Technologie des composants lectroniques
Composants passifs Composants actifs Techniques dassemblage
Jol Redoutey
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Rsistances
Valeur ohmique (en mWWWW, WWWW, kWWWW, MWWWW) Tolrance (prcision en %) Valeurs normalises (sries E..) Dissipation de puissance Coefficient de temprature Technologies
Caractristiques principales:
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Rsistances
Tolrance et sries normalises
Toutes les valeurs de rsistance ne sont pas disponibles.En fonction de la tolrance (prcision en %), pour chaque dcadeon choisit une valeur parmi une srie de N valeurs donnes par :
Nn
R 10= [ ]Nn ,1
Les sries les plus courantes sont E12 (10%, N=12) et E24 (5%, N=24)
Chaque valeur est telle que sa tolrance
recouvre lgrement celle des valeurs adjacentes.
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Rsistances
Symbole
Europen Amricain
MarquageEn clair10R 10 W3K3 3,3 kW1M 1 MW
100 10 W101 100 W474 470 kW
CMS Code de couleurs
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Rsistances
Puissance maximale admissibleLes rsistances couche de carbone couramment utilisesen lectronique ont une dissipation de 0,25W.
Pour des dissipations suprieures on utilise souvent desrsistances bobines.
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Rsistances couche de carbone
Elles se reconnaissent par leur forme plus paisse sur les bords
et par leur laque beige/brun clair.
Principe de fabrication:
Le carbone est dpos en une fine couche autour dun cylindre
isolant. La valeur est ajuste par des stries visibles en grattant
la surface laque.
Avantages:
Relativement robustes mcaniquement, conomiques et disponible
en srie 10%, 5% et 2%.
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Rsistances couche mtallique
Elles se reconnaissent par leur forme plus paisse sur les bords. Nous pouvons les rencontrer avec des laques de toutes sortes de couleurs: Vert clair, bleu ple, vert fon, jaune, etc.Principe de fabrication:Une fine couche de mtal est dpos la surface dun support isolant. Les stries visibles, en grattant la laque, permettent lajustement de la valeur ohmique.Avantages:Elles produisent beaucoup moins de bruit que les rsistances aucarbone. Bonne stabilit en temprature et dans le temps.Ce sont les plus rpandues aujourdhui.
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Rsistances bobines
Reconnaissables par leur taille, linscription, ou le fil enroul
souvent visible.
Principe de fabrication:
Le plus souvent constitue dun fil enroul sur un mandrin
isolant en matire rfractaire et recouverte dune couche de
protection (vernis, mail, ciment ou verre).Leur inductance propre en interdit lusage en hautes frquences.Utilisables jusqu 10 watts environ.
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Rsistances bobines de forte puissance
Se reconnaissent au systme de fixation mcanique qui permet
une fixation sur un radiateur pour augmenter la dissipation.
Les valeurs de R et P sont gnralement inscrite en toute lettre.
Principe de fabrication:
Le plus souvent constitue dun fil enroul sur un mandrin
isolant en matire rfractaire et recouverte dune couche de
protection (vernis, mail, ciment ou verre).Botier adapt au refroidissement par conduction.Utilisables de 5 50 watts environ.
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Rsistances CMS
Format 1206:3,2 x 1,6 x 1,3 mm
Melf
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Potentiomtres
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Condensateurs
Fonction Principales caractristiques Technologies symboles
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Fonction dun condensateur
Rservoir dnergie Filtrage Liaison Dcouplage Accord
Les caractristiques essentielles d un condensateur dpendent de sa technologie.Le choix d un type de condensateur se fait en fonction de son utilisation
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Caractristiques d un condensateur
Capacit (en pF, nF ou F) Tension de service (en V) Tolrance (en %) Coefficient de temprature (en ppm/C) Polarit ventuelle (condensateurs polariss) Type de dilectrique -pertes - ESR
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Condensateurs lectrolytiques
Ce sont des condensateurs polariss. Capacits de 1 100 000 F Large tolrance 20% Tension de service de 10V 500V Sorties axiales ou radiales Utilisation: Filtrage, liaison
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Condensateurs au tantale
Polariss Capacits de 0,1 100 F Tension de service 6,3 50V Forte capacit par unit de volume
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Condensateurs film plastique
Non polariss Capacits de 1nF 10 F environ Raliss par bobinage dun film plastique entre deuxfilms mtalliques
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Condensateurs film plastique
Dilectrique:
Polyester(1nFfifififi 10F, 50Vfifififi 600V, 10%)Les plus courants. Liaison, dcouplage
Polypropylne(1nFfifififi 1F, fifififi 2000V, 10%)Stables et prcis. Trs bon comportement impulsionnel
Polycarbonate(1nFfifififi 10F, 50Vfifififi 400V, 10%)Stables, prcis et fiables. Accord, filtres, liaison
Polystyrne(1nFfifififi 100nF, 50Vfifififi 250V, 5%)Trs stables en temprature. Accord, liaison
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Condensateurs cramique
Non polariss
Capacit de 0,5 pF 0,5F Tension de service de 50V 200V
Disque cramique mtallis ou multicouche Caractristiques trs dpendantes du type de dilectrique
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Condensateurs cramique
Types de dilectrique
COG Trs stable, prcis, coefficient de temprature dfini(NPO fifififi 0) Capacit: 0,5 pF 10 nF. Accord, liaison, filtre...
X7R Stable, varie avec la temprature (15% entre -55Cet +125C) Capacit: 100pF 1F. Liaison, dcouplage...
Z5U Instable dans le temps et en temprature.Capacit de 1nF 4,7F. Dcouplage, filtrage...
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Condensateurs cramique multicouche
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Condensateurs cramique CMS
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Condensateurs ajustables
air
Cramique
Plastique
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Reprsentation des condensateurs
C2 et C3 sont des reprsentations amricaines( viter)
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Schma quivalent
C Capacit suppose idaleL Inductance srie quivalente (ESL)Rc Rsistance srie quivalente (ESR)Rd Rsistance reprsentant les pertes dilectriques
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Pertes dilectriquesDans un condensateur rel le courant et la tension ne sont pas parfaitement en quadrature.Langle d est appelangle de perte.On caractrise les pertes dilectriques par
Tg d = 1/RpCRp reprsente la rsistance de pertes
Vc/Rp
d
jVcC I
C
Rp
Vc
I
Diagramme des courants
Modle de condensateur
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Inductances
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circuits magntiques
Lutilisation dun noyau magntique permet de rduire le nombre de spires pour une inductance donne, donc les pertes par effet Joule.
Pot ferrite
ToreBtonnet
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Pertes dans les circuits magntiques
Il existe deux types de pertes dans les noyaux magntiques:
Les pertes par hystrsisproportionnelles la frquence
Les pertes par courants de Foucaultproportionnelles au carr de la frquence
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Caractristiques dune inductance
Valeur de l inductance (H, nH, mH, H)Rsistance ohmiqueCourant admissible (saturation magntique)
En HF, coefficient de surtension (Q = Lwwww/R)
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Transformateurs
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Composants actifs
Composants semi-conducteursEssentiellement SiliciumDeux grandes catgories: Composants discrets(diodes, transistors, FET,) Circuits intgrs(ralisent une fonction bien dfinie)(Amplificateur oprationnel, fonction logiques combinatoiresou squentielles, microcontrleur,)
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Semi-conducteurs discrets
Diodes de signal Redresseurs (diodes de puissance) Transistors de signaux
bipolaires, JFET Transistors de puissance
Bipolaires, MOSFET Transistors RF
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Diode
Diple semiconducteur (silicium) conducteur dans unsens et bloquant dans lautre.
Utilisation: signal, redressement, rgulation (zener)crtage, etc.
Principales caractristiques:Intensit admissible (If)Tension inverse maximale (Vr)Rapidit (temps de recouvrement inverse)
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Reprsentation des diodes
Diode
Diode Zener
Diode Schottky
Diode Varicap
Diode lectro luminescente (LED)
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Diodes de signal
Faible intensit (jusqu 100 mA) faible tension inverse (jusqu 100V) souvent trs rapides (trr
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Diodes de redressement
Forte intensit (1 plusieurs centaines d Ampres) Tension inverse leve (jusqu 1500V) Normales ou rapides Botiers plastique fils: 1 5 A Botiers sur radiateur: 5 100A Utilisation: redressement, diode de roue libre
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Redresseur de puissance
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Transistor bipolaire
Composant semi-conducteurutilis : soit pour amplifier un signal soit comme interrupteur
NPN et PNPSignal ou Puissance
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Le premier transistor: 1947
Leffet transistor a t dcouvert en 1947 par les amricainsJohn Bardeen, William Shockley et Walter Brattain.
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Transistors effet de champ
Composant semi-conducteur utilis : soit pour amplifier un signal soit comme interrupteur
Deux familles: JFET et MOSFETDeux types: Canal N et Canal PMOSFET de Puissance
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Reprsentation des transistors
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Transistors de signaux
Botiers mtalliques Botiers plastique
TO18 TO39 TO92 CMS
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Transistors de signaux
Brochage
TO18 TO39 TO92
Lergot marque lmetteur
SOT23 SOT223
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Transistors de Puissance
TO3 TOP3 TO220AB
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Circuits intgrs
Deux grands types: Analogiques ou numriquesIl existe des circuits mixtes (analogiques et numriques)
Plusieurs familles technologiques dans chaque type: Analogique: bipolaire, Bifet, Numrique: TTL, CMOS, NMOS,
Plusieurs types de botier pour chaque circuit
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Circuits intgrs linaires
Amplificateurs oprationnels Comparateurs Rgulateurs
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S
V-
V+
Amplificateur oprationnel
Composant 5 broches
Alimentation simple ou symtrique
Un, deux ou quatre amplis par botier
Grand nombre de circuits aux performances diffrentes:usage courant, rapides, de prcision, rail to rail, faible bruit,faible consommation, de puissance, etc.
Le choix d un circuit se fait en fonction de l application.
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Circuits dalimentation(Power supply)
Rgulateurs de tension:Fixe, variable, faible chute, positif, ngatif
Rfrences de tension ou de courantCircuits de commande pour alimentation dcoupageConvertisseurs Continu-ContinuSuperviseurs
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Circuits logiques
Logique positive:
+Vfifififi 10V fifififi 0
Plusieurs familles (TTL, CMOS, )Les circuits d une mme famille sinterfacent directementTrs grand choix de fonctions:NAND, NOR, Bascules, Compteurs, Multiplexeurs,
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Circuits logiques TTL
Famille de circuits logiques transistors bipolairesTrs grand choix de fonctionsAlimentation 5V
Rapide, consommation levePlusieurs variantes: S, LS, ALS, F, ...
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Inverseur TTL
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NAND TTL
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Totem ple vs open collector
Sortie totem pole Sortie collecteur ouvert
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Circuits logiques CMOS
Famille de circuits logiques MOSFET complmentaires(combinaison canal N et canal P)Trs grand choix de fonctionsAlimentation 5V (jusqu 15V pour la srie 4000)Faible consommation Plusieurs variantes: 4000, HC, HCTPlus ou moins compatible avec la famille TTL.
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Inverseur CMOS
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Portes CMOS
NOR NAND
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Circuits programmables
MicroprocesseursMicrocontrleursPAL, FPGADSP
Intel 80486DX2
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Microprocesseurs
2001: 42 millions de transistors
1979: 17 000 transistors1971: 2300 transistors
1997: 27 millions de transistors
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Techniques dassemblage
Circuit imprim:simple face, double face , multicouchesTrous mtalliss, viasStandard FR4, 1,6 ou 0,8 mm, 35m de cuivreComposants fils ou CMSBrasage l tain-plomb, soudure la vague
Circuits hybrides
WrappingRserv au prototypage
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Composants fils ou monts en surface
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Botier DIL (ou DIP)
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Circuit traditionnel
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Botier SOP (small outline package)
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Botiers CMS
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Packaging
Alimentation de PC
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Conception et ralisation d un circuit imprim
CONCEPTIONSaisie de schmaEtablissement de la netlist (liste des quipotentielles)Placement-Routage fifififi film (typon) et fichier de perage
REALISATIONDcoupe d une plaque prsensibilisePerage des trousMasquage, insolation, rvlationGravure chimique (perchlorure de fer)Etamage des pistes
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Epoxy standard FR4
Epoxy 16/10 mm
Cuivre 35mCouche photosensible 2,5m
r = 4,6 4,8
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INTENSITE ADMISSIBLE DANS UNE PISTE DE CIRCUIT IMPRIME DDDDT=20C
A13,011,29,78,36,85,23,82,71,3
mm7,15,04,53,52,51,81,140,720,4
LARGEUR DU CONDUCTEUR en mm
INTENSIT ADMISSIBLE EN AMPERESPOUR UNE ELEVATION DE TEMPERATURE DE 20C
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Dcoupe des plaques
Plaque pr-sensibilise Film de protection
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Perage du circuit
Fichier GERBER
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Insolation UV
typon
Tube UV
Plaque pr-sensibilise
Tube UV
Tube UV
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Rvlation
cuivrersine
epoxy
La rsine insole est dissoute par un rvlateur chimique
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Attaque chimique du cuivre
Pistes en cuivreepoxy
FeCl3 + Cu FeCl2 + CuClsuivi de: FeCl3 + CuCl FeCl2 + CuCl2
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tamage des pistes
Chimique tamage au rouleau
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Insertion des composants
insertion automatique insertion manuelle
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Soudage au fer
Fer souder rgul en temprature
Soudure Sn-Pb 60/40 avec flux dcapantTemprature de fusion 183-188C
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Norme RoHS
Suppression du plomb dans les alliages de soudure
217-218Sn-4Ag-0,5Cu
221Sn 3,5 Ag
227Sn 0,7Cu
183Sn 37 Pb
T fusion CAlliage
Quelques alliages de substitution
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Soudage la vague
Bain de soudure en fusion
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Assemblage de CMS
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Dpose de la pte souder
Par srigraphie
Par dispenser
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Placement des composants
Machine de placement automatique
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Refusion
Four refusion infra rouge
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Carte mre de PC
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Circuit mont en surface
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Evolution technologique
Intgration monolithique de plus en plus pousse:
Exemple de la tlphonie mobile
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Nokia 3210
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Nokia 8910
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Chip on board
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Carte puce
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Hybride couche paisse
Substrat cramique (Al2O3, AlN, BeO) mtallisRsistances srigraphies
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Wire Wrapping
Les connexions sont ralises par simple
enroulement d un fil monobrin autour dun
contact carr ou rectangulaire.
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Plaquettes dessais sans soudure
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Plaquettes d essais
Bus d alimentation
Contacts relis
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ENIAC: le premier ordinateur 1946