Tableau des symboles d'alimentation: sources AC, DC, masses et batteries

Les alimentations constituent l'un des éléments fondamentaux des circuits électroniques. Sur un schéma, vous pouvez rencontrer différents symboles liés à l'alimentation, notamment ceux des sources AC, des sources de tension et des références de masse.

Bien que certains symboles paraissent simples, chacun représente une fonction électrique précise. Une mauvaise interprétation peut provoquer des connexions incorrectes, un comportement inattendu du circuit ou des problèmes de CEM dans la conception du PCB.

Dans ce guide, vous découvrirez:

• Le tableau complet des symboles d'alimentation, des sources DC et AC aux batteries
• Les différences entre les symboles de terre, de châssis et de masse du signal
• Pourquoi les sources dépendantes sont représentées par un losange plutôt que par un cercle
• Les différences entre les conventions IEC et ANSI
• La correspondance entre chaque symbole et son empreinte PCB réelle

Figure: Tableau complet des symboles d'alimentation

Tableau des symboles d'alimentation

Quatorze symboles couvrent la plupart des sources d'alimentation rencontrées sur un schéma. Ils se répartissent en quatre familles: sources, batteries, masses et étiquettes de rails.

Qu'est-ce qu'un symbole d'alimentation?

Un symbole d'alimentation est une représentation graphique normalisée utilisée sur un schéma pour représenter une source d'énergie, un rail d'alimentation ou une connexion de référence.

Ces symboles remplacent les descriptions textuelles longues et permettent aux ingénieurs d'identifier rapidement et uniformément les fonctions électriques.

Selon leur type, les symboles associés à l'alimentation peuvent transmettre plusieurs informations:

• Type de source: source DC, source AC, batterie ou source dépendante
• Polarité ou direction: borne positive ou direction conventionnelle du courant
• Fonction de référence: alimentation, retour ou connexion de sécurité

Le symbole ne définit pas le courant nominal, les performances de régulation ni les caractéristiques physiques. Ces informations figurent dans le repère, le champ de valeur et la BOM.

Symbole d'une alimentation DC

Le symbole d'une alimentation DC est un cercle contenant un signe plus à une borne et un signe moins à l'autre. Il représente une source qui maintient une borne à un potentiel supérieur à l'autre, sans inversion au cours du temps.

Figure: Symbole d'une alimentation DC avec ses bornes positive et négative

Cercle avec bornes positive et négative

Le cercle représente la source. Les signes plus et moins sont placés à l'intérieur ou à proximité immédiate des bornes et définissent la polarité de référence utilisée dans tous les calculs du schéma. Si ces signes sont inversés, le signe de chaque tension de noeud calculée à partir de cette source est également inversé.

Marquage DC avec ligne continue et ligne discontinue

Un symbole différent apparaît sur les étiquettes d'équipement, les façades et les blocs d'alimentation: une ligne horizontale continue au-dessus d'une ligne discontinue, définie par la norme IEC 60417-5031. Ce symbole indique le courant continu. Il s'agit d'un marquage et non d'un symbole de schéma. Il doit donc figurer sur une sérigraphie ou une plaque signalétique, et non dans une netlist.

Source de tension DC ou source de courant DC

Ces deux sources sont représentées par un cercle, mais leur contenu permet de les différencier. Les signes plus et moins indiquent une source de tension. Une flèche traversant le cercle indique une source de courant et précise la direction conventionnelle du courant.

Symbole d'une alimentation AC

Le symbole d'une alimentation AC est généralement représenté par un cercle contenant une sinusoïde. Il correspond à une source de tension alternative dont la polarité change périodiquement. Contrairement à une source DC, aucune borne ne reste constamment positive ou négative. Les signes fixes + et - ne sont donc pas utilisés.

Figure: Source AC représentée par un cercle contenant une sinusoïde

Symbole d'une source AC monophasée

Une source AC monophasée est représentée par un cercle contenant une sinusoïde et deux bornes de connexion.

Les valeurs indiquées à côté d'une source AC précisent sa tension efficace et sa fréquence, par exemple 230 V et 50 Hz. Le symbole seul n'indique pas l'amplitude du signal. Une source AC sans valeur constitue donc un schéma incomplet.

Symboles des alimentations triphasées et des entrées secteur

Une alimentation triphasée est modélisée par trois sources monophasées indépendantes avec leurs désignations de phase, dans une configuration en étoile ou en triangle.

Une entrée secteur AC est généralement représentée par un connecteur ou un bornier plutôt que par un symbole de source AC indépendant. Les circuits réels intègrent souvent des fusibles, filtres et protections contre les surtensions à proximité de l'entrée secteur.

La partie située entre une source AC et un redresseur constitue la première zone haute tension du PCB et doit respecter les exigences relatives aux lignes de fuite et aux distances d'isolement. Tous les composants placés du côté de l'entrée doivent être considérés comme critiques.

Symboles de batteries: une cellule ou plusieurs cellules

Figure: Symboles de batteries à une et plusieurs cellules

Le symbole d'une batterie est constitué de barres parallèles de longueurs différentes. La règle reste toujours la même: la barre longue et fine correspond à la borne positive, tandis que la barre courte et épaisse représente la borne négative. Une paire correspond à une cellule. Plusieurs paires indiquent des cellules connectées en série.

Une longue série de cellules est rarement représentée intégralement. La plupart des schémas montrent deux paires de barres, une interruption en pointillés, puis une dernière paire, avec la tension totale inscrite à côté. Cette représentation conserve la lisibilité du schéma sans masquer la connexion en série.

Remarque: La longueur des barres détermine la polarité, indépendamment de l'ordre dans lequel elles ont été dessinées. Si le symbole de votre bibliothèque contient des barres de même longueur, corrigez-le. Un symbole de batterie avec des barres identiques est ambigu et sera probablement signalé lors de la vérification du schéma.

Symboles de masse: terre, châssis et masse du signal

Figure: Symboles de terre, de châssis et de masse du signal

Les symboles de masse identifient le potentiel de référence d'un circuit ou une connexion à la terre, au châssis ou à un autre réseau de masse. Selon le circuit et la méthode de mise à la masse, ils peuvent également fournir un chemin de retour.

Ces symboles remplissent des fonctions différentes et ne doivent pas être considérés comme interchangeables.

La masse du châssis n'est pas la terre

Cette distinction est importante, car un châssis ne se trouve pas automatiquement au potentiel de la terre. La section 3.9.2 de la norme IEEE 315 précise qu'un châssis ou un cadre peut présenter un potentiel important par rapport à la terre environnante. Si ces deux réseaux doivent être reliés, représentez cette liaison comme une connexion volontaire avec son propre repère.

Retours nommés AGND, DGND et PGND

Les variantes nommées AGND, DGND et PGND utilisent toutes le triangle de masse du signal. La forme reste identique et seule l'étiquette change. Un outil de conception peut ainsi conserver trois réseaux de retour distincts et les relier à un point de jonction défini.

Source de tension constante ou source de courant constant

Figure: Comparaison des symboles de source de tension et de courant constants

Ces deux symboles sont généralement représentés par des cercles, mais leurs marquages internes permettent de différencier les deux types de sources.

Une source de tension constante maintient une tension déterminée à ses bornes, tandis que la charge détermine le courant résultant. Une source de courant constant maintient un courant déterminé, tandis que la charge définit la tension résultante à ses bornes.

Pourquoi les sources idéales diffèrent-elles des équipements réels?

Une source idéale n'existe pas dans la réalité, car toute alimentation possède une résistance interne finie. Elle se comporte comme une source de tension jusqu'à ce que le courant demandé devienne suffisamment élevé pour que la chute de tension interne soit prédominante. Ce point de transition correspond au passage d'une alimentation de laboratoire du mode CV au mode CC.

La direction de la flèche d'une source de courant n'est pas décorative. Elle définit le sens de référence du courant. Une valeur négative obtenue lors d'un calcul signifie simplement que le courant réel circule dans le sens opposé.

Symboles des sources dépendantes ou commandées

Figure: Les quatre symboles de sources dépendantes

Une source dépendante, également appelée source commandée, produit une sortie contrôlée par une tension ou un courant situé ailleurs dans le circuit.

Elle est généralement représentée par un losange plutôt que par un cercle. Le losange distingue une source dépendante d'une source indépendante, tandis que les marquages internes indiquent s'il s'agit d'une source de tension ou de courant.

Les quatre types de sources dépendantes

La grandeur de commande doit toujours être identifiée sur le schéma, généralement sous la forme d'un courant de branche ou d'une tension de noeud nommé ailleurs sur la feuille. Sans cette indication, le symbole est inutilisable, car rien ne précise la grandeur suivie par la sortie.

Utilisation des sources dépendantes dans les circuits réels

Les sources dépendantes ne constituent pas une simple abstraction théorique. Elles permettent de modéliser tous les composants actifs:

• Un transistor bipolaire est représenté dans son modèle petits signaux par une CCCS dont le courant de collecteur dépend du courant de base
• Un MOSFET est représenté par une VCCS dont le courant de drain dépend de la tension grille-source
• Un amplificateur opérationnel idéal est représenté par une VCVS dont la sortie dépend de la tension différentielle d'entrée
• Un amplificateur transimpédance peut être modélisé par une CCVS qui convertit un courant d'entrée en tension de sortie

Contrairement au symbole de terre, qui possède une référence dans la norme IEC 60417, le losange ne correspond pas à une entrée numérotée de l'IEC 60617. Il est toutefois presque universellement utilisé comme convention de dessin.

Cette représentation est employée dans les ouvrages consacrés à la théorie des circuits, dans SPICE et les autres simulateurs, ainsi que dans les bibliothèques EDA. Elle constitue donc une convention de fait, mais ne doit pas être associée à une section normative inexistante.

Pour les amplificateurs opérationnels, notre guide du symbole de l'amplificateur opérationnel explique la représentation des broches d'alimentation et les raisons pour lesquelles elles sont parfois masquées.

Étiquettes des rails d'alimentation: VCC, VDD, VSS, VEE et GND

Les étiquettes de rails sont des symboles d'alimentation sous forme textuelle. Une courte tige surmontée d'une barre ou d'une flèche et accompagnée d'un nom définit un réseau d'alimentation sans devoir tracer un fil jusqu'à la source.

VCC ou VDD: quelle étiquette utiliser?

Dans les conceptions modernes, VCC et VDD sont souvent utilisés indifféremment pour désigner le rail positif, tandis que VSS et GND servent généralement à désigner le retour. Cette distinction provient de la physique des composants plutôt que d'une norme actuelle.

Historiquement, les circuits utilisant des transistors bipolaires alimentaient le collecteur, d'où le nom VCC. Dans les circuits CMOS, l'alimentation est associée au drain, d'où le nom VDD.

Bien que le choix de l'étiquette dépende souvent des conventions de conception, la bonne pratique consiste toujours à reprendre les noms des broches d'alimentation indiqués dans la fiche technique du composant.

Symboles d'alimentation: IEC 60617 ou ANSI/IEEE 315

Figure: Comparaison des symboles électriques IEC 60617 et ANSI/IEEE 315

La norme IEC 60617 définit les symboles graphiques employés dans les schémas à l'échelle internationale. La norme ANSI/IEEE 315 constitue son équivalent nord-américain.

La résistance est incluse dans ce tableau, car elle constitue souvent la première différence remarquée entre les deux normes. Pour les sources d'alimentation, un schéma réalisé selon l'une ou l'autre convention reste toutefois parfaitement compréhensible par les ingénieurs formés à l'autre norme.

Comment lire les symboles d'alimentation sur un schéma?

Pour analyser rapidement un schéma, lisez les symboles d'alimentation dans un ordre fixe. Commencez par la source, suivez le circuit jusqu'au retour, puis vérifiez les références.

Figure: Exemple de schéma comprenant un rail d'alimentation, un découplage, une source dépendante et un chemin de retour à la masse

1. Repérez la source et identifiez sa famille. Un cercle indique une source indépendante, un losange une source dépendante et des paires de barres une batterie. Le contour fournit cette information avant même la lecture de l'étiquette
2. Examinez le contenu pour déterminer le type et la direction. Les signes de polarité indiquent une source de tension, une flèche une source de courant et une sinusoïde une source AC
3. Suivez le rail positif sur tout le schéma. Repérez toutes les étiquettes portant le même nom, car elles appartiennent au même réseau même en l'absence de fil visible
4. Identifiez séparément chaque symbole de masse. Comptez le nombre de symboles de retour distincts. Deux symboles différents correspondent à deux réseaux différents
5. Repérez le point de jonction. Identifiez l'endroit où les différents retours se rejoignent, généralement au moyen d'une liaison de réseaux ou d'une résistance de 0 Ω. Si aucun point de jonction n'est présent, le schéma comporte un défaut
6. Vérifiez la grandeur de commande de chaque losange. Une source dépendante sans commande identifiée est incomplète

Erreurs courantes liées aux symboles d'alimentation

La plupart des erreurs associées aux symboles d'alimentation sont des erreurs de dessin qui échappent à la vérification parce que le schéma reste visuellement plausible.

• Représenter une source dépendante par un cercle: cette erreur fréquente fait apparaître une source commandée comme une alimentation indépendante et conduit la simulation vers un point de fonctionnement incorrect
• Relier implicitement la masse du châssis à la terre: placer les deux symboles sur le même réseau sans liaison explicite crée une boucle de masse susceptible d'apparaître lors d'un essai CEM, mais pas pendant le DRC
• Utiliser des barres de même longueur pour une batterie: la polarité devient ambiguë et peut entraîner l'inversion du support sur le PCB
• Omettre les valeurs d'une source AC: un symbole AC sans tension efficace ni fréquence ne peut pas être correctement fabriqué ou simulé
• Utiliser les marquages IEC 60417 dans un schéma: le symbole DC avec lignes continue et discontinue appartient à une plaque signalétique, et non à une netlist
• Réutiliser GND pour les retours analogiques et de puissance: un nom de réseau unique fusionne deux retours qui devaient rester séparés et transmet le bruit de commutation à la référence

Du symbole d'alimentation à l'empreinte PCB

Un symbole d'alimentation ne devient une connexion physique qu'après l'affectation d'une empreinte, d'une classe de réseau et d'une géométrie en cuivre. C'est à cette étape que les choix réalisés sur le schéma deviennent fabricables.

Figure: Processus reliant un symbole d'alimentation à son implantation sur le PCB

Largeur des pistes et classe des réseaux d'alimentation

La largeur des pistes matérialise physiquement le réseau d'alimentation. Selon l'IPC-2221, la largeur nécessaire dépend de trois paramètres:

• Courant: courant continu transporté par le réseau et non courant de crête
• Élévation de température admissible: généralement comprise entre 10 °C et 20 °C au-dessus de la température ambiante
• Position de la couche: couche interne ou externe

À courant identique, les couches internes nécessitent des pistes nettement plus larges que les couches externes, car le cuivre enterré dissipe moins efficacement la chaleur. Un rail de 2 A sur une couche externe avec 1 oz de cuivre nécessite donc une piste très différente du même rail placé sur une couche interne.

Définissez la classe de réseau dans l'outil EDA au moment où vous placez le symbole d'alimentation. La règle de largeur sera ainsi automatiquement appliquée au réseau lors du routage.

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Conclusion

Les symboles d'alimentation constituent un vocabulaire réduit qui transmet de nombreuses informations. Quatre familles couvrent la plupart des besoins: les cercles pour les sources indépendantes, les losanges pour les sources dépendantes, les paires de barres pour les batteries et trois symboles distincts pour les retours. Leurs formes restent largement cohérentes entre les normes IEC 60617 et ANSI/IEEE 315. La maîtrise d'une convention permet donc de comprendre l'autre.

Les deux principales erreurs à éviter consistent à représenter une source commandée par un cercle et à considérer le châssis, la terre et la masse du signal comme un seul réseau. Aucune de ces erreurs ne déclenche nécessairement un contrôle des règles de conception, mais toutes deux peuvent entraîner des corrections coûteuses après la fabrication. Des symboles correctement définis sur le schéma facilitent ensuite l'affectation des classes de réseaux, des plans et des largeurs de pistes.

FAQ sur les symboles d'alimentation