Créer des circuits de résistance simples

Au cours de votre apprentissage de l'électricité, vous voudrez construire vos propres circuits à l'aide de résistances et de batteries. Certaines options sont disponibles dans cette affaire d'assemblage de circuits, certaines plus faciles que d'autres. Dans cette section, j'explorerai quelques techniques de fabrication qui vous aideront non seulement à construire les circuits présentés dans ce chapitre, mais aussi des circuits plus avancés.

Utilisation de fils de connexion à pince crocodile pour la construction de circuits

Si tout ce que nous souhaitons construire est un simple circuit à une seule batterie et à une seule résistance, nous pouvons facilement utiliser une pince crocodile des cavaliers comme celui-ci :

Les fils de liaison avec des pinces à ressort de style « alligator » à chaque extrémité offrent une méthode sûre et pratique pour assembler électriquement des composants.

Si nous voulions construire un circuit en série simple avec une batterie et trois résistances, la même technique de construction « point à point » à l'aide de fils de liaison pourrait être appliquée :

Utiliser une planche à pain sans soudure pour des circuits plus complexes

Cette technique s'avère cependant peu pratique pour des circuits beaucoup plus complexes que cela, en raison de la lourdeur des jarretières et de la fragilité physique de leurs connexions. Une méthode plus courante de construction temporaire pour l'amateur est la planche à pain sans soudure , un dispositif en plastique avec des centaines de douilles de connexion à ressort joignant les extrémités insérées des composants et/ou des morceaux de fil solide de calibre 22. Une photographie d'une vraie planche à pain est montrée ici, suivie d'une illustration montrant un circuit en série simple construit sur un :

Sous chaque trou de la planche à pain, la face se trouve une pince à ressort en métal, conçue pour saisir tout fil ou fil de composant inséré. Ces pinces à ressort en métal sont jointes sous la face de la planche à pain, établissant des connexions entre les fils insérés. Le motif de connexion se joint tous les cinq trous le long d'une colonne verticale (comme indiqué avec le grand axe de la planche à pain situé horizontalement) :

Construction de circuits en série sur une planche à pain

Ainsi, lorsqu'un fil ou un fil de composant est inséré dans un trou sur la planche à pain, il y a quatre trous supplémentaires dans cette colonne fournissant des points de connexion potentiels à d'autres fils et/ou fils de composant. Le résultat est une plate-forme extrêmement flexible pour la construction de circuits temporaires. Par exemple, le circuit à trois résistances que l'on vient d'illustrer pourrait également être construit sur une maquette comme celle-ci :

Construction de circuits parallèles sur une planche à pain

Un circuit parallèle est également facile à construire sur une maquette sans soudure :

Limites de l'utilisation des planches à pain

Les planches à pain ont cependant leurs limites. Ils sont avant tout destinés aux temporaires construction uniquement. Si vous prenez une planche à pain, que vous la retournez et que vous la secouez, tous les composants qui y sont branchés se desserreront à coup sûr et pourraient tomber de leurs trous respectifs.

De plus, les maquettes sont limitées à des circuits à courant assez faible (moins de 1 A). Ces pinces à ressort ont une petite surface de contact et ne peuvent donc pas supporter des courants élevés sans un échauffement excessif.

Soudage ou enroulement de fil

Pour une plus grande permanence, on peut souhaiter choisir la soudure ou l'enroulement de fil. Ces techniques impliquent de fixer les composants et les fils à une structure offrant un emplacement mécanique sécurisé (comme une planche phénolique ou en fibre de verre avec des trous percés, un peu comme une planche à pain sans les connexions à ressort intrinsèques), puis de fixer les fils au support sécurisé. fils de composants.

La soudure est une forme de soudure à basse température, utilisant un alliage étain/plomb ou étain/argent qui fond aussi et lie électriquement les objets en cuivre. Les extrémités des fils soudées aux fils des composants ou des « plaquettes » annulaires en cuivre trop petites collées à la surface de la carte de circuit imprimé servent à connecter les composants entre eux.

Dans l'enroulement de fil, un fil de petit calibre est étroitement enroulé autour des fils de composant plutôt que soudé à des fils ou à des pastilles de cuivre, la tension du fil enroulé fournissant une jonction mécanique et électrique solide pour connecter les composants ensemble.

Cartes de circuits imprimés (PCB)

Un exemple de carte de circuit imprimé , ou PCB , destiné à un usage amateur est illustré sur cette photo :

Cette carte apparaît côté cuivre vers le haut :le côté où toute la soudure est faite. Chaque trou est entouré d'une petite couche de cuivre métallique pour la liaison à la soudure. Tous les trous sont indépendants les uns des autres sur cette carte particulière, contrairement aux trous sur une planche à pain sans soudure qui sont connectés ensemble par groupes de cinq.

Des cartes de circuits imprimés avec le même schéma de connexion à 5 trous que les maquettes peuvent être achetées et utilisées pour la construction de circuits de loisir, cependant.

Les circuits imprimés de production ont des traces de cuivre déposé sur le matériau du substrat phénolique ou en fibre de verre pour former des voies de connexion préfabriquées qui fonctionnent comme des fils dans un circuit. Un exemple d'une telle carte est montré ici, cette unité est en fait un circuit "d'alimentation" conçu pour prendre du courant alternatif (AC) de 120 volts à partir d'une prise murale domestique et la transformer en courant continu (DC) basse tension.

Une résistance apparaît sur cette carte, le cinquième composant en partant du bas, situé au milieu à droite de la carte.

Une vue du dessous de cette carte révèle les « traces » de cuivre reliant les composants entre eux, ainsi que les dépôts de soudure de couleur argent liant le composant à ces traces :

Un circuit soudé ou enroulé est considéré comme permanent :c'est-à-dire qu'il est peu probable qu'il s'effondre accidentellement. Cependant, ces techniques de construction sont parfois considérées aussi permanent. Si quelqu'un souhaite remplacer un composant ou modifier le circuit de manière substantielle, il doit investir pas mal de temps à défaire les connexions. De plus, le soudage et l'enroulement de fils nécessitent des outils spécialisés qui peuvent ne pas être immédiatement disponibles.

Bornes à bornes

Une technique de construction alternative utilisée dans le monde industriel est celle de la bande terminale . Borniers, également appelés barriers ou bornes , sont constitués d'une longueur de matériau non conducteur avec plusieurs petites barres de métal incrustées à l'intérieur. Chaque barre métallique a au moins une vis mécanique ou une autre attache sous laquelle un fil ou un fil de composant peut être fixé.

Plusieurs fils fixés par une vis sont rendus électriquement communs les uns aux autres, tout comme les fils fixés à plusieurs vis sur la même barre. La photographie suivante montre un style de bornier, avec quelques fils attachés.

Un autre bornier plus petit est montré sur la photo suivante. Ce type, parfois appelé style « européen », a des vis encastrées pour aider à éviter les courts-circuits accidentels entre les bornes par un tournevis ou un autre objet métallique :

Construction de circuits sur un bornier

Dans l'illustration suivante, un circuit à batterie unique et à trois résistances est représenté construit sur un bornier :

Si le bornier utilise des vis à métaux pour maintenir le composant et l'extrémité du fil, rien d'autre qu'un tournevis n'est nécessaire pour sécuriser les nouvelles connexions ou rompre les anciennes connexions. Certaines barrettes à bornes utilisent des clips à ressort, similaires à une planche à pain, à l'exception d'une robustesse accrue, engagés et désengagés à l'aide d'un tournevis comme outil de poussée (aucune torsion impliquée). Les connexions électriques établies par un bornier sont assez robustes et sont considérées comme adaptées à la fois aux constructions permanentes et temporaires.

Traduire un diagramme schématique en une disposition de circuit

L'une des compétences essentielles pour toute personne intéressée par l'électricité et l'électronique est d'être capable de « traduire » un schéma de principe en un schéma de circuit réel où les composants peuvent ne pas être orientés de la même manière.

Les diagrammes schématiques sont généralement dessinés pour une lisibilité maximale (à l'exception de ces quelques exemples remarquables esquissés pour créer un maximum de confusion !), mais la construction de circuits pratiques exige souvent une orientation différente des composants. Construire des circuits simples sur des borniers est une façon de développer la capacité de raisonnement spatial consistant à « étirer » des fils pour créer les mêmes chemins de connexion.

Traduire un circuit parallèle simple en un schéma de circuit

Prenons le cas d'un circuit parallèle à une seule batterie et à trois résistances construit sur un bornier :

Passer d'un diagramme schématique agréable et soigné au circuit réel, en particulier lorsque les résistances à connecter sont physiquement disposées de manière linéaire mode sur le bornier - n'est pas évident pour beaucoup, alors je vais décrire le processus étape par étape. Tout d'abord, commencez par le schéma de principe propre et tous les composants fixés au bornier, sans fils de connexion :

Ensuite, tracez la connexion du fil d'un côté de la batterie au premier composant du schéma, en fixant un fil de connexion entre les deux mêmes points sur le circuit réel. Je trouve utile de sur-dessiner le fil du schéma avec une autre ligne pour indiquer les connexions que j'ai faites dans la vraie vie :

Continuez ce processus, fil par fil, jusqu'à ce que toutes les connexions du schéma de principe aient été prises en compte. Il peut être utile de considérer les fils communs à la manière de SPICE :effectuez toutes les connexions à un fil commun dans le circuit en une seule étape, en vous assurant que chaque composant connecté à ce fil a effectivement une connexion à ce fil avant de continuer au suivant. Pour l'étape suivante, je vais montrer comment les côtés supérieurs des deux résistances restantes sont connectés ensemble, ce qui est commun avec le fil fixé à l'étape précédente :

Avec les côtés supérieurs de toutes les résistances (comme indiqué dans le schéma) connectés ensemble et à la borne positive (+) de la batterie, il ne nous reste plus qu'à connecter les côtés inférieurs ensemble et à l'autre côté de la batterie :

En règle générale, dans l'industrie, tous les fils sont étiquetés avec des étiquettes numériques, et les fils électriques communs portent le même numéro d'étiquette, tout comme ils le font dans une simulation SPICE. Dans ce cas, nous pourrions étiqueter les fils 1 et 2 :

Une autre convention industrielle consiste à modifier légèrement le schéma de principe afin d'indiquer les points réels de connexion des fils sur le bornier. Cela exige un système d'étiquetage pour la bande elle-même :un numéro « TB » (numéro du bornier) pour la bande, suivi d'un autre numéro représentant chaque barre métallique de la bande.

De cette façon, le schéma peut être utilisé comme une « carte » pour localiser des points dans un circuit réel, quelle que soit la complexité et l'enchevêtrement du câblage de connexion aux yeux. Cela peut sembler excessif pour le circuit simple à trois résistances illustré ici, mais ces détails sont absolument nécessaires pour la construction et la maintenance de grands circuits, en particulier lorsque ces circuits peuvent couvrir une grande distance physique, en utilisant plus d'un bornier situé dans plus de un panneau ou une boîte.

AVIS :

• Une planche à pain sans soudure est un dispositif utilisé pour assembler rapidement des circuits temporaires en branchant des fils et des composants dans des pinces à ressort électriquement communes disposées sous des rangées de trous dans une carte en plastique.
• Soudure est un procédé de soudage à basse température utilisant un alliage plomb/étain ou étain/argent pour lier les fils et les fils de composants ensemble, généralement avec les composants fixés à un panneau en fibre de verre.
• Enrubannage est une alternative à la soudure, impliquant un fil de petit calibre enroulé étroitement autour des fils de composant plutôt qu'un joint soudé pour connecter les composants ensemble.
• Une bande terminale , également connue sous le nom de bande barrière ou bornier est un autre appareil utilisé pour monter des composants et des fils pour construire des circuits. Les bornes à vis ou les pinces à ressort lourdes fixées aux barres métalliques fournissent des points de connexion pour les extrémités des fils et les fils des composants, ces barres métalliques montées séparément sur un morceau de matériau non conducteur tel que le plastique, la bakélite ou la céramique.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur la pratique du droit d'Ohm avec feuille de travail sur les réponses
• Feuille de travail sur les circuits de la série DC avec feuille de travail sur les réponses
• Feuille de travail sur les circuits CC série-parallèle