Un dispositif électronique utilisant des bobines est appelé circuit imprimé à bobines. Ces bobines sont des composants essentiels dans un large éventail d'applications, notamment les transformateurs, les inductances, les moteurs, les systèmes de charge sans fil et les circuits RF (radiofréquence). En électronique moderne, les bobines peuvent être directement intégrées aux circuits imprimés (PCB) en structurant des pistes de cuivre en spirales ou en hélices sur des substrats tels que le FR4, le polyimide ou la céramique.
Mais qu'est-ce qu'une bobine exactement ?
En électronique, une bobine, également appelée inductance, est un composant passif constitué d'un fil conducteur (généralement en cuivre) enroulé en une série de boucles ou de spires. Cette forme enroulée lui permet de stocker de l'énergie sous forme de champ magnétique lorsqu'il est traversé par un courant électrique.
Il convient de noter que le terme « bobine » est parfois employé de manière plus générale. Par exemple, un ressort mécanique enroulé est également appelé « ressort hélicoïdal », bien qu'il n'ait aucune fonction électrique. En électronique, cependant, une bobine désigne spécifiquement un conducteur enroulé conçu pour présenter une inductance.
Lorsqu'un courant traverse un conducteur, un champ magnétique est généré autour de celui-ci, formant des cercles concentriques. La direction de ce champ suit la règle de la main droite : si vous pointez votre pouce dans la direction du courant, vos doigts se courbent dans la direction du champ magnétique.
Cette propriété magnétique est à la base du fonctionnement des inducteurs (bobines) dans les circuits électroniques.
Une bobine, ou inductance, joue deux rôles essentiels dans les circuits électroniques :
Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes d'une bobine, un courant circule, générant un flux magnétique, une mesure du champ magnétique total traversant la bobine. Ce flux magnétique est similaire à celui d'un aimant permanent et persiste pendant une courte période, même après coupure de courant.
En d'autres termes, la bobine se magnétise temporairement, convertissant l'énergie électrique en énergie magnétique et la stockant en interne. La capacité d'une bobine à stocker cette énergie est appelée inductance et se mesure en henrys (H), souvent en millihenrys (mH) ou en microhenrys (µH).
Cette opposition augmente avec la fréquence, ce qui signifie que les bobines bloquent les signaux alternatifs haute fréquence plus efficacement que les signaux continus ou basse fréquence. Cette propriété les rend idéales pour les filtres, la suppression du bruit et les circuits de régulation de puissance.
Les bobines peuvent être classées selon leur construction et leur méthode d'intégration. Les trois principaux types sont :
Les bobines sur circuit imprimé ne sont pas de simples ajouts : ce sont des composants essentiels qui permettent aux systèmes électroniques modernes de fonctionner efficacement et de manière fiable. Qu’elles soient intégrées directement sur le circuit imprimé ou utilisées comme inductances montées en surface, elles remplissent plusieurs fonctions clés :
Des smartphones et ordinateurs portables aux appareils IoT et aux systèmes automobiles, les circuits imprimés à bobine garantissent un fonctionnement de circuit stable, efficace et compact.
Bien que le nombre exact de composants varie, les inducteurs représentent généralement 5 à 15 % de tous les composants montés en surface sur un PCB typique, bien moins que les 30 à 40 % parfois revendiqués (qui incluent probablement les condensateurs).
Une bobine est constituée d'un fil conducteur enroulé en plusieurs spires, souvent autour d'un noyau magnétique (par exemple, en ferrite) pour améliorer l'inductance. Le matériau du noyau augmente la densité du flux magnétique, permettant ainsi de stocker davantage d'énergie dans un espace réduit.
Lorsque le courant circule :
La valeur de l'inductance dépend de :
Cette capacité à résister aux changements soudains de courant rend les bobines indispensables dans les alimentations à découpage, les filtres et les circuits résonants.
Il s'agit de bobines planes gravées directement sur le circuit imprimé à l'aide de pistes de cuivre. Elles sont couramment utilisées dans :
Inductances préfabriquées montées sur circuit imprimé. Types :
Si la carte est pliée lors du soudage de la bobine sur la carte de circuit imprimé ou après le soudage, la bobine peut se fissurer.
Par conséquent, il est nécessaire de placer les bobines de manière à ce que la contrainte ne soit pas appliquée autant que possible en raison de la flexion de la carte de circuit imprimé.
Placer une bobine parallèlement à la direction de la contrainte, comme indiqué ci-dessus, entraînera une flexion directe. Par conséquent, placez la bobine perpendiculairement à la direction dans laquelle la contrainte agit.
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