Mes seconds pas en Électronique

Voir Projet 1 pour les composantes nécessaires pour Mes seconds pas en Électronique.

Croiriez-vous qu'avec seulement 11 composants, vous pouvez construire un circuit qui déclenche une alarme lorsqu'une lumière s'allume ?

Ou encore qu'il est possible de construire un clavier pour la gamme de do majeur avec seulement 23 composants, dont 8 sont les touches ?

Vous construirez ces circuits dans les projets 9 et 11, respectivement, ainsi que plusieurs autres circuits d'apparence complexe dans d'autres projets, et chacun d'eux ne vous prendra qu'une heure ou deux !

Le secret de la simplicité de ces circuits réside dans une innovation remarquable : le circuit intégré (CI, IC).

Dans ce projet, l'un des IC les plus populaires au monde, le timer 555, effectue la majeure partie du travail dans un circuit à sept composants qui fait clignoter automatiquement une LED.

Ensuite, vous utilisez un autre composant (nouveau pour vous), appelé potentiomètre, pour faire varier la fréquence de clignotement en tournant simplement un bouton. 

Qu’est-ce qu’un circuit intégré ?

Tous les circuits des projets 2 à 7 utilisent des composants discrets, c’est-à-dire des dispositifs électroniques individuels tels que des résistances, des condensateurs, des LED et des transistors.

Vous connectez ces composants au fur et à mesure de la construction de votre circuit.

Un circuit intégré (IC) contient de quelques dizaines à plusieurs milliards (oui, des milliards !) de composants, regroupés dans un seul dispositif qui tient dans la paume de la main.

Les composants d’un IC ne sont pas simplement assemblés au hasard dans le boîtier.

Ils sont connectés pour former un circuit miniature qui réalise une ou plusieurs fonctions, comme compter ou additionner deux nombres.

Parmi lesIC les plus complexes figurent les microprocesseurs, qui effectuent la majeure partie du travail nécessaire au fonctionnement de votre ordinateur portable, tablette, Smartphone et autres appareils.

Les microprocesseurs, qui contiennent des millions (voire des billions) de minuscules transistors et autres composants, réalisent de nombreuses fonctions et sont souvent considérés comme le cerveau de l’informatique.

Découvrez quelques puces

La figure 8-1 présente différents circuits intégrés, souvent appelés puces.

À l'intérieur de chaque boîtier en plastique noir se cache un minuscule circuit.

Les broches qui dépassent du boîtier sont des fils conducteurs permettant de connecter les composants du circuit au monde extérieur.

Image au microscope d'une puce de circuit intégré utilisée pour contrôler des écrans LCD.

Les broches sont représentées par les cercles foncés entourant le circuit intégré.

Structure schématique d'une puce CMOS telle que fabriquée au début des années 2000.

Le schéma représente des transistors LDD-MISFET sur un substrat SOI avec cinq couches de métallisation et une bille de soudure pour le montage flip-chip.

Il illustre également les sections FEOL (front-end of line), BEOL (back-end of line) et les premières étapes du processus de fabrication.

Les circuits intégrés couramment utilisés en électronique de base possèdent généralement 8, 14 ou 16 broches, tandis que les microprocesseurs avancés en possèdent des centaines !

Puisqu'un circuit intégré (IC) ne possède pas de source d'alimentation, au moins deux broches sont utilisées pour connecter une batterie ou une autre source d'alimentation au circuit interne.

En quelque sorte, le IC représente un étage d'un circuit à plusieurs étages :

en connectant les broches de composants discrets aux broches du IC, on connecte les étages d'un circuit plus complexe.

Chaque IC possède un numéro de modèle (entre autres informations) gravé sur son boîtier.

Ce numéro de modèle indique la fonction du IC (enfin, pas explicitement ; il vous faudra peut-être le rechercher pour la connaître.

Des milliers de IC différents sont disponibles aujourd'hui, et chacun possède une fiche technique (datasheet) qui décrit précisément son fonctionnement, sa consommation électrique et l'utilité de chaque broche.

Pour les projets de Mes seconds pas en Électronique, vous n'aurez pas besoin de la fiche technique, car je vous explique précisément comment utiliser chaque IC dans votre circuit.

Attention au brochage !

Ne faites jamais de connexions aléatoires aux broches d'un IC en pensant pouvoir simplement « explorer » différentes manières de le faire fonctionner.

On ne peut même pas compter sur l'identité des connexions d'alimentation pour deux circuits intégrés différents ayant le même nombre de broches.

Chaque modèle de circuit intégré étant différent, chaque brochage l'est également.

Le brochage indique l'affectation des broches, c'est-à-dire comment chaque broche est utilisée à l'intérieur de la puce.

Bien que l'affectation des broches diffère d'un circuit intégré à l'autre, la méthode pour identifier la broche 1, la broche 2, etc., reste la même pour tous les circuits intégrés courants.

Voici comment identifier les broches des circuits intégrés courants (voir figure 8-2) :

Repérez le repère d'horloge, qui peut être une petite encoche, une petite dépression ou une bande blanche ou colorée sur le boîtier (on ne va pas se compliquer la vie !).

Posez le circuit intégré de manière à ce qu'il semble tenir debout sur ses broches, et orientez-le de sorte que le repère d'horloge soit au nord (12 h) ou au nord-ouest (11 h) de la puce.

La broche en haut à gauche (la plus proche du repère d'horloge) est la broche 1.

Les broches sont numérotées dans le sens antihoraire (c'est-à-dire dans le sens inverse de la rotation des aiguilles d'une horloge).

La dernière broche (broche 8, 14, 16, etc.) est la broche en haut à droite.

Découvrez le timer 555 Voir aussi la section 555

Le 555 (illustrée sur la figure 8-3, avec les étiquettes des broches ajoutées) est une véritable machine à chronométrer dans un format minuscule.

Cette puce à 8 broches peut réaliser plusieurs fonctions de temporisation, selon son branchement dans un circuit.

Le fonctionnement du circuit intégré 555 est assez technique et je ne l'expliquerai pas en détail (j'espère que vous ne serez pas trop déçu).

Voici l'essentiel à savoir sur le circuit intégré 555 pour les projets présentés dans ce livre :

Les broches 1 et 8 servent à l'alimentation.

Connectez la borne positive d'une pile à la broche 8 et la borne négative à la broche 1.

Les broches 2, 4, 5, 6 et 7 permettent de contrôler le fonctionnement interne du circuit intégré.

Vous connectez des composants électroniques (généralement des résistances ou des condensateurs) ou des niveaux d'alimentation (côté positif ou négatif d'une batterie) à ces broches selon une configuration précise afin de faire fonctionner le circuit intégré 555 d'une manière particulière.

La broche 3 est la broche de sortie.

Selon son fonctionnement interne, la broche de sortie est soit activée, soit désactivée.

Concrètement, elle est soit à la tension de la batterie (état activé), soit à zéro (état désactivé).

En électronique, l'état activé est appelé « haut (1)» et l'état désactivé « bas (0)».

Le but est de connecter à la broche de sortie un composant que vous souhaitez contrôler avec la puce, comme une LED (avec une résistance de protection).

 Lorsque la broche de sortie est à l'état haut, la LED est allumée.

Lorsqu'elle est à l'état bas, la LED est éteinte.

Dans ce projet, vous devez utiliser la minuterie 555 pour faire clignoter une LED, puis faire varier la fréquence de clignotement.

Les étapes de la section « Construction du circuit LED clignotant » vous guident pas à pas pour connecter votre pile aux broches 1 et 8, votre LED (avec une résistance de protection) à la broche 3, et quelques résistances et condensateurs aux autres broches.

La disposition et les valeurs des résistances et des condensateurs déterminent précisément quand et pendant combien de temps la broche de sortie passe à l'état haut ou bas.