Débuter en électronique

Cette page pose quelques points de départ pour les débutants en électronique, surtout pour ceux qui sont nuls. Comment regarder son premier composant électronique ? Comment lire un schéma électronique ? Par quel type de schéma commencer ? Quels composants standards mettre en stock ? Comment faire les soudures ? Comment faire un circuit imprimé ? etc...

Comment regarder son premier composant électronique ?

Avant d'aller plus loin, j'aimerais citer ici le courrier d'une maman qui souhaite que ses enfants, qui étudient l'électronique à l'école, abordent cette activité avec un regard plus "compréhensif" :

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Mes enfants font beaucoup de kits électroniques au collège , ils savent souder des kits compliqués mais sans jamais comprendre ce qu'ils font ! Du coup ils n'y trouvent pas plus d'intérêt que dans une recette de cuisine. C'est pourquoi j'ai recherché par moi même sur internet, ce qu'il y avait d'intéressant là dedans. Je vous avoue je n'y connaissais rien de rien avant la semaine dernière... Juste un petit bémol concernant votre site : il manque les tous premiers chapitres (ceux qu'on trouve nulle part sur internet, quand on est un VRAI débutant COMPLET), à savoir :

1 - comment illuminer ma toute première LED sur ma plaque à essai, sans qu'elle grille, et sans qu'il soit indiqué quoi que ce soit sur l'emballage des LEDs (emballages faits pour les initiés il faut croire) !

2 - idem pour mon premier transistor

3 - idem pour mon premier condensateur

4 - voir ma première LED clignotante

Bon pour vous ça n'a rien de palpitant, mais pour mes enfants, je vous prie de croire que le point 1 suffit à ce qu'ils soit mordus (et non pas démoralisés).
Bonne continuation pour votre site et votre bouquin, et si vous voulez qu'ils participent à vos illustrations il suffit de leur demander je pense.
cordialement,

une maman persévérante
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Ce courrier résume fort bien la situation et un des questionnements récurrents posés par les débutants : l'assemblage sans acquisition parfaite des connaissances de base est-il une bonne méthode pour commencer l'électronique ? Peut-on s'en sortir avec les informations minimales fournies à gauche et à droite ? Pour ce point je suis très partagé, mais je pense, par expérience personnelle vécue, que c'est tout à fait possible. J'ai réalisé mon premier montage électronique sans rien connaitre des composants, et j'ai dès cet instant été conquis par ces deux petites ampoules qui clignotaient alternativement. Oui mais... j'étais assisté de mon papa, qui connaissais bien tout ça et m'a bien aidé. Quid de ceux qui veulent commencer et qui n'ont personne dans leur entourage qui peut les appuyer, au moins au début ? Internet ? Les livres ? C'est le sujet principal de la page relative à l'ouvrage L'électronique pour les débutants, où l'auteur souhaitais aborder tous ces points qui me paraissent essentiels pour partir du bon pied.

L'électronique pour les débutants Vraiment dédié débutants ! De la théorie simple, pas de grandes formules mathématiques, car on n'en a pas besoin pour se faire une idée générale des choses.  Paru le 23 juin 2011 chez l'éditeur Publitronic / Elektor. ISBN 978-2-86661-180-4

Les exemples cités dans le courrier qui précède sont flagrants : une LED est un composant polarisé qui grille facilement si on ne l'utilise pas correctement, et le manque d'informations peut facilement amener à ce genre de désagrément, qui fait pourtant partie d'une des expériences "ludique et volontaire" que je propose dans mon livre ! Parce que pour moi, faire griller une LED volontairement ne donne pas les mêmes joies que de voir griller une LED par accident. Vous n'avez pas envie de dépenser 10 centimes pour voir une LED griller ? Je vous comprend tout à fait, et c'est pourquoi j'ai déjà prévu (j'en parle un peu en avance) d'envoyer quelques composants à maltraiter à qui m'en ferait la demande... mais uniquement pour appuyer les textes de mon livre, sinon je n'ai pas fini ! Je voudrais aussi revenir sur deux phrases de la maman en question : 
Du coup ils n'y trouvent pas plus d'intérêt que dans une recette de cuisine
J'adore faire la cuisine, et pourtant je n'y connais quasiment rien ! J'ai appris à faire de la sauce béchamel à partir d'une recette dans un bouquin, personne ne m'a donné de conseil. La première fois, grumeaux et brulures... complètement ratée ! Puis au fil du temps, j'ai appris, en suivant toujours la même et unique recette dont je disposais. Pour moi, le texte (la recette) était bon(ne), mais la pratique nécessitait quelques ajustements. Maintenant je sais faire parfaitement cette sauce ;-)

Comment lire un schéma électronique ?

Un schéma électronique peut paraître complexe quand on l'aborde la première fois. Il faut dire qu'il peut comporter beaucoup de petits symboles, des valeurs, des annotations, des renvois... Mais bien souvent pourtant, un schéma complexe n'est ni plus ni moins qu'un assemblage de plusieurs parties de schéma simples. Cette "simplicité cachée" se dévoile au fil des lectures et des expérimentations, même si certains schémas sont moins clairs que d'autres. Il ne faut pas oublier que les personnes qui les dessinent sont comme vous et moi - humaines, et on a chacun notre façon de faire... Cela peut paraître évident, mais pour s'habituer à lire des schémas, il vaut mieux commencer avec des schémas simples, dotés d'une ou deux fonctions seulement. Essayer de plonger tête baissée dans une grosse réalisation fait peur et même avec beaucoup de courage, on risque de se tromper en plusieurs endroits. Auriez-vous l'idée de laisser entre les mains d'un enfant de 4 ans qui apprend tout juste à lire, un livre de Stephen King, condensé de petite lettres sur plus de 700 pages ? Non bien sûr, on commence avec Petit ours brun ou avec Léo et popi.

Savoir lire un schéma électronique, c'est avoir connaissance des points suivants :

- Chaque symbole d'un schéma représente un composant ou une partie d'un composant : un composant physique (réel) tel qu'une résistance, un condensateur ou un transistor, est représenté par un symbole électrique. Parfois, un seul et même composant physique est représenté en deux morceaux, à deux endroits différents dans un même schéma (cas de certains circuits intégrés ou de relais par exemple). Il faut donc apprendre à reconnaitre les symboles des schémas pour savoir à quels composants électroniques ils correspondent. Reconnaitre un composant d'après son symbole.

- Pour qu'un montage électronique fonctionne, il faut raccorder entre eux plusieurs composants, en soudant entre elles leurs pattes de connexion. Les liaisons entre pattes peuvent être réalisées "en l'air" - c'est à dire directement et sans aucun support, ou être assurées par des pistes de cuivre - ou même des fils électriques - sur un circuit imprimé. Mais quelque soit le mode de raccord choisi, il faut savoir quelles pattes de composant doivent être raccordées entre elles. Et pour cela, il faut reconnaitre les conventions de dessin utilisées par le dessinateur.

Exemple de correspondance entre un schéma et une réalisation pratique

Pour vous aider à comprendre comment faire le lien entre schéma et réalisation, j'ai pensé qu'un petit exemple volontairement "éclairci" serait le bienvenu. Je vous laisse regarder les schéma et photo qui suivent, qui correspondent à un petit clignotant double où deux LEDs s'allument alternativement.

 

Sur le schéma de gauche, on trouve 10 symboles de composants, en plus de la pile de 9V dénommée BAT1. Nous avons en effet 4 résistances (R1 à R4), 2 condensateurs (C1 et C2), 2 transistors (Q1 et Q2) et 2 LEDs (D1 et D2). Ces 10 composants sont interconnectés aux endroits du schéma où il y a des points rond. On peut assimiler ces points ronds à des soudures, et ainsi aisément faire la correspondance avec la réalisation pratique montrée sur la photo de droite, où l'on retrouve nos 10 composants, câblés selon les indications du schéma.

Par quel type de schéma commencer ?

Ne pas commencer avec un schéma complexe ou présentant des dangers élevés, même si la réalisation est un vieux rêve auquel on attache une grande importance. Quand j'étais enfant, j'ai trouvé le schéma d'un instrument de musique électronique dont le principe de fonctionnement était génial. J'avais grande envie de le réaliser, mais je ne comprenais pas grand chose au schéma.

J'ai attendu bien des années avant de le réaliser (il s'agissait d'un Theremin) ! 

Je déconseille de débuter en électronique avec les montages du type suivant :

- amplificateurs de puissance BF à lampes, principalement parce que des tensions élevées sont mises en oeuvre.

- amplificateurs de puissance RF à transistors, trop de risque de cramer des composants coûteux.

- alimentation secteur de forte puissance, parce qu'une erreur de manipulation peut provoquer de graves dégâts matériels et/ou physique.

- montages "avancés" à microprocesseurs, parce qu'il faut déjà avoir de bonnes bases sur les règles générales de l'électronique de base.

J'invite fortement le débutant à commencer avec des montages simples, pour se faire la main tant pour la lecture des valeurs et références, que pour l'apprentissage des soudures. Parmi les montages simples, citons par exemple :

- les sirènes modulées (exemple)
- les petits émetteurs FM (exemple)
- les jeux de lumière à leds, tels les chenillards (exemple)
- les petits orgues musicaux monodiques

De préférence commencer avec un montage qui touche au son ou à la lumière, on crie plus facilement sa joie quand ça fonctionne ;-)

Une amie m'a donné il y a peu, un petit livret qu'elle a retrouvé dans un vieux Spirou de 1960, destiné aux enfants :

 
Un poste récepteur OC (Ondes Courtes) à lampes, à faire soi-même. Intéressant, non ?

Quels composants standards mettre en stock ?

Quand on découvre qu'il existe plusieurs centaines de milliers de références dans le monde des composants électroniques, on peut prendre peur. Mais soyez rassurés, car avec seulement quelques composants "typiques" très connus, bien distribués et peu onéreux, on peut déjà faire pas mal de choses. Vous trouverez ci-dessous quelques références que vous reconnaitrez très vite si vous aimez bien "lire" les schémas électroniques.

Transistors

Il existe tant de transistors de tout genre... des petits, des gros, en plastique, en métal. Les modèles proposés ci-après sauront se rendre utiles dans plus de 90 % des applications.

Transistors bipolaires de petite puissance

- NPN : BC237, 2N2222, 2N1711
- PNP : BC307, 2N2907, 2N2905

Transistors bipolaires de moyenne et forte puissance

- NPN : BD241C, BDX53C, 2N3055, BDV65B
- PNP : BD242C, BDX54C, (2N2955), BDX18, BDV64B

Transistors FET

- Canal N : 2N4416, 2N3819
- Canal P : aucune référence proposée, très peu de montages en font usage.

Circuits intégrés (CI)

Et que dire du nombre de circuits intégrés disponibles, toutes catégories confondues !

Amplificateurs opérationnels (AOP ou ALI)

- AOP simples : LM741, TL071, TL081, NE5534
- AOP doubles : TL072, TL082, NE5532
- AOP quadruples : TL074, TL084

Circuits logiques CMOS

CD4011 (portes NAND), CD4013 (bascules D), CD4017 (compteur décimal 10 sorties), CD4060 (compteur binaire), CD4066 (portes analogiques)

Régulateurs de tension

- Régulateurs positifs : LM7805 (+5V), LM7812 (+12V), LM317 (ajustable +1,25V à +30V)

- Régulateurs négatifs : LM7905 (-5V), LM7912 (-12V), LM337 (ajustable -1,25V à -30V)

Diodes

Pour assemblage de fonctions logiques, pour se faire sa petite alimentation secteur, la diode est très demandée elle aussi.

Diode usage général (diodes signal)

1N914, 1N4148

Diodes de redressement "individuelles"

- petite puissance : 1N4001 à 1N4007
- moyenne puissance : BY251, BY255

Ponts de diodes moulés

B80C1000 (80V / 1A), B250C1500 (250V / 1,5A)

Résistances

Il faut tenir en stock quelques résistances de chaque valeur (5 ou 10 de chaque). Mais certaines valeurs servent plus que d'autres, telles les suivantes (en prendre 10 ou 20 de chaque) :

- 220 ohms (résistance limitation courant LED sous 5V) et 560 ohms (résistance limitation courant LED sous 12V)

- 1 KO ou 2,2 KO (résistance limitation courant base transistor courant petite puissance)

- 10 KO (résistance de charge collecteur transistor)
- 100 KO (résistance polarisation base transistor courant petite puissance)

Condensateurs

Les valeurs normalisées des condensateurs commencent par 1 pF et vont jusqu'à plus de 1 F (1000000 uF). Dans les montages de base, on emploie plus rarement des condensateurs inférieurs à 100 pF (valeurs surtout utilisées en HF) et supérieurs à 1000 uF (valeurs plutôt utilisées dans les montages de forte puissance).

Condensateurs film plastique non polarisés

100 pF à 1 uF / 63 V ou 100 V - MKH

Condensateurs chimiques polarisés

1 à 1000 uF / 40 V ou 63 V

Potentiomètres

Dans beaucoup de montages, la valeur exacte d'un potentiomètre n'est pas critique. Bien souvent, un potentiomètre de 47 KO peut être remplacé par un potentiomètre de 100 KO (valeur normalisée directement supérieure), même si cela peut bien entendu affecter la facilité de réglage puisque la plage de manoeuvre initiale se trouve concentrée sur une surface plus réduite. C'est pourquoi la liste des valeurs que je propose ci-après pour les potentiomètres de tableau ne comporte pas toutes les valeurs possibles.

Potentiomètres de tableau

1 KO - 4,7 KO - 10 KO - 47 KO - 100 KO - 470 KO - 1 MO (piste carbone ou plastique)

Potentiomètres ajustables

1 KO - 2,2 KO - 4,7 KO - 10 KO - 22 KO - 47 KO - 100 KO - 220 KO - 470 KO - 1 MO (marque Piher ou sfernice, montage horizontal)

Optoélectronique

L'optoélectronique regroupe tout ce qui à trait à la lumière, tels les LEDs, les afficheurs à LEDs ou les photorésistances. Je vous suggère de tenir en stock au moins un afficheur 7 segments de type anode commune et un autre de type cathode commune.

Afficheurs 7 segments

- Anode commune : HD1131, TIL701, DL507, MAN6760, HDSP5301
- Cathode commune : HD1133, TIL702, DL500, MAN6780, HDSP5303

LEDs

Au moins 5 LEDs rouges, autant de vertes et de jaunes.

Relais

Le relais peut sembler à certains un composant dépassé, mais il est encore pratique dans nombres d'applications, surtout quand il s'agit d'avoir une excellente isolation entre deux parties électriques. Les modèles les plus classiques sont ceux disposant de un ensemble de contacts (1 RT) ou de deux ensembles de contacts (2 RT). A moins de vous lancer dans des circuits de forte puissance, les tensions de service des relais dont vous pourrez avoir besoin seront certainement 5V, 6V ou 12V. Choisissez de préférence des marques connues telles que Siemens, Omron, Clare, NTE, Magnecraft ou SDS.

Exemples de relais 1 RT 5 V

- Omron : G2R-14-DC5, G2R-1E-DC5
- Magnecraft : W172DIP-1
- NTE : NTE-R22-5

Exemples de relais 1 RT 12 V

- Omron : G2R-14-DC12, G2R-1E-DC12
- Magnecraft : W172DIP-145
- NTE : NTE-R22-12

Exemples de relais 2 RT 5 V

- Omron : G2R-24-DC5, G2R-2S-DC5
- Magnecraft : W172DIP-17
- NTE : NTE-R40-5

Exemples de relais 2 RT 12 V

- Omron : G2R-24-DC12, G2R-2S-DC12
- Magnecraft : W172DIP-13
- NTE : NTE-R40-12

Comment faire les soudures ?

C'est un vaste sujet, mais ce n'est finalement pas si compliqué. Faire de bonnes soudures exige deux choses :

- avoir du bon matériel (bon fer à souder, bonne soudure, composants pas rouillés);

- pratiquer !



Voir pages suivantes :
Fer à souder
Tutoriel soudure

Comment faire un circuit imprimé ?

Il existes plusieurs méthodes, plus ou moins professionnelles. Fabriquer un circuit imprimé tel que ceux que l'on le voit dans les réalisations commerciales (radios, télés, ordinateurs) demande un minimum de matériel, qu'il vaut mieux posséder si on s'engage dans la réalisation d'un grand nombre de circuits, mais qui est loin d'être indispensable pour des réalisations ponctuelles et espacées dans le temps. Pour débuter et pour des montages simples et non critiques, un petit circuit imprimé de type "expérimentation", appelé aussi "circuit à bandes", "circuit à pastilles" ou "Veroboard" peut amplement suffire. 

 

Moi-même en utilise encore après plus de 30 ans d'expérience dans le domaine, aucune raison d'avoir honte de ce type de support ! Car ce type de circuit convient très bien tant qu'on ne travaille pas à des fréquences élevées ou avec signaux électriques de faible amplitude. Plus de détails à la page Plaques d'expérimentations.



Notez qu'avec ce genre de support, on peut souder les composants autant côté "composants" que côté "cuivre", même s'il paraît plus "professionnel" de ne pas faire comme je l'ai fait sur la photo ci-avant (j'ai toutefois un argument de défense : la longueur des liaisons qui devait être faible pour ce circuit, qui travaille en haute fréquence).