Symboles de circuit : la clé pour comprendre les schémas électriques et électroniques

Les symboles de circuit sont essentiels dans les schémas électriques et électroniques, car ils permettent de représenter des circuits et composants complexes de manière standardisée et simplifiée. Ces symboles sont cruciaux pour les ingénieurs, électriciens et techniciens, car ils permettent de comprendre le fonctionnement d’un circuit sans recourir à la documentation. La reconnaissance universelle de ces symboles garantit une interprétation cohérente à travers les langues et les régions, facilitant ainsi l’enseignement et la formation.

Les schémas de circuits se composent de divers composants tels que les interrupteurs, condensateurs, résistances et piles, reliés entre eux par des fils ou des pistes. Chaque composant possède un symbole unique avec des caractéristiques spécifiques. Comprendre le fonctionnement des composants est essentiel pour une conception et une analyse efficaces des circuits. La connaissance des propriétés des résistances, des condensateurs et des transistors permet aux ingénieurs de prédire les interactions entre les composants, d’atteindre les résultats souhaités et de résoudre les problèmes éventuels.

Comment les symboles de circuit forment-ils le schéma électrique ?

Les symboles de circuits électroniques sont des dessins ou pictogrammes simplifiés représentant les différents composants d’un schéma électrique. Dans ces schémas, les éléments électriques comportent généralement deux bornes ou plus permettant de relier les composants entre eux. Les symboles électriques et électroniques fondamentaux comprennent notamment la mise à la terre, la pile et la résistance. Ces symboles permettent de représenter même les circuits les plus complexes. Grâce à ces symboles essentiels, tout le monde peut esquisser un schéma électrique. Par exemple, un circuit de base se compose d’une pile, d’un interrupteur et d’une ampoule, reliés en boucle fermée.

Bien qu’un même circuit puisse être représenté sous plusieurs formats, les représentations visuelles sont généralement plus intuitives. Cependant, à mesure que le nombre de composants augmente, la complexité visuelle s’accroît également. Lorsqu’on entreprend un projet impliquant la création de circuits ou la conception d’un PCB, il devient essentiel de comprendre les symboles électroniques. Le schéma électrique constitue la première étape de la conception d’un PCB, et sans la compréhension des symboles qu’il contient, il peut être difficile de progresser dans un tel projet.

Représentation d’un circuit à l’aide de symboles vs avec des mots

Habituellement, pour définir quelque chose de spécifique, les mots suffisent, mais le schéma de circuit a ses propres avantages. Les schémas de circuits deviennent explicites grâce à l’utilisation de symboles. Représenter le circuit avec des mots est un processus facile. Par exemple, le circuit montré ci-dessus peut être expliqué ainsi : « la pile est connectée à l’interrupteur et à l’ampoule en combinaison série ». C’est très facile à comprendre, mais lorsque les schémas deviennent plus grands et complexes, il faut utiliser des schémas de circuits et des symboles pour les représenter. Cela permet à la personne d’analyser rapidement le circuit et de comprendre ce qui se passe. En résumé, les symboles électroniques simplifient notre compréhension du circuit. Ils nous font gagner du temps et rendent les choses plus faciles.

Avantages des symboles de circuit

La signification précise d’un symbole est déterminée par la présence d’un point, d’une ligne, d’une lettre, d’un espacement, d’un ombrage et d’un numéro. Il faut être familier avec la structure de base des différents symboles pour comprendre les circuits et la signification correspondante de chaque symbole. Voici quelques principaux avantages de l’utilisation des symboles :

Réduit la confusion en production - En utilisant un ensemble défini de symboles électriques, il est impossible d’attribuer divers symboles à des composants similaires.

Réduit les reprises - En développant et en utilisant un ensemble unique et standardisé de symboles électriques, les reprises inutiles et redondantes des schémas sont éliminées.

Améliore la communication électrique et mécanique - L’utilisation de symboles électriques standardisés réduit les malentendus entre les membres des équipes MCAD et ECAD. L’utilisation de connexions entre les symboles 2D et les pièces modélisées en 3D met tout le monde sur la même longueur d’onde.

Gain de temps - Les symboles électriques standardisés permettent non seulement de gagner du temps sur les reprises, mais aussi d’éviter les malentendus.

Physique à l’origine de la conception des symboles

Les symboles sont utilisés pour indiquer un composant électrique/électronique. Comme mentionné ci-dessus, il est très important de connaître le fonctionnement d’un composant, car c’est le point de départ du concept de conception des différents symboles. Chaque symbole a la capacité d’expliquer la physique de base derrière le composant réel. La plupart des conceptions de symboles sont basées sur différentes normes nationales et internationales. Parmi elles, on trouve les normes IEC, JIC, ANSI, IEEE, etc. Bien que les symboles électriques soient standardisés, ils peuvent différer d’une discipline d’ingénierie à une autre selon les traditions antérieures.

Exemple expliquant la physique d’un circuit : la majorité des symboles de circuits électriques comprennent des interrupteurs et des piles, les symboles correspondants sont montrés ci-dessous :

Interrupteur : Le symbole d’interrupteur ci-dessus représente la connexion ouverte ou fermée d’un circuit, et c’est pourquoi ce symbole est universellement adopté dans ce sens.

Ampoule : Une ampoule possède une résistance qui chauffe pour produire de la lumière. Dans le schéma, le symbole montre une croix représentant la lumière émise par une source résistive.

Pile : Il s’agit d’une source d’énergie composée de cellules, contenant un électrolyte chimique qui fournit la polarité. Dans le symbole de la pile, les cellules sont représentées par deux lignes parallèles inégales, indiquant la polarité positive et négative.

Fil : C’est simplement un conducteur reliant deux dispositifs, ayant une très faible résistance ; ainsi, pour le représenter dans un schéma, on utilise simplement une ligne droite.

Il existe également d’autres symboles plus complexes qu’il n’est pas facile d’expliquer sans connaissances sur les composants.

Liste des symboles de schémas électriques avec la physique de leur conception

Les schémas électriques sont utilisés pour représenter virtuellement les symboles utilisés dans les circuits électroniques. Chaque circuit utilise des symboles normalisés pour représenter les différentes parties. Pour représenter les dispositifs électriques fondamentaux, plusieurs symboles de circuit électronique sont employés. Il existe un symbole de circuit pour chaque dispositif ou composant électrique utilisé dans un circuit, tels que les composants passifs (résistances, condensateurs et inductances), les composants actifs (diodes, transistors, amplificateurs et transformateurs), les appareils de mesure et les portes logiques. Voici les symboles de composants électroniques les plus utilisés avec la physique de leur conception :

Composants passifs :

Fils : Ils sont utilisés pour la connexion de différents composants et sont donc représentés par des lignes droites. Deux fils croisés peuvent être connectés ou non ; s’ils ne sont pas connectés, cela est défini comme un croisement, et s’il y a connexion, le croisement est marqué par un point.

Interrupteurs : Le symbole de l’interrupteur représente la connexion ouverte ou fermée d’un circuit, et c’est pourquoi ce symbole est universellement adopté.

Résistance : La résistance est l’obstacle au passage du courant, c’est pourquoi elle est représentée par une forme en zigzag. Une résistance variable, quant à elle, peut prendre une valeur souhaitée dans une plage spécifique, ce qui est indiqué par une résistance traversée par une flèche au centre du symbole.

Condensateur : Les condensateurs sont utilisés pour stocker l’énergie électrique sous forme de charge. Un condensateur possède deux plaques internes pour le stockage de la charge, et son symbole est donc représenté par deux barres parallèles séparées par une certaine distance. Comme les résistances, il existe également des condensateurs variables, indiqués par une flèche au centre du symbole. Les condensateurs peuvent être de type polarisé ou non polarisé : le type polarisé possède une polarité positive et négative, tandis que le type non polarisé n’a pas de polarité.

Inductances : Les inductances sont également des dispositifs de stockage d’énergie, mais sous forme de champ magnétique. Il s’agit d’un composant non polarisé, et comme il possède une structure en forme de bobine, son symbole est représenté ainsi :

Antenne : L’antenne est l’un des dispositifs les plus couramment utilisés en électronique RF, constituant la première section d’un récepteur. L’antenne émet ou reçoit des ondes électromagnétiques ; sa conception peut varier selon les applications, mais le symbole est représenté ainsi :

Symboles d’alimentation :

Batterie : C’est une source d’énergie composée de cellules contenant un électrolyte chimique qui fournit la polarité. Les cellules dans le symbole de la batterie sont représentées par deux lignes parallèles inégales, avec les polarités positive et négative indiquées dessus.

Mise à la terre : Dans un réseau électrique, la mise à la terre sert de point de référence commun pour les niveaux de tension et fournit un chemin de retour pour le courant électrique. Le symbole est adopté selon son nom et représenté comme suit :

VDD : Dans un réseau électrique, le VDD représente la tension d’alimentation positive des circuits. Il est souvent utilisé en conjonction avec une référence de masse (GND). VDD et GND sont des types d’étiquettes connectées à la batterie — positive (VDD) et négative (GND). Le symbole du VDD est défini comme suit :

Ampèremètre et Voltmètre : Un ampèremètre mesure le courant dans un réseau électrique et est connecté en série avec les composants du circuit. Un voltmètre mesure la tension aux bornes des composants et est connecté en parallèle. Les deux types de compteurs sont traditionnellement analogiques et possèdent une bobine mobile ; le symbole est adopté comme suit :

Transformateur : Un transformateur dans un réseau électrique transfère l’énergie électrique entre des circuits par induction électromagnétique. Il se compose d’un enroulement primaire et d’un enroulement secondaire autour d’un noyau, et son symbole est représenté comme suit :

Composants actifs analogiques/numériques :

Diodes : Les diodes dans un réseau électrique permettent au courant de ne circuler que dans une seule direction, agissant comme des clapets unidirectionnels. Elles sont utilisées pour la redressement, la conversion du courant alternatif (AC) en courant continu (DC) et pour protéger les circuits en bloquant la tension inverse. Les diodes sont des composants polarisés constitués d’une jonction PN, et leur symbole est représenté comme suit :

Transistor bipolaire à jonction (BJT) : Un transistor dans un réseau électronique agit comme un interrupteur ou un amplificateur pour les signaux électriques. C’est un composant à 3 bornes qui contrôle le flux de courant entre ses bornes collecteur et émetteur en fonction de la tension appliquée à sa base. Il existe deux types : NPN (type courant sortant) et PNP (type courant entrant), le symbole étant représenté selon le sens du courant entrant ou sortant :

MOSFET : Ce sont des types de transistors modifiés ayant les mêmes fonctions que les BJT. C’est un composant à 3 bornes qui contrôle le flux de courant entre ses bornes drain et source en fonction de la tension appliquée à sa porte (gate). Les MOSFET sont connus sous le nom de transistors à semi-conducteur métal-oxyde ; le métal-oxyde est un matériau isolant qui fait que la porte se comporte comme un condensateur, et le symbole est donc représenté comme suit :

SCR : Un SCR (Redresseur contrôlé au silicium) dans un réseau électronique est un type de thyristor utilisé pour contrôler des puissances élevées. Il fonctionne comme un interrupteur, permettant au courant de circuler lorsqu’un signal est appliqué à la porte (gate) et restant conducteur jusqu’à ce que le courant tombe en dessous d’un seuil. Les SCR sont utilisés pour le contrôle de puissance et le redressement. Son fonctionnement est très similaire à celui d’une diode, avec la borne gate servant de broche d’activation, et le symbole est représenté comme suit :

DIAC : Un DIAC (Diode pour courant alternatif) dans un réseau électronique est un dispositif de déclenchement bidirectionnel qui ne conduit le courant qu’après avoir dépassé sa tension de seuil. En raison de ses capacités bidirectionnelles, le symbole est représenté comme suit :

Amplificateurs : Les amplificateurs dans un réseau électronique augmentent la puissance, la tension ou le courant d’un signal. Ils sont essentiels dans les systèmes audio, radio et de communication, permettant de renforcer les signaux faibles pour leur transmission. Un amplificateur peut posséder différentes bornes d’entrée et de sortie, et le symbole standard attribué à cette unité est :

AOP : Un AOP (Amplificateur Opérationnel) dans un réseau électronique est un amplificateur de tension polyvalent à gain élevé avec des entrées différentielles. Il est utilisé dans le traitement de signal, le filtrage et les opérations mathématiques telles que l’addition, la soustraction, l’intégration et la différentiation. C’est également un composant à plusieurs broches, et le symbole correspondant est représenté comme suit :

Tampon : Un tampon dans un réseau électronique isole les différentes étapes d’un circuit et préserve l’intégrité du signal en empêchant les effets de charge, ce qui le rend essentiel dans les circuits complexes. On peut le considérer comme un amplificateur de gain 1, de sorte que le signal d’entrée apparaît en sortie sans aucune perte. Le symbole du tampon est représenté comme suit :

Portes logiques :

Les portes logiques sont des éléments fondamentaux de l’électronique numérique, réalisant des fonctions logiques de base essentielles pour la conception de circuits et le calcul numérique. Elles fonctionnent sur des entrées binaires et produisent des sorties binaires selon des opérations logiques.

Types de portes logiques :

● Porte AND : La sortie est vraie (1) uniquement si toutes les entrées sont vraies.

● Porte OR : La sortie est vraie si au moins une entrée est vraie.

● Porte NOT : Inverse l’entrée ; la sortie est vraie si l’entrée est fausse.

● Porte NAND : La sortie est fausse uniquement si toutes les entrées sont vraies ; sinon, elle est vraie.

● Porte NOR : La sortie est vraie uniquement si toutes les entrées sont fausses.

● Porte XOR : La sortie est vraie si un nombre impair d’entrées est vrai.

Ces portes sont utilisées dans diverses combinaisons pour réaliser des opérations logiques complexes et sont essentielles dans les circuits numériques, y compris les ordinateurs et autres dispositifs électroniques.

Voici un fichier document, que vous pouvez télécharger pour en savoir plus sur d’autres symboles de schémas largement utilisés.
LIEN :
https://drive.google.com/file/d/1Ik6cuXN9-NXWe9lgpPLLt3YDHzpbGIUE/view?usp=sharing

Comment créer un symbole pour une conception de PCB personnalisée

Le transfert d’un schéma de circuit vers une carte à circuits imprimés (PCB) est un processus en plusieurs étapes. Tout d’abord, le schéma du circuit est créé à l’aide d’un logiciel de conception de PCB approprié. Le schéma n’est rien d’autre que le diagramme du circuit contenant différents symboles reliés entre eux par des fils, comme décrit ci-dessus. Le même logiciel est ensuite utilisé pour traduire ce schéma en un layout de PCB. Un layout décrit la position et le routage des composants sur le PCB réel. Pour concevoir un symbole personnalisé, un fichier de symbole de pièce doit être généré avant la conception du schéma et du layout. Un symbole de pièce est simplement un ensemble de fichiers contenant toutes les informations électroniques et géométriques sur le composant.

Voici les étapes détaillées pour créer votre propre symbole dans l’éditeur de conception de PCB :

J’utilise EasyEDA, mais la procédure reste la même dans la plupart des logiciels de conception. Suivez les instructions ci-dessous :

Étape 1 : Connectez-vous à EasyEDA et, pour ouvrir la fenêtre de création de symbole, naviguez dans le menu Fichier -> Nouveau -> Symbole. Une nouvelle fenêtre de dessin de schéma vierge s’ouvrira. Enregistrez-la sur votre disque dur avant de passer à l’étape suivante. Il est recommandé de donner au fichier un nom correspondant à la pièce pour laquelle vous créez le symbole.

Étape 2 : Ouvrez la fiche technique et consultez les informations sur les broches du composant que vous souhaitez concevoir dans cette fenêtre. Voici un exemple avec un circuit intégré NE555.

Étape 3 : EasyEDA propose un assistant de symbole qui contient des symboles prédéfinis intégrés que vous pouvez choisir et modifier. Il suffit de sélectionner le symbole correspondant et de nommer toutes les broches selon celles indiquées dans la fiche technique. C’est un générateur automatique de symboles ; si vous souhaitez le faire manuellement, suivez les étapes suivantes.

Les informations sur les broches peuvent être modifiées depuis :

Étape 4 : Pour concevoir le symbole manuellement, utilisez les outils du menu de dessin pour tracer le contour de la vue de dessus de la pièce. Bien que la plupart des puces électroniques soient de forme rectangulaire, vous pouvez en réalité dessiner n’importe quelle forme. La forme et la taille réelles de la pièce sont importantes uniquement pour le symbole de layout, qui sera créé ultérieurement.

Étape 5 : Ouvrez le schéma d’attribution des broches dans la fiche technique du composant. Ce schéma montre les broches du composant autour de sa périphérie, avec les noms à côté de chaque broche. Dessinez la première broche dans le coin du contour du composant que vous avez tracé précédemment, en utilisant l’outil de dessin des broches, généralement disponible dans la barre de menu à gauche. Répétez ce processus pour toutes les broches du composant. Une bonne pratique consiste à reproduire autant que possible l’attribution des broches telle qu’indiquée dans la fiche technique du composant.

Étape 6 : Double-cliquez sur la première broche. Une fenêtre de dialogue s’ouvrira avec les détails de la broche. Saisissez son nom tel qu’indiqué dans la fiche technique du composant, par exemple VCC. Répétez cette opération pour toutes les broches.

Étape 8 : Modifiez tous les autres détails des broches :

Étape 9 : Saisissez tous les détails requis et enregistrez le fichier. Le symbole de votre composant PCB a été créé.

Étape 10 : Parcourez la bibliothèque de composants et double-cliquez sur le symbole de layout que vous avez enregistré précédemment. Cela ouvrira le symbole dans la vue de layout.

Conclusion

Les symboles de circuits sont un outil essentiel pour comprendre, concevoir et dépanner les circuits électriques et électroniques. En utilisant des symboles standardisés, les ingénieurs et techniciens peuvent assurer une communication précise, réduire les erreurs et rationaliser le processus de conception. Comprendre l’importance et l’utilisation des symboles de circuits permet aux professionnels de travailler efficacement et de gérer les systèmes électriques et électroniques.