la valeur ohmique.Avantages:Elles produisent beaucoup moins de bruit que les résistances aucarbone. Bonne stabilité en température et dans le temps.Ce sont les plus répandues aujourd’hui.8

Résistances bobinéesReconnaissables par leur taille, l'inscription, ou le fil enroulésouvent visible.Principe de fabrication:Le plus souvent constituée d'un fil enroulé sur un mandrinisolant en matière réfractaire et recouverte d'une couche deprotection (vernis, émail, ciment ou verre).Leur inductance propre en interdit l'usage en hautes fréquences.Utilisables jusqu'à 10 watts environ.9

Résistances bobinées de fortepuissanceSe reconnaissent au système de fixation mécanique qui permetune fixation sur un radiateur pour augmenter la dissipation.Les valeurs de R et P sont généralement inscrite en toute lettre.Principe de fabrication:Le plus souvent constituée d'un fil enroulé sur un mandrinisolant en matière réfractaire et recouverte d'une couche deprotection (vernis, émail, ciment ou verre).Boîtier adapté au refroidissement par conduction.Utilisables de 5 à 50 watts environ.10

Résistances CMSFormat 1206:3,2 x 1,6 x 1,3 mmMelf11

Potentiomètres12

Condensateurs Fonction Principales caractéristiques Technologies symboles13

Fonction d’un condensateur Réservoir d’énergie Filtrage Liaison Découplage AccordLes caractéristiques essentielles d ’un condensateurdépendent de sa technologie.Le choix d ’un type de condensateur se fait en fonctionde son utilisation14

Caractéristiques d ’uncondensateur Capacité (en pF, nF ou µF) Tension de service (en V) Tolérance (en %) Coefficient de température (en ppm/ C) Polarité éventuelle (condensateurs polarisés) Type de diélectrique -pertes - ESR15

Condensateurs électrolytiques Ce sont des condensateurs polarisés. Capacités de 1 à 100 000 µF Large tolérance 20% Tension de service de 10V à 500V Sorties axiales ou radiales Utilisation: Filtrage, liaison16

Condensateurs au tantale Polarisés Capacités de 0,1 à 100 µF Tension de service 6,3 à 50V Forte capacité par unité de volume17

Condensateurs film plastique Non polarisés Capacités de 1nF à 10 µF environ Réalisés par bobinage d’un film plastique entre deuxfilms métalliques18

Condensateurs film plastiqueDiélectrique: Polyester (1nF 10µF, 50V 600V, 10%)Les plus courants. Liaison, découplage Polypropylène (1nF 1µF, 2000V, 10%)Stables et précis. Très bon comportement impulsionnel Polycarbonate (1nF 10µF, 50V 400V, 10%)Stables, précis et fiables. Accord, filtres, liaison 100nF, 50V 250V, 5%) Polystyrène (1nF Très stables en température. Accord, liaison19

Condensateurs céramique Non polarisés Capacité de 0,5 pF à 0,5µF Tension de service de 50V à 200V Disque céramique métallisé ou multicouche Caractéristiques très dépendantes du type de diélectrique20

Condensateurs céramiqueTypes de diélectrique COG Très stable, précis, coefficient de température défini(NPO 0) Capacité: 0,5 pF à 10 nF. Accord, liaison, filtre. X7R Stable, varie avec la température ( 15% entre -55 Cet 125 C) Capacité: 100pF à 1µF. Liaison, découplage. Z5U Instable dans le temps et en température.Capacité de 1nF à 4,7µF. Découplage, filtrage.21

Condensateurs céramiquemulticouche22

Condensateurs céramiqueCMS23

Condensateurs ajustablesPlastiqueà airCéramique24

Représentation des condensateursC2 et C3 sont des représentations américaines(à éviter)25

Schéma équivalentC Capacité supposée idéaleL Inductance série équivalente (ESL)Rc Résistance série équivalente (ESR)Rd Résistance représentant les pertes diélectriques26

Pertes diélectriquesIjVcCωδDans un condensateur réel le courant et latension ne sont pas parfaitement en quadrature.L’angle δ est appelé angle de perte.On caractérise les pertes diélectriques parTg δ 1/RpCωRp représente la résistance de pertesVcVc/RpDiagramme des courantsCIRpModèle de condensateur27

Inductances28

circuits magnétiques L’utilisation d’un noyaumagnétique permet deréduire le nombre despires pour uneinductance donnée,donc les pertes pareffet Joule.Pot ferriteToreBâtonnet29

Pertes dans les circuitsmagnétiques Il existe deux types de pertes dans les noyauxmagnétiques: Les pertes par hystérésis proportionnelles à lafréquence Les pertes par courants de Foucaultproportionnelles au carré de la fréquence30

Caractéristiques d’une inductanceValeur de l ’inductance (µH, nH, mH, H)Résistance ohmiqueCourant admissible (saturation magnétique)En HF, coefficient de surtension (Q Lωω/R)31

Transformateurs32

Composants actifsComposants semi-conducteursEssentiellement SiliciumDeux grandes catégories: Composants discrets (diodes, transistors, FET, ) Circuits intégrés (réalisent une fonction bien définie)(Amplificateur opérationnel, fonction logiques combinatoiresou séquentielles, microcontrôleur, )33

Semi-conducteurs discrets Diodes de signal Redresseurs (diodes de puissance) Transistors de signauxbipolaires, JFET Transistors de puissanceBipolaires, MOSFET Transistors RF34

Diode Dipôle semiconducteur (silicium) conducteur dans unsens et bloquant dans l’autre. Utilisation: signal, redressement, régulation (zener)écrêtage, etc. Principales caractéristiques:Intensité admissible (If)Tension inverse maximale (Vr)Rapidité (temps de recouvrement inverse)35

Représentation des diodesDiodeDiode ZenerDiode SchottkyDiode VaricapDiode électro luminescente (LED)36

Diodes de signal Faible intensité (jusqu’à 100 mA) faible tension inverse (jusqu’à 100V) souvent très rapides (trr 10ns) boîtier verre (ou CMS) L’anneau repère la cathode Marquage le plus souvent en clair37

Diodes de redressement Forte intensité (1 à plusieurs centaines d ’Ampères) Tension inverse élevée (jusqu’à 1500V) Normales ou rapides Boîtiers plastique à fils: 1 à 5 A Boîtiers sur radiateur: 5 à 100A Utilisation: redressement, diode de roue libre38

Redresseur de puissance39

Transistor bipolaireComposant semi-conducteur utilisé : soit pour amplifier un signal soit comme interrupteurNPN et PNPSignal ou Puissance40

Le premier transistor: 1947L’effet transistor a été découvert en 1947 par les américainsJohn Bardeen, William Shockley et Walter Brattain.41

Transistors à effet de champComposant semi-conducteur utilisé : soit pour amplifier un signal soit comme interrupteurDeux familles: JFET et MOSFETDeux types: Canal N et Canal PMOSFET de Puissance42

Représentation des transistors43

Transistors de signauxBoîtiers métalliquesTO18 TO39Boîtiers plastiqueTO92CMS44

Transistors de signauxBrochageTO18TO39TO92L’ergot marque l’émetteurSOT23SOT22345

Transistors de PuissanceTO3TOP3TO220AB46

Circuits intégrésDeux grands types: Analogiques ou numériquesIl existe des circuits mixtes (analogiques et numériques)Plusieurs familles technologiques dans chaque type: Analogique: bipolaire, Bifet, Numérique: TTL, CMOS, NMOS, Plusieurs types de boîtier pour chaque circuit47

Circuits intégrés linéaires Amplificateurs opérationnels Comparateurs Régulateurs48

Amplificateur opérationnelV SComposant à 5 brochesAlimentation simple ou symétriqueUn, deux ou quatre amplis par boîtierV-Grand nombre de circuits aux performances différentes:usage courant, rapides, de précision, rail to rail, faible bruit,faible consommation, de puissance, etc.Le choix d ’un circuit se fait en fonction de l ’application.49

Circuits d’alimentation(Power supply)Régulateurs de tension:Fixe, variable, faible chute, positif, négatifRéférences de tension ou de courantCircuits de commande pour alimentation à découpageConvertisseurs Continu-ContinuSuperviseurs50

Circuits logiquesLogique positive: V 10V 0Plusieurs familles (TTL, CMOS, )Les circuits d ’une même famille s’interfacent directementTrès grand choix de fonctions:NAND, NOR, Bascules, Compteurs, Multiplexeurs, 51

Circuits logiques TTLFamille de circuits logiques à transistors bipolairesTrès grand choix de fonctionsAlimentation 5VRapide, consommation élevéePlusieurs variantes: S, LS, ALS, F, .52

Inverseur TTL53

NAND TTL54

Totem pôle vs open collectorSortie totem poleSortie collecteur ouvert55

Circuits logiques CMOSFamille de circuits logiques à MOSFET complémentaires(combinaison canal N et canal P)Très grand choix de fonctionsAlimentation 5V (jusqu ’à 15V pour la série 4000)Faible consommationPlusieurs variantes: 4000, HC, HCTPlus ou moins compatible avec la famille TTL.56

Inverseur CMOS57

Portes CMOSNORNAND58

Circuits programmablesMicroprocesseursMicrocontrôleursPAL, FPGADSPIntel 80486DX259

Microprocesseurs1971: 2300 transistors1979: 17 000 transistors1997: 27 millions de transistors2001: 42 millions de transistors60

Techniques d’assemblageCircuit imprimé:simple face, double face , multicouchesTrous métallisés, viasStandard FR4, 1,6 ou 0,8 mm, 35µm de cuivreComposants à fils ou CMSBrasage à l ’étain-plomb, soudure à la vagueCircuits hybridesWrappingRéservé au prototypage61

Composants à fils ou montés en surface62

Boîtier DIL (ou DIP)63

Circuit traditionnel64

Boîtier SOP (small outline package)65

Boîtiers CMS66

PackagingAlimentation de PC67

Conception et réalisation d ’uncircuit impriméCONCEPTIONSaisie de schémaEtablissement de la netlist (liste des équipotentielles)Placement-Routage film (typon) et fichier de perçageREALISATIONDécoupe d ’une plaque présensibiliséePerçage des trousMasquage, insolation, révélationGravure chimique (perchlorure de fer)Etamage des pistes68

Epoxy standard FR4Cuivre 35µmCouche photosensible 2,5µmEpoxy 16/10 mmεr 4,6 4,869

INTENSITE ADMISSIBLE DANS UNEPISTE DE CIRCUIT IMPRIME T 20 CLARGEUR DU CONDUCTEUR en 39,711,213,0AINTENSITÉ ADMISSIBLE EN AMPERESPOUR UNE ELEVATION DE TEMPERATURE DE 20 C70

Découpe des plaquesPlaque pré-sensibiliséeFilm de protection71

Perçage du circuitFichier GERBER72

Insolation UVTube UVTube UVTube UVtyponPlaque pré-sensibilisée73