Breadboard et simulateurs de circuits électroniques

simulation breadboard led

Simulation de Breadboard servant à allumer une LED

La Breadboard n'est pas une planche à pain comme son nom l'indique, mais une "plaque à essai" ou plaquette de prototypage rapide pour l'électronique. Il n'y a pas besoin de souder les composants sur la Breadboard, car c'est prévu pour tester rapidement des circuits électroniques.

Ainsi, la plaquette est composée d'une multitude de trous dont certains sont reliés électriquement entre eux. Il existe différents formats et différentes tailles de Breadboard.

Voici un des formats de Breadboard les plus utilisés :

Autres formats de Breadboard :

Ces plaques à essai sont vraiment simples à utiliser. Dans une Breadboard standard, les deux lignes du haut et du bas sont reliées électriquement. De même, chaque colonne au centre est composée de points reliés électriquement. La création d'un circuit électronique est ainsi grandement facilitée. Il suffit d'enficher quelques composants dans les trous et d'utiliser quelques fils électriques.

Il existe même des plaques à essai transparentes. Elles permettent de voir concrètement comment les points sont reliés entre eux :

breadboard transparente

Breadboard transparente. A droite : des connecteurs métalliques retirés de la Breadboard

Schématiquement, les points sont donc reliés entre eux comme ceci :

breadboard liaisons electriques

Un très grand nombre de composants électroniques peuvent être enfichés directement et simplement dans une Breadboard. Voici pour illustrer, la liste des composants fournis avec THE ARDUINO STARTER KIT (version officielle) :

composants electroniques arduino

Et voici les fils que l'on peut utiliser pour relier les composants entre les colonnes :

Le premier type de fil est pratique pour bien visualiser le rendu final du circuit électronique. Le second type de fil est plus facile à manipuler, mais on est vite perdu lorsque le nombre de fils utilisés augmente. Par ailleurs les fils souples ont tendance à dévier sur les cotés et donnent parfois de mauvaises connexions lorsque les connecteurs de la plaque à essai ont été utilisés plusieurs fois. Nous conseillons donc d'utiliser les fils rigides et de toujours avoir une petite pince plate pour les enlever plus facilement.

Voici donc des exemples de circuits électroniques que l'on peut obtenir sur une Breadboard :

breadboard exemple1 breadboard exemple2
breadboard exemple3 breadboard exemple4

L'alimentation de la Breadboard

Il y a de multiples solutions pour alimenter une plaque à essai. On peut utiliser des piles avec un petit adaptateur qui fournit un fil positif et un fil négatif directement enfichable dans la Breadboard :

Il est également possible d'alimenter une plaque à essai à travers une carte arduino, elle-même alimentée par un ordinateur via un câble USB. C'est ce que propose l'Arduino Starter Kit en fournissant en plus un support pour lier la carte Arduino avec une petite Breadboard (cf. l'image des composants électroniques présentée ci-avant et notre article Débuter en électronique - approfondir ses connaissances) :

Il existe aussi des petits modules d'alimentation pour Breadboard vraiment très pratiques. Ils peuvent être alimentés par une prise Jack type Barillet avec une tension continue comprise entre 6,5V et 12V. On peut ainsi y brancher une alimentation secteur transformant le courant en 9V ou bien brancher une pile 9V avec le connecteur adhoc (certains modules permettent une alimentation par USB, mais dans certains cas le port USB est en Output et non en Input) :

Attention : ces modules d'alimentation sont conçus pour délivrer une intensité maximale de 700mA, alors qu'une pile 9V ne peut délivrer qu'une intensité maximale de 50mA sur une longue durée (300mA pour les piles AA LR6). Au delà, la pile risque d'être endommagée. Donc pour ceux qui veulent faire des montages utilisant plus de 50mA d'intensité, il est possible d'utiliser un adaptateur secteur. On préférera alors un adaptateur secteur 9V à un 12V, car la carte d'alimentation chauffera alors moins et risquera donc moins de griller. Un connecteur pour piles AA en série peut être un bon compromis afin d'atteindre 300mA.

En positionnant des cavaliers sur la carte d'alimentation, on peut choisir d'alimenter la Breadboard soit en 5V, soit en 3,3V. Mais le mieux c'est de découvrir ce module d'alimentation pour Breadboard en même temps que Thonain :

La connectique d'une plaque à essai est conçue pour supporter une puissance de 5 watts (1 Ampère à 5 volts ou 0,33 Ampère à 15 volts).

Logiciels de simulation de circuits électroniques

Il existe plusieurs logiciels de simulation de circuits électroniques, mais il y en a deux qui sortent du lot de part leur simplicité d'utilisation et part leur capacité à présenter des circuits lisibles par tout le monde, ce qui permet de partager ses expériences avec le plus grand nombre. La cerise sur le gâteau : ces logiciels sont gratuits !

Il s'agit de 123D Circuits et de Fritzing.

123D Circuits

123D Circuits est un simulateur de circuits électroniques en ligne géré par Autodesk (un gage de qualité). Ce simulateur permet de visualiser une Breadboard et d'y glisser des composants électroniques, ainsi que de tirer des fils entre les composants. Le must, c'est qu'on peut cliquer sur le bouton "Start Simulation" pour voir fonctionner son circuit électronique.

Attention tout de même, le nombre de composants que l'on peut ajouter graphiquement sur la plaque à essai est limité et certains composants ne permettent pas une simulation depuis le bouton "Start Simulation" (comme la diode Zener).

Mais 123D Circuits permet tout de même de simuler une carte Arduino, d'y entrer un petit programme et de le voir fonctionner à l'écran. C'est assez magique !

Noter tout de même qu'en version gratuite, tous les circuits que l'on réalise sont publics. Pour ceux qui pensent réaliser quelque chose d'exceptionnel et qui ne veulent pas dévoiler leur circuit à tout le monde, il reste la solution payante. Mais finalement, ça a du bon de pousser les gens à publier leurs travaux, car cela permet une meilleure diffusion du savoir.

Voici donc un exemple très simple de circuit réalisé sous 123D Circuits. L'allumage d'une LED rouge à partir d'une pile 9V :

Simulation LED allumée

Le même circuit en vrai :

LED allumée sur Breadboard

Et voici un petit tutoriel vidéo pour expliquer comment réaliser ce petit circuit :

L'avantage à utiliser un tel simulateur de circuits électroniques, c'est qu'on peut détruire une LED en utilisant un courant trop élevé sans avoir à en racheter une autre.

En réalité, il faudra faire beaucoup plus attention en utilisant de vrai composants électroniques. Il faut connaître des règles de base comme U=R*I et ne pas aller à tâton comme il est montré dans la vidéo. Ainsi, ce simulateur peut permettre de faire certains tests virtuels avant une réalisation concrète, mais le logiciel n'est pas exempt de bugs et il ne simule pas tout. Aussi, il peut donner une fausse impression de sécurité qui pourrait devenir dangereuse, car certains composants doivent être manipulés avec précaution.

Par exemple, un condensateur polarisé branché à l'envers peut exploser ! Les supercondensateurs ne sont par contre en général pas polarisés, mais il faut faire attention à ne pas dépasser la limite de tension maximum lorsque l'on charge un supercondensateur.

De façon plus générale, manipuler des composants électriques et de l'électricité comporte un certain risque et il vaut mieux savoir exactement ce que l'on fait et connaître les composants que l'on manipule. On peut d'ailleurs regretter que le logiciel 123D Circuits n'apporte pas plus de précision sur les composants présentés. On aurait par exemple aimé avoir les caractéristiques de la LED, comme sa plage de tension et l'intensité de courant recommandée et éventuellement l'intensité maximum. On peut le découvrir en faisant de tests, mais dans la réalité on ne détruit pas une LED pour savoir jusqu'à quelle intensité de courant elle résiste.

Voici un autre tutoriel vidéo montrant comment faire clignoter une LED avec une carte Arduino Uno et une Breadboard :

Pour utiliser 123D Circuits, il faut en premier lieu créer un compte sur http://123d.circuits.io, en cliquant sur le bouton "Sign up". Ensuite il faut cliquer sur "Breadboard Circuits + Simulation".

Le choix "Schematic + PCB" permet d'accéder à un choix beaucoup plus important de composants électroniques et chacun peut d'ailleurs en créer de nouveaux. Mais il n'y a alors plus de simulation graphique avec les images des composants : on crée des circuits de façon schématique.

Fritzing

Fritzing est un logiciel Open Source à télécharger sur son ordinateur. Ce simulateur permet également de visualiser une Breadboard et d'y glisser des composants électroniques, ainsi que de tirer des fils entre les composants.

Fritzing propose un choix plus important de composants électroniques en vue physique et il est même possible d'en rajouter soi-même. Le logiciel permet aussi de donner plus de détails sur les caractéristiques de chaque composant. Mais malheureusement Fritzing ne permet pas de tester son circuit avec un bouton "Start" comme le propose 123D Circuits.

En changeant d'onglet, on accède à une vue schématique modifiable de son circuit. L'onglet "PCB" permet en plus d'obtenir une vue du Circuit imprimé. Fritzing propose également un service de réalisation du circuit imprimé via une entreprise allemande. Enfin, le logiciel dispose d'un éditeur de programmes pour Arduino et pour microcontrolleur PicAxe.

Fritzing permet donc de prototyper simplement son circuit avec une vue physique des composants, de documenter le circuit ainsi créé via une vue schématique, puis de designer son propre circuit imprimé simplement.

Petit teaser de 15 secondes sur Fritzing :

Ce logiciel est un excellent moyen pour documenter et présenter des circuits de façon ludique et lisible par le plus grand nombre. Fritzing propose ainsi un forum de discussion et permet de partager ses circuits auprès de la communauté des utilisateurs.

Voici une vidéo montrant comment créer un simple circuit permettant d'allumer une LED avec Fritzing :

Attention, Fritzing est encore en version Beta.
Le site de Fritzing : http://fritzing.org/home/


Présenter des circuits directement sur Breadboard, c'est bien si l'on veut les présenter au plus grand nombre. C'est notamment d'une grande aide pour ceux qui souhaitent débuter en électronique. Mais même les électroniciens confirmés seront plus facilement attirés par une vue sur Breadboard que par un simple schéma de circuit (sauf pour les très petits circuits). La vue schématique des circuits reste cependant indispensable. Pour cela, il y a pléthore de logiciels. Certains sont très simples à utiliser et d'autres sont très compliqués mais offrent beaucoup plus de fonctionnalités...

Everycircuit

Everycircuit est un simulateur de circuit électronique en vue schématique mais animée permettant de visualiser le courant et mesurer en temps réel l'intensité et la tension aux bornes des différents composants. C'est un simulateur vraiment facile à prendre en main et très instructif qui a été conçu à l'origine pour fonctionner sur des smartphones Android, mais il est compatible avec iOS et avec le navigateur Google Chrome depuis 2014.

Certes, ce simulateur est assez limité, mais sa simplicité d'utilisation et ses exemples de schémas animés aident vraiment bien à comprendre le fonctionnement des circuits électroniques. En version gratuite, la taille du circuit que l'on peut créer est vraiment très petite. Les composants de base de l'électronique sont bien présents, mais inutile de chercher des composants intégrés un peu sophistiqués.

La version payante permet d'avoir une surface de travail plus grande et d'enregistrer ses circuits soit en privé, soit en public. Celle-ci n'est pas très cher : 1$ par mois ou 10$ par an.

On apprécie les exemples de circuits de base et les explications associées qui sont présentés à gauche de la surface de travail. Il est aussi possible de dénicher toutes sortes de circuits réalisés par la communauté en faisant une recherche par mots clés, avec tri par date de publication ou par popularité.

Voici une vidéo de présentation :

Le site : everycircuit.com
La version Google Chrome : everycircuit.com/app

LTspice IV et EasyEDA

Ceux qui recherchent des logiciels de simulation de circuits électroniques plus complet peuvent se tourner notamment vers LTspice IV ou vers EasyEDA.

LTspice IV

LTspice IV est un logiciel très austère, mais très puissant et gratuit en version illimitée. Il est développé par le fabricant de circuits intégrés Linear Technology. C'est un logiciel propriétaire fonctionnant sous Windows et aussi sous Linux à travers l'émulateur Wine.

Comme de nombreux logiciels de simulation de circuits électroniques, LTspice IV utilise le célèbre moteur de simulation "SPICE" (Simulated program with Integrated Circuit Emphasis) qui a été conçu dans les années 70 à l'université de Californie (Berkeley) puis amélioré au fil des années.

LTspice est extrêmement rapide et permet d'intégrer toutes sortes de composants grâce à une librairie de composants très importante et la possibilité d'en importer de nouvelles. Le système de simulation est très puissant, mais il est par contre complexe à appréhender par rapport à la simplicité d'Everycircuit.

LTspice IV en vidéo :

LTspice IV est téléchargeable sur linear.com :
http://www.linear.com/designtools/software/

EasyEDA

EasyEDA se rapproche un peu de LTspice IV, mais avec une interface un peu plus conviviale. Ce simulateur est également très puissant et fonctionne à partir d'un navigateur Internet. Il propose de nombreux composants et est basé sur une version différente de SPICE : ngspice.

EasyEDA a été conçu par une équipe de hackers sur une période de 3 ans et 9 mois. Résultat : un logiciel gratuit et puissant utilisable sur tous les ordinateurs depuis Chrome, Firefox, IE, Opera, ou Safari. Le soft propose un service de réalisation de PCB par défaut, mais les schémas de PCB peuvent être exportés en fichiers Gerber, donc on reste totalement libre.

EasyEDA est un logiciel très récent (il est sorti début 2014) et souffre encore de quelques défauts qui seront peut-être gommés avec le temps.

Présentation vidéo d'EasyEDA :

Le site : easyeda.com

Partager ses expériences avec 123D Circuits et Fritzing

Chez supercondensateur.com, nous souhaitons que le plus de monde possible se mette à faire des expériences autour des supercondensateurs (attention : il faut tout de même maîtriser les risques associés à la manipulation et au montage de composants électroniques et à l'électricité). Le prix des supercondensateurs ne cesse de baisser et les performances augmentent. De ce fait, ils vont être de plus en plus utilisés, alors autant être à l'avant-garde de l'innovation et imaginer dès aujourd'hui les produits de demain. Ces nouveaux produits à base de supercondensateur pourront bénéficier d'une recharge ultra-rapide ou d'une récupération d'énergie efficace et une longue durée de vie grâce aux caractéristiques techniques des supercondensateurs.

Pour illustrer ses expériences et les partager avec le plus grand nombre, les logiciels 123D Circuits et Fritzing sont vraiment idéaux. De même, lorsqu'on utilise des composants de base ou pour expliquer une partie d'un circuit électronique, le simulateur EveryCircuit est un outil très instructif. A l'avenir, supercondensateur.com utilisera donc ces outils pour présenter des exemples de circuits utilisant des supercondensateurs.

Nous invitons les internautes à faire de même et à partager leurs expériences en nous envoyant des photos et explications de leurs circuits électroniques, si possible accompagnés d'une illustration 123D Circuits ou Fritzing. Les projets intéressants seront publiés sur supercondensateur.com dans la rubrique DIY / Bricolage.

Nous mettons en avant 123D Circuits et Fritzing car l'illustration par des composants physiques mis a plat permet une bonne compréhension par tout le monde, mais les schémas électriques sont aussi évidemment très utiles et même indispensables. Pour simuler des circuits électroniques à base de supercondensateur, c'est plutôt le logiciel LTspice qui est la référence, car il permet de générer des simulations avec bon nombre de convertisseurs DC-DC. Les fichiers LTspice, KiCad ou EasyEDA sont donc également les bienvenus.

Pour savoir comment utiliser des supercondensateurs dans un circuit électronique, voici deux articles très instructifs :

3 commentaires

Sly 28 février 2015 à 13:23

Encore merci pour tout ce travail de partage. On attends la suite!

supercondensateur 01 mars 2015 à 15:24

@Sly :
Merci pour ces encouragements. C'est motivant...

Anouar 20 septembre 2016 à 01:24

bonsoir
je voudrai un schéma sous Ltspice de la charge et decharge du courant d'une batterie lithium-ion. et merci d'avance

Écrire un commentaire



Quelle est la dernière lettre du mot sezca ? :