Comprendre les schémas électriques : Un guide complet

Les schémas électriques sont essentiels pour comprendre et dépanner les systèmes électriques. Que vous soyez électricien ou étudiant en ingénierie, apprendre à lire les schémas est une compétence précieuse.

Qu'est-ce qu'un schéma électrique ?

Un schéma électrique est une représentation graphique d'un circuit électrique, utilisant des symboles normalisés pour dépeindre les composants et leurs connexions. Les schémas transmettent la conception et la fonction du circuit, facilitant la compréhension de son fonctionnement.

Les symboles sont la base des schémas de circuit, permettant aux ingénieurs, électriciens et techniciens de comprendre les fonctions du circuit sans documentation. Ces symboles sont normalisés au niveau international, permettant aux schémas d'être interprétés à travers les langues et les régions.

Les éléments clés généralement trouvés dans un schéma électrique comprennent

1. Symboles : Des symboles normalisés sont utilisés pour représenter des composants tels que les résistances, les condensateurs, les diodes, les transistors, les sources d'alimentation, et bien plus encore. Un article entièrement détaillé sur les divers symboles et la physique de conception qui les sous-tend est joint ici.

[Lien vers Symboles de Circuit : Clé pour Comprendre les Diagrammes Électriques et Électroniques publié sur JLCPCB]

2. Lignes : Les lignes représentent les connexions électriques ou les fils entre les composants. Elles illustrent la manière dont les composants sont connectés électriquement dans le circuit.

3. Nœuds : Ce sont des points où deux composants ou plus, ou des fils, sont connectés. Ils sont souvent représentés par des points ou des jonctions, comme illustré dans la figure ci-dessus.

4. Étiquettes et Annotations : Celles-ci fournissent des informations supplémentaires, telles que les valeurs des composants (par exemple, résistance en ohms, capacitance en farads), les numéros de pièce, ou des notes spécifiques sur le fonctionnement du circuit.

5. Alimentation et Masse  : Des symboles indiquant l'alimentation électrique et les points de connexion à la masse sont généralement inclus pour montrer où le circuit se connecte à sa source d'alimentation.

Les schémas électriques sont des outils essentiels pour les ingénieurs, les techniciens et les amateurs, car ils offrent un moyen clair et concis de comprendre et d'analyser le fonctionnement d'un circuit électrique. Ils sont utilisés dans la conception, la construction et le dépannage des systèmes électriques.

Comprendre les bases d'un circuit

La lecture d'un schéma de circuit nécessite une solide compréhension de divers concepts et composants. Voici un guide complet des connaissances requises.

Concepts Électriques de Base : La Loi d'Ohm stipule que le courant ($I$ : le flux de charge électrique) circulant à travers un conducteur entre deux points est directement proportionnel à la tension ($V$ : la différence de potentiel entre deux points) aux bornes des deux points et inversement proportionnel à la résistance ($R$ : l'opposition au flux de courant). Elle est exprimée par la formule (V = IR).

Principe de Fonctionnement des Composants : Divers symboles schématiques sont utilisés pour représenter les dispositifs ou fils réels dans un circuit. Il est crucial d'avoir l'expertise nécessaire pour interpréter ces diagrammes électriques avec précision, car une mauvaise interprétation peut conduire à des erreurs. Par exemple, la résistance est déterminée par la valeur sur l'échelle de courant. Les condensateurs servent à des fins telles que le découplage, le contournement (bypassing) et le blocage des valeurs continues (DC).

Circuits en Série et en Parallèle : Comprendre le comportement des composants disposés en série et en parallèle.

Lecture du Flux du Circuit : Identifier où les signaux entrent et sortent du circuit, et comprendre comment le courant circule à travers le circuit aide à déterminer le fonctionnement du circuit.

Familiarisation avec les unités SI : Chaque discipline scientifique s'appuie sur un tableau standard d'unités SI, qui sont universellement reconnues. Malheureusement, de nombreux électriciens négligent l'importance de ces unités. Il est essentiel que chaque technicien en électricité soit capable d'interpréter ce tableau. Cela est avantageux pour la compréhension des unités de mesure de diverses quantités électriques. L'unité SI pour la résistance est l'ohm, pour la capacitance est le farad, et pour l'inductance est l'henry.

La Polarité : Certains circuits ont une polarité. Ils portent une charge positive et une charge négative. Comprendre la polarité est important. Vous devez toujours suivre la loi selon laquelle « les charges identiques se repoussent » et « les charges opposées s'attirent ». Ainsi, négatif va vers positif et vice-versa. La plupart des composants sont de nature polaire, par exemple, les diodes, les BJT (Transistors à Jonction Bipolaire), les condensateurs, et les LED (Diodes Électroluminescentes).

Application Pratique : Utiliser les fiches techniques des composants (datasheets) pour les spécifications détaillées. L'emploi d'outils comme les multimètres pour vérifier le comportement du circuit aide à la conception ainsi qu'au dépannage.

En maîtrisant ces concepts, vous pouvez lire et comprendre efficacement les schémas de circuit, vous permettant de construire, dépanner et concevoir des circuits électroniques.

Méthodes de représentation graphique d'un circuit

Il existe deux méthodes pour représenter un circuit : l'une à l'aide d'un diagramme fonctionnel (ou de blocs) et l'autre avec un schéma électrique. Les deux ont leurs avantages et leurs inconvénients. Dans un schéma électrique, tous les composants du circuit, leurs connexions et leur disposition sont montrés clairement, mais dans la méthode du diagramme fonctionnel, le circuit interne est inconnu. Les diagrammes fonctionnels aident à comprendre la fonction d'un circuit d'une manière générale, et non spécifique.

Diagramme fonctionnel :

Les ingénieurs et les techniciens utilisent des diagrammes fonctionnels dans diverses applications. Typiquement, les diagrammes fonctionnels illustrent les connexions entre de petits circuits au sein d'un dispositif plus grand ou entre différents dispositifs dans un système complexe. Les diagrammes fonctionnels sont également connus sous le nom de diagrammes de blocs car ils présentent l'opération fondamentale du circuit électronique. Le diagramme fonctionnel fournit une explication de base de la fonctionnalité du dispositif, servant de précurseur aux informations plus détaillées présentées dans un schéma électrique.

Schéma électrique :

Ouvrons le bloc de l'amplificateur audio du diagramme fonctionnel ci-dessus et voyons ce qu'il y a à l'intérieur. Conformément à la pratique standard de dessin schématique, chaque composant doit porter une étiquette alphanumérique unique pour le désigner. Les composants sont identifiés uniquement par leurs symboles schématiques ainsi que par des désignations de valeur ou des désignations de pièces standard de l'industrie.

En utilisant l'exemple fourni, nous savons que le transistor est de type 2N2222, et que les résistances ont des valeurs de 470, 33k (33 000), 330k (330 000) et 680 ohms. Le condensateur d'entrée a une valeur de 0,01 microfarad(μF) et le condensateur de sortie a une valeur de 0,1μF. Le condensateur d'émetteur, qui est connecté aux bornes de la résistance de 470 ohms, a une valeur de 4,7 μF. Ceci n'est qu'un composant du diagramme fonctionnel mentionné ci-dessus. Les diagrammes fonctionnels sont généralement abstraits et sont utilisés pour simplifier les connexions de circuit réelles.

Comment lire un circuit simple

Laissez-moi vous expliquer brièvement le but du circuit montré ci-dessus. C'est un circuit amplificateur dans une configuration d'émetteur commun à diviseur de tension. L'amplification du circuit est déterminée par les résistances qu'il contient, et peut être calculée à l'aide de formules de conception fournies dans un livre ou une fiche technique.

En lisant le circuit de gauche à droite, le signal d'entrée est donné à C2, qui agit comme un condensateur de découplage, permettant uniquement au signal AC de passer pour l'amplification. R3 et R2 définissent le point de polarisation du transistor, le plaçant dans la région d'amplification active. R1 et C1 servent respectivement de résistance de rétroaction et de condensateur de contournement, assurant la stabilité du circuit. Le collecteur du transistor agit comme la sortie, amplifiant le signal avec un certain gain. R4 est la résistance de charge connectée pour le chargement. Enfin, C3 est utilisé pour produire la sortie AC amplifiée.

Comment lire et interpréter un schéma électrique

Les schémas peuvent contenir plusieurs blocs de circuits, lus de gauche à droite ou de haut en bas. Les circuits présentent souvent des motifs répétitifs. Une fois que vous comprenez les symboles de base et leurs fonctions, vous pouvez reconnaître ces motifs, simplifiant l'interprétation des schémas complexes.

Le schéma est divisé en 4 sections, chacune est correctement étiquetée selon son application. Ce circuit est destiné à la charge d'une batterie lithium-ion de 3,7 V avec un courant maximal de 1,5 ampère.

Section 1 : Entrée

Un connecteur à 2 broches est connecté à 2 condensateurs différents. Ce connecteur est utilisé pour relier le chargeur de batterie à l'unité d'alimentation externe. L'étiquette de réseau VIN est utilisée pour connecter un bloc à un autre sans le câbler. De cette manière, un schéma propre, facile à lire, à modifier et qui fait gagner du temps peut être conçu.

Section 2 : CI Principal

C'est un circuit intégré (CI) à 17 broches. Toutes les connexions peuvent être faites conformément à la fiche technique du CI. Deux LED sont utilisées à des fins d'indication de charge. La mise à la masse, les étiquettes de réseau et les fils peuvent être correctement vus. Généralement, lors de la conception d'un grand circuit, il est recommandé de diviser l'ensemble du circuit en ce type de petits blocs et d'utiliser des étiquettes de réseau pour les connexions.

Section 3 : Contrôle de Charge

Le circuit de contrôle de charge est utilisé pour contrôler le CI, conçu conformément aux valeurs et aux connexions données dans la fiche technique du CI. L'inductance et le condensateur avec diode agissent ici comme une conversion abaisseuse. D'autres condensateurs sont utilisés pour maintenir la tension de sortie stable, et la résistance R10_CC_CTRL sert à régler le courant maximal à 1,5 ampère.

Section 4 : Sortie

Deux connecteurs sont utilisés ici : l'un pour la sortie et connecté à la batterie pour la charger. Le second sert à sélectionner entre deux batteries (1S/2S), c'est-à-dire une cellule ou deux cellules.

Parfois, plus d'un condensateur d'entrée et de sortie de différentes valeurs est utilisé, en raison des problèmes de bruit d'alimentation. Ces condensateurs court-circuitent tout bruit vers la masse et rendent le circuit exempt d'IEM (Interférences Électromagnétiques).

Comment concevoir un schéma d'aspect professionnel

Les fils sont les héros d'un schéma électrique, car ils sont utilisés pour connecter les composants entre eux. La lisibilité et la reproductibilité d'un circuit propre et correctement étiqueté sont supérieures à celles d'un circuit aléatoire. Voici quelques aspects clés des fils et des connexions dans les schémas :

Organisation : Organisez les fils de manière logique et étiquetez-les de manière appropriée pour indiquer leurs fonctions, garantissant que le courant électrique suit les chemins prévus.

Couleurs : Dans certains schémas électroniques, les fils peuvent avoir des codes couleur représentant des attributs spécifiques, tels que l'alimentation, la masse ou les connexions de signal, aidant à une identification rapide.

Terminaisons : Les connexions entre les fils et les composants, souvent représentées par des points ou des jonctions, sont des points vitaux dans le circuit où le courant se joint ou se divise.

Routage des étiquettes de réseau : Il identifie et nomme des connexions ou nœuds électriques spécifiques, simplifiant le diagramme en réduisant le nombre de fils dessinés. Il aide à indiquer clairement quels points sont connectés électriquement sans encombrer visuellement le schéma.

Dépannage avec les schémas

Isoler les Sections : Lors du dépannage, isolez des sections spécifiques du circuit à l'aide du schéma. Cela aide à réduire les problèmes potentiels et à localiser les composants défectueux plus efficacement.

Vérifier les Connexions : Examinez les connexions entre les composants. Recherchez des coupures dans le circuit, des connexions lâches ou des composants qui pourraient avoir échoué.

Tension et Courant : Utilisez le schéma pour comprendre les valeurs de tension et de courant attendues à différents points du circuit. Cette information est inestimable pour diagnostiquer les problèmes.

Pratique et Ressources

Entraînez-vous à lire les schémas électriques en travaillant sur des circuits simples. Expérimentez en créant vos propres schémas pour des circuits de base afin de renforcer votre compréhension. Explorez les ressources en ligne, les tutoriels et les outils interactifs qui offrent des conseils supplémentaires sur la lecture des schémas électriques. Des sites Web comme JLCPCB proposent des articles de blog pour expliquer en profondeur les concepts de schéma, de symbole et de conception de PCB.

Conclusion

La lecture des schémas électriques est une compétence fondamentale pour quiconque travaille avec l'électronique ou les systèmes électriques. En vous familiarisant avec les symboles, en comprenant le flux des circuits, et en pratiquant avec des exemples concrets, vous pouvez gagner en confiance dans l'interprétation de ces plans essentiels. Que vous poursuiviez une carrière en électronique ou que vous souhaitiez simplement améliorer vos compétences en bricolage, la capacité de lire les schémas électriques ouvre un monde de possibilités pour comprendre et travailler avec les systèmes électriques.