Carte de circuit câblé

Une carte de circuit câblé porte les pièces d’un circuit électrique sur une planche rigide et isolante : chaque pièce y est vissée et chaque liaison faite par son propre fil. Un récepteur radio expérimental construit sur un socle d’acajou vers 1905 est conservé au Science Museum de Londres, et les postes de radio des années 1920 construits ainsi sur des planches s’appelaient en anglais des « breadboards » ; l’entreprise Atwater Kent, de Philadelphie, en sortit sept modèles en 1923. Le circuit imprimé a pris le relais à partir des années 1940, mais une planche, des vis et du fil suffisent encore à monter un circuit qui fonctionne.

Ce que c’est

Une carte de circuit câblé est une plaque plate, rigide et isolante qui porte les pièces d’un circuit électrique, comme des résistances, des condensateurs, des bobines ou des tubes, et les relie par des fils séparés. Chaque pièce est vissée sur la plaque. Ses connexions aboutissent à des bornes, et un fil va d’une borne à l’autre, serré sous une vis ou soudé. Dans les années 1920, c’était la façon courante de construire un poste de radio ; comme la plaque était une planche de bois, les Anglais parlaient de montage « breadboard », sur planche à pain.

Un circuit imprimé remplace les fils par des bandes de cuivre collées sur la carte, toutes faites en une fois. Dans un circuit intégré, les composants et leurs liaisons sont formés ensemble sur une seule puce de silicium. Une carte câblée ne demande ni l’un ni l’autre : une planche, des vis, du fil et les pièces suffisent, et chaque liaison peut se modifier au tournevis ou au fer à souder.

Comment ça marche

La planche ne doit pas conduire l’électricité et doit garder sa forme. Une revue de radio de 1926 demandait du bon bois pour que la planche de base ne gauchisse pas, et renforçait une planche large par des tasseaux en dessous. Les pièces sont posées sur la planche. Dans les postes Atwater Kent de 1923, les fils passaient dessous, hors de vue. Beaucoup de récepteurs avaient aussi un panneau avant vertical qui portait les boutons et les cadrans d’accord ; la planche de base, derrière, tenait les bobines, les tubes et les bornes et soutenait le panneau, et des fils allaient des commandes du panneau à leurs points sur la planche.

Le crochet entoure la vis dans le sens du serrage : en serrant, la boucle se referme.

Chaque borne est une vis à tête ronde ou une borne serre-fil. Une rangée de bornes sur une réglette isolante, le long du bord arrière, reçoit les fils venus de l’extérieur du poste : antenne, terre, écouteurs et piles. Pour fixer un fil, on dénude son extrémité, on recourbe le cuivre en crochet et on place ce crochet sous la tête de la vis, dans le sens où elle tourne en serrant. Le serrage referme alors la boucle contre la vis ; une boucle posée dans l’autre sens est chassée de sous la tête. Une liaison qui doit durer peut aussi être soudée.

Le câblage suit le schéma une liaison après l’autre : chaque fil relie deux points que le schéma montre reliés, et rien d’autre. Des fils nus ne doivent jamais se toucher là où le schéma n’indique pas de liaison ; on les écarte donc, et on prend du fil isolé là où deux parcours passent près l’un de l’autre. Comme chaque fil se suit à l’œil, on peut trouver une panne et changer une pièce au tournevis. Les amateurs, qui modifiaient sans cesse leurs postes, ont beaucoup aimé ce montage.

Comment faire

Cette planche allume une ampoule de lampe de poche avec trois piles à travers un interrupteur, et montre comment disposer et relier les pièces. Il faut un morceau de contreplaqué ou de bois tendre bien sec d’environ 20 sur 15 centimètres, un boîtier pour trois piles AA avec deux fils de sortie, une petite douille à visser sur la planche, une ampoule de lampe de poche prévue pour 4,5 volts, une bande de laiton mince d’environ 6 centimètres, des vis à bois en laiton à tête ronde avec rondelles, du fil de sonnerie isolé à un seul brin, un tournevis, un poinçon et une pince à dénuder. Un récepteur radio à cristal se dispose sur une planche de la même manière.

Tracez d’abord le plan au crayon : le boîtier de piles à un bout, l’interrupteur au milieu et la douille à l’autre bout, avec les fils en traits droits parallèles aux bords. Amorcez chaque trou de vis au poinçon et vissez le boîtier et la douille. Pour l’interrupteur, vissez une extrémité de la bande de laiton par un trou et pliez la bande pour que son bout libre fasse ressort juste au-dessus de la tête d’une deuxième vis : en appuyant, on ferme le circuit. Dénudez environ un centimètre au bout de chaque fil et serrez-le sous une tête de vis comme décrit plus haut. Câblez le circuit en une seule boucle : le fil positif du boîtier à la vis qui tient la bande de laiton, la deuxième vis de l’interrupteur à une borne de la douille, et l’autre borne de la douille au fil négatif.

La planche terminée : piles, interrupteur et ampoule en une seule boucle, chaque fil tendu droit entre deux vis.

Vérifiez la planche avant de mettre les piles. Suivez chaque fil du doigt et comparez-le au dessin : il doit y avoir un seul chemin continu tout autour de la boucle, et aucun cuivre nu ne doit toucher un fil ou une vis qu’il n’est pas censé atteindre. Mettez les piles et appuyez sur l’interrupteur : l’ampoule s’allume. Sinon, vérifiez que chaque vis est bien serrée et que l’ampoule est vissée à fond dans sa douille. Une fois que cela marche, on peut ajouter une deuxième douille à côté de la première et suivre de nouveau le câblage de la même façon.

N’utilisez que des piles ordinaires. Ne branchez jamais une planche de ce genre sur le secteur ni sur une batterie de voiture. Un fil qui relie directement les deux sorties du boîtier de piles fait un court-circuit : le fil et les piles chauffent vite et les piles peuvent couler ; cherchez-le donc avant de mettre les piles, et retirez-les quand vous avez fini. L’ampoule devient chaude au bout de quelques minutes. Tenez bien la planche et gardez l’autre main loin du poinçon et du tournevis. Si vous soudez les liaisons, suivez les précautions de la page du fer à souder.

Histoire et évolution

Un récepteur sur planche des années 1920, câblé sous la planche.

Les amateurs de radio du début du XXe siècle montaient leurs pièces sur un socle de bois, et une planche à découper le pain, achetée chez le quincaillier, en fournissait un plat et en bois dur. Un récepteur expérimental que R. P. Howgrave-Graham a conçu et construit vers 1905, aujourd’hui au Science Museum de Londres, a ses pièces sur un socle d’acajou ; un appareil identique figure dans son livre Wireless Telegraphy for Amateurs, dont l’exemplaire de la British Library a été reçu en mai 1907. Des fabricants vendaient déjà des postes montés de cette façon : l’édition de 1913 du manuel d’Alfred Morgan pour les amateurs de télégraphie sans fil montre un poste récepteur de la Long Distance Wireless Company dont le détecteur, la bobine d’accord et le condensateur sont fixés sur un socle d’acajou. Un récepteur à galène pour grandes ondes construit à Édimbourg en 1913 par Alex Steuart pour capter les signaux horaires de la tour Eiffel, aujourd’hui aux National Museums Scotland, a lui aussi un socle d’acajou. Dans les années 1920, un poste monté sur une planche de bois et câblé à la main s’appelait en anglais un « breadboard ». Le Roaring Twenties Antique Radio Museum conserve un « breadboard » Atwater Kent de 1922, et l’entreprise de Philadelphie sortit sept modèles « breadboard » différents en 1923. Ils n’avaient pas de coffret : tubes, bobines, condensateurs d’accord et bornes se dressaient sur la planche, et le câblage passait dessous. Ce montage rendait facile la modification d’un circuit, et il connut son apogée pendant cette décennie. Bien des premiers postes en coffret n’étaient que des postes sur planche enfermés dans une boîte de bois.

Le bois n’offre aucun blindage contre les ondes radio, et les premiers postes pouvaient siffler quand une main s’approchait du panneau avant. Avec les condensateurs d’accord à plusieurs cases sur un même axe, le blindage entre les étages devint indispensable, et les fabricants passèrent au châssis métallique, dont les découpes pouvaient être normalisées pour accélérer le montage. Les pièces restaient reliées une à une par des fils soudés à la main.

En 1925, Charles Ducas demanda aux États-Unis un brevet pour former les liaisons d’un circuit directement sur un support isolant, en imprimant ou en appliquant au pochoir une pâte conductrice ensuite recouverte de métal par électrolyse. Paul Eisler, ingénieur autrichien, s’installa à Londres en 1936 et commença cette année-là à expérimenter des circuits imprimés, en faisant ses premières cartes par sérigraphie. En 1942, il construisit une radio contenant des cartes imprimées, premier appareil en état de marche à en utiliser, aujourd’hui conservée au Science Museum de Londres, et il fit breveter le procédé en 1943. L’industrie d’armement américaine produisit des circuits imprimés en grande série pendant la Seconde Guerre mondiale, d’abord pour les fusées de proximité de la défense antiaérienne. Le circuit intégré a ensuite réuni les composants eux-mêmes sur une puce. Les ingénieurs appellent toujours « breadboard » la première version d’essai d’un circuit.