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Electronique: L’univers de l’électronique est varié et assez complexe, dans cette catégorie vous pourrez trouver des cours, simples et détaillés sur chaque composant électronique et montage technique, des schémas et astuces pour réussir vos réalisations et la possibilité de partager vos propres réalisations et informations techniques en vous inscrivant gratuitement sur notre site.
Liaison et interface RS485
Si des petits blocs d'information doivent être transférés sur de longues distances l'interface RS485 est souvent un bon choix. Les noeuds des réseaux peuvent être des PC, des microcontrôleurs ou n'importe quel appareil qui utilise une communication série asynchrone. Comparés à d'autres protocoles et besoins matériels, la liaison RS485 est plus simple et plus économique. Le standard RS485 est assez flexible pour offrir le choix des récepteurs, émetteur et autres composants en fonction de la longueur du câble, de la fréquence des données à transmettre, du nombre de noeuds et de l'économie d'énergie. On peut trouver des interfaces RS485 avec différentes configurations, comme la façon de terminer un bout de ligne ou de polariser la ligne. L'interface RS485 : présentation L'interface RS485 est une spécification électrique pour des systèmes multipoints qui utilisent des lignes différentielles (la donnée est constituée de 2 tensions d'état contraire sur 2 fils séparés). Le RS485 est analogue au RS422 mais le RS422 ne permet qu'un émetteur avec plusieurs récepteurs. La liaison RS485 permet d'utiliser plusieurs émetteurs. La norme EIA485A définit les caractéristiques électriques de la ligne RS485. On y trouve aussi quelques suggestions concernant la terminaison de la ligne et le câblage mais rien sur les connecteurs ni les protocoles (contrairement au RS232). Une liaison RS485 peut avoir jusqu'à 32 modules. Chaque module doit avoir une impédance d'entrée de 12kOhms. Si on utilise des récepteurs haute impédance, on peut en connecter jusqu'à 256 sur une même ligne RS485. La longueur peut aller jusqu'à 1200 mètres et peut transférer des données jusqu'à 10Mbps (10 mégabits par secondes) mais pas les deux à la fois. Sur 1200 mètres, on peut transférer 90kbps. Sur 100 mètres, on peut arriver à 1Mbps. Pour atteindre 10Mbps, la longueur ne doit pas dépasser 15 mètres. Si on souhaite créer une ligne plus longue, il faut utiliser des répéteurs qui régénèrent le signal et débutent une nouvelle ligne. Même si le standard RS485 ne dit rien sur les protocoles, la plupart des liaisons RS485 utilisent un protocole asynchrone (existant sur les UARTs dans les PC). Un mot transmis est constitué d'un bit de start, des données, d'un éventuel bit de parité et d'un bit de stop. Une interface RS485 peut être ajoutée à un PC par une carte spécifique ou un convertisseur RS485-USB par exemple. Pour les microcontrôleurs, n'importe quel port série peut se relier sur une interface RS485. Un bit supplémentaire est souvent nécessaire pour contrôler l'activation de l'interface (émetteur/récepteur). Les ports conçus pour RS232 peuvent utiliser le signal RTS. Un autre bit peut jouer ce rôle si RTS n'est pas disponible. La plupart des outils de communication série, dont Visual Basic's MSComm, supportent la communication RS485 tout en contrôlant le signal RTS par logiciel. L'interface RS485 : signaux électriques C'est parce que la liaison RS485 utilise des signaux différentiels qu'elle est si largement utilisée. 2 fils (souvent une paire torsadée) la tension de signal et son opposé. Le récepteur détecte la différence des deux. Une variation de tension commune aux deux fils (parasite, bruit, etc) s'annule donc. En pratique, les bruits sont souvent communs étant donné que les fils sont très proches, donc soumis aux mêmes perturbations électromagnétiques. Le câble XLR en audio utilise le même procédé, mais en analogique. En revanche, la liaison RS232 utilise un signal simple (son opposé n'est pas présent). Dans ce cas, le récepteur mesure la différence entre le signal et la masse. Les fils de masse ont tendance à être bruyants parce qu'ils sont traversés par tous les courants de retour des autres interfaces. Le bruit sur la masse peut entraîner une mauvaise lecture du bit transmis. Les datasheets d'interface RS485 désignent la ligne non inversée comme ligne "A" et la ligne inversée comme "B". Un récepteur RS485 doit voir une tension de 200mV seulement entre A et B. Si le potentiel de A est 200mV plus haut que celui de B, la sortie du récepteur est au niveau logique haut. Si B est 200mV plus haut que A, la sortie est au niveau bas. Si la tension entre A et B est inférieure à +/-200mV, le niveau de sortie est indéfini. Allure d'une trame RS232 en entrée et RS485 en sortie d'une interface L'émetteur doit créer une tension différentielle d'au moins 1.5V. L'interface tolère donc une grande quantité de bruit et d'atténuation. On trouve des notes d'applications excellentes chez les fabricants de composants pour RS485 (Linear Technology, Maxim, National Semiconductor, Texas Instruments, etc). Quelques explications plus théoriques y figurent aussi. La topologie des liaisons RS485 est libre. La plupart des liaisons utilisent de la paire torsadée pour sa meilleure immunité au bruit.
Fusible (gG, aM) : i²t, préarc, arc, pouvoir de coupure
Un fusible sert à interrompre un circuit électrique lorsqu'il y a un défaut (court circuit, courant excessif). Le fusible doit assurer une protection fiable, simple et économique. La coupure d'un circuit en charge entraîne toujours la formartion d'un arc électrique. Le fusible évite des surintensités prolongées potentiellement catastrophiques. Outre son calibre (courant), on le caractérise par : - Temps de préarc : durée pendant laquelle le courant amène l'élément fusible à l'état de vapeur (après fusion). La tension du réseau n'a pas d'influence sur le temps de préarc. - Temps d'arc : durée entre l'instant où apparaît l'arc et son extinction totale (courant nul). Le temps d'arc dépend de la tension du réseau. Lorsque le temps de fusion totale dépasse 40ms, le temps d'arc est négligé devant le temps de préarc. - Temps de fusion totale : temps de préarc + temps d'arc. - Pouvoir de coupure : valeur du courant de court circuit présumé que le fusible est capable d'interrompre de façon fiable. Il s'agit d'aborber l'énergie générée par l'arc électrique lors de la coupure. - Contrainte thermique : on considère le carré du courant (i²) dont on calcule l'intégrale sur l'intervalle de temps de fusion totale. Cette intégrale est exprimée en A²s (ampère carré seconde). Elle est proportionnelle à l'énergie absorbée par le fusible. Le calibre du fusible n'a rien à voir avec son pouvoir de coupure ! Un fusible de 8A peut avoir un pouvoir de coupure de 30kA (30000A), comme ci dessous. Vue de fusibles 10x38mm 8A Limitation du courant de court circuit On étudie les deux paramètres suivants : - Le courant efficace présumé qui traverserait la charge s'il n'y avait pas de fusible. - Le courant crête réellement atteint par le courant dans la charge protégée par le fusible. En fait, il n'y a limitation du courant crête que si le temps de préarc est inférieur à 5ms (pour un réseau 50Hz). Graphiquement, la courbe de courant chute avant d'arriver au maximum de la sinusoïde (image ci dessous). Limitation du courant de crête par le fusible Choix d'un fusible 4 paramètres permettent de choisir une protection : - courant consommé par la charge Le calibre du fusible doit être supérieur au courant permanent consommé par la charge. Pour 1000W sur 230V (4.3A), on choisira 5A par exemple. - caractéristiques du réseau : un fusible ne doit jamais être utilisé dans un circuit où la tension efficace est supérieure à sa tension nominale. Si la fréquence f du réseau est inférieure à 5Hz, le tension d'emploi est équivalente à une tension continue. La tension nominale du fusible doit être supérieure à la tension crête réelle. pour f entre 5Hz et 48Hz, on utilise le tableau suivant : Tension nominale minimum du fusible en fonction de la fréquence Pour 48Hz et plus, ku vaut 1. La tension d'emploi autorisée peut aller jusqu'à la tension nominale du fusible. Le pouvoir de coupure doit être supérieur au courant de court circuit (qu'il faut déterminer). - règles d'installation : les fusibles ont une ou deux fonction de protection en fonction du régime de neutre : TT : SurintensitéIT, TNC et TNS : Surintensité + contacts indirects - caractéristiques du circuit considéré : le fusible est sensible à la chaleur. Si le fusible est utilisé dans un environnement chaud, le courant nominal est réduit. La température ambiante fait qu'un échauffement moindre (lié à l'effet Joule) suffira à faire fondre le fusible. Un fusible de 10A verra son calibre passer de 10A à 8A quand la température passe de 40°C à 70°C par exemple. Désignation des fusibles On connait surtout les fusibles gG et aM mais il y en a d'autres : Signification des lettres du fusible Les fusible UR (ultra rapides) servent à protéger les semi conducteurs. Leur i²t doit être inférieur au i²t du semi conducteur à protéger. Fusible gG ou aM ? Le aM est utilisé pour les moteurs et supporte donc des appels de courants importants.Le gG est à usage général, souvent domestique.
Liaison RS232 asynchrone et connecteur DB9
Liaison RS232 : caractéristiques des niveaux électriques La norme RS232 (appelée aussi "CCITT V24" ou "V24") précise l’état des niveaux : de -25V à -3V pour le niveau "A" et de +3V à +25V pour le niveau "B". "A" et "B" peuvent être "0" et "1" ou bien "1" et "0" selon qu'on travaille en logique positive ou négative. Liaison RS232 : connecteur et broches Pour la liaison RS232 le connecteur utilisé doit être DB9 ou DB25. Sur le connecteur DB9, le brochage doit être fait ainsi : 1 DCD : Détection de porteuse Entrée 2 RD : Réception de données Entrée 3 TD : Emission de données Sortie 4 DTR : Terminal de données prêt. Sortie 5 SG : Masse du signal 6 DSR : Données prêtes Entrée 7 RTS : Requête d'émission Sortie 8 CTS : Prêt pour l'émission Entrée 9 RI : Indicateur de sonnerie Entrée Vue du connecteur DB9 pour RS232 (pinout) Liaison RS232 : Protocole Au minimum, 3 fils sont nécessaires pour une liaison RS232 : SG(la masse), RD et TD. Cela suffit pour une liaison asynchrone mais peut poser problème si l'appareil connecté a besoin de signaux de contrôle (DTR ou CTS) pour fonctionner. On appelle cette liaison "asynchrone" parce qu'il n'y a pas d'horloge commune aux équipements qui communiquent entre eux. Ils peuvent émettre leurs messages (trames) n'importe quand pourvu que la ligne soit libre. Le récepteur se synchronise alors sur le début du message. L'émetteur et le récepteur doivent cependant avoir la même fréquence d'horloge. Les bits sont "lus" à la moitié de leur durée. Le protocole RS232 est nécessaire pour que deux éléments qui communiquent se "comprennent". Il faut donc respecter les critères suivants : Longueur des mots : 7 bits (ex : caractère ascii) ou 8 bits Vitesse de transmission : elle se compte en bauds (bits par seconde). On peut choisir 1200baud, 2400baud, 4800baud, 9600baud, 19200baud... Trame RS232 vue à l'oscilloscope (durée 8ms, vitesse de transmission 9600 baud) Bit de start : au repos, la ligne est à l'état logique "1". Pour indiquer qu'un mot va être transmis, la ligne passe à "0" avant de commencer le transfert. Le récepteur peut ainsi synchroniser son horloge sur ce front. La lecture des bits suivants a lieu à la moitié de la durée des bits. Bit de stop : après la transmission, la ligne RS232 est positionnée au repos pendant 1, 2 ou 1,5 périodes d'horloge selon le nombre de bits de stop. Parité : le mot transmis peut être suivi ou non d'un bit de parité qui sert à détecter les erreurs éventuelles de transmission. 2 types de parité existent. Ni le bit de start ni le bit de stop ne sont pris en compte dans le calcul de la parité. - parité paire : le bit de parité vaut "1" si le nombre de "1" de la donnée est impair. Le nombre total de "1" sur l'ensemble {donnée + bit de parité} est alors pair.Soit la donnée "01001001" contenant trois bits "1". Trois étant un nombre impair, le bit de parité vaut "1". Le nombre total de "1" vaut donc 4, on parle de parité paire. - parité impaire : le bit de parité vaut "0" si le nombre de "1" de la donnée est pair. Le nombre total de "1" sur l'ensemble {donnée + bit de parité} est alors impair.Soit la donnée "01101111" contenant six bits "1". Six étant un nombre impair, le bit de parité vaut "0". Le nombre total de "1" vaut donc 7, on parle de parité impaire. Liaison RS232 : Longueur du câble et applications La longueur maximale est d'une dizaine de mètres. Dans certains cas, on peut aller jusqu'à 100 mètres. Plus la vitesse de transmission est élevée, plus la connexion doit être courte. La norme RS232 est ainsi très utilisée comme bus de terrain entre un ordinateur et un périphérique ou autre chose dans le cadre du contrôle d’une machine. Les nouvelles normes telles que l’USB ont des portées nettement moins importantes mais l’apparition de liaisons sans fil fait concurrence à la RS232. Des convertisseurs USB vers série existent aujourd'hui, telsque le FTDI ou le 18F4550 qui permettent de simuler un port série sur un PC via un driver. L’interface est connectée sur le port USB mais est reconnue comme un port série sur l’ordinateur, ce qui permet alors d’utiliser les anciens logiciels de contrôle avec une interface électronique plus récente.
Les portes logiques de base : électronique binaire
Le monde informatique moderne repose sur le calcul de valeurs binaires (qui n’ont que deux valeurs possibles). Ces valeurs binaires sont couramment appelées « 0 » et « 1 », et sont réalisées dans les circuits électroniques par deux tensions électriques, par exemple 0V ou 5V. Il existe aussi le niveau de tension standard 3.3V, et même 1.8V. Le défi technologique consiste à réduire ces tensions pour diminuer la consommation d’énergie et augmenter la cadence des opération (fréquence). Les valeurs binaires peuvent aussi être décrites par « noir » ou « blanc » lors d’un tirage, « pile » ou « face », « niveau haut » et « niveau bas », « vrai » ou « faux » ou encore « tout » ou « rien ». Avec les grandeurs dites logiques « 0 » et « 1 », on peut faire des calculs selon des règles différentes de nos opérations usuelles sur les nombres décimaux. Les opérations réalisées se représentent par des entrées et des sorties. Par exemple, l’opération « 3 x 4 = 12 » peut se décrire, d’un point de vue entrées/sorties, de la façon suivante : - les deux entrées ont 3 et 4 comme valeur - la sortie prend alors la valeur 12 Les principales fonctions logiques vont être décrites de cette façon :Porte logique « et » (and)Porte logique « ou » (or)Porte logique « non » (not) A partir de cela, on peut aussi créer les portes logiques suivantes :Porte logique « non et » (nand)Porte logique « non ou » (nor)Porte logique « ou exclusif » (xor)Porte logique « non ou exclusif » (xor not) On remarque que ces fonctions-là ne font pas intervenir le temps. Pour une entrées donnée, il ne peut exister qu'une sortie donnée. Les sorties ne sont pas connectées aux entrées de façon bouclée.
Le moteur asynchrone: modèle électrique
Une phase d'un moteur asynchrone peut être modélisée de la façon suivante :Le modèle est analogue au modèle d'un transformateur réel pour la partie statorEléments du statorInductance de fuite Lf : on la modélise comme une inductance en série pour tenir compte de l'énergie magnétique qui se situe en dehors des tôles lorsqu'un courant traverse les enroulementsPertes Joule : eh oui, les bobinages du stator ne sont pas supraconducteurs ! Ils possèdent une résistance série (qui dépend de la température). Dans un couplage étoile, la résistance mesurée entre deux connections vaut 2 fois la résistance série d'un enroulement puisqu'on mesure 2 enroulements en série.Inductance magnétisante Lm : comme dans le primaire d'un transfo, un petit courant circule lorsque le transfo est à vide (secondaire ouvert). Ce petit courant est modélisé par Lm en parallèle avec le transfo idéal.Pertes fer : une certaine énergie est dissipée par les pertes fer à chaque cycle d'hystérésis. On modélise cette dissipation par une résistance en parallèle avec le transfo idéal.Modèle équivalent du rotor : résistance r/g Cette résistance r/g n'a pas d'existence physique, c'est un modèle équivalent. D'ailleurs, aucune connexion électrique ne relie le stator au rotor. Rotor immobile, g = 1 (glissement = 1)Cet élément représente la résistance vue depuis le stator. Lorsque le glissement vaut 1, r/g = r. Dans ce cas, la présence du rotor immobile (bloqué ou juste avant de commencer à tourner) se modélise comme une résistance r. C'est la plus faible valeur possible. Cela permet de décrire l'appel de courant au démarrage. Cette situation correspond au secondaire d'un transformateur réel court circuité. Rotor en rotation (0 La résistance r/g est plus élevée et le courant qui la traverse est donc plus faible. Le courant total consommé par l'enroulement est plus faible.Au synchronisme (g = 0)A la vitesse de synchronisme (g = 0), cette résistance est un circuit ouvert. Cette situation correspond au secondaire d'un transformateur réel à vide (secondaire ouvert). Le fonctionnement à vide du moteur correspond à peu près à cette situation car le glissement est alors très faible. Le courant à vide est ainsi dû à l'inductance magnétisante et aux pertes fer. Conclusion : ce modèle décrit la variation du courant absorbé en fonction de la vitesse de rotation ou du glissement. La résistance r/g est un modèle et n'a pas de sens physique.
Le moteur asynchrone: limitation du courant de démarrage
Le courant de démarrage vaut 5 à 7 fois le courant nominal pour un moteur asynchrone. Si ça passe... Si l'installation électrique supporte cette pointe de courant à la mise sous tension du moteur, le moteur peut être directement branché au réseau. ...ou si c'est trop limite Dans le cas contraire, le courant de démarrage doit être limité. Il existe plusieurs méthodes pour limiter le courant de démarrage. Insertion de résistances rotoriques Dans le cas où le rotor est bobiné (et non en cage d'écureuil), on peut insérer des résistances au rotor (résistances "rotoriques"). Les enroulements du rotor peuvent être connectés à un circuit extérieur (résistances) grâce aux balais qui assurent le contact entre le rotor en mouvement et les connexions vers l'extérieur. En fonction de la valeur insérée, la courbe de couple se modifie. Le courant de démarrage est d'autant plus faible que les résistances insérées sont grandes. L'enroulement du rotor se comporte comme le secondaire d'un transformateur. Au démarrage, ce secondaire est chargé par les résistances rotoriques. Ensuite, lorsque le moteur tourne déjà, il est court circuité. La rotation du rotor compense l'appel de courant lié à ce court circuit. Dans le cas contraire, le courant vaudrait le courant de démarrage et ne serait limité que par les inductances et résistances série des enroulements (stator et rotor). Dans un premier temps, on insère 3 ensembles de 2 résistances en série. La 1ère étape vise à limiter au maximum le courant de démarrage. La courbe de couple se trouve décalée de telle façon que le couple maximum se situe au démarrage (avantage supplémentaire). Dans un deuxième temps, on supprime (en shuntant) la moitié des résistances.Enfin, on shunte les résistances restantes et le moteur se trouve dans un état "normal" pour son fonctionnement nominal. La variation de couple à fournir se traduit alors par une faible variation de vitesse de rotation (pente raide de la zone utile), ce qui est souhaité.Démarrage sous tension réduite La tension d'alimentation peut être réduite lors du démarrage grâce à un autotransformateur triphasé. Le courant de démarrage est proportionnel à la tension aux bornes des enroulements statoriques. On augmente progressivement la tension alternative aux bornes du moteur en tournant le curseur de l'autotransformateur. On constate que le courant augmente tant que le moteur est bloqué. Lorsque le moteur se met à tourner, le courant baisse fortement. L'autotransformateur peut être remplacé par un gradateur à thyristors. Démarrage étoile - triangle On peut aussi réduire la tension aux bornes des enroulements statoriques en faisant un démarrage "étoile - triangle". Au démarrage, le moteur est couplé en étoile, et ensuite, on le couple en triangle. La tension aux bornes des enroulements est alors divisée par √3, et donc malheureusement le couple au démarrage par 3. Cette situation peut empêcher le démarrage du moteur et de sa charge (couple résistant > couple moteur). Le démarrage étoile - triangle ne peut s'appliquer que pour des charges dont le couple résistant au démarrage est plus faible que le couple résistant au régime nominal (machines centrifuges : pompes, ventilateurs). Quand passer du couplage étoile au couplage triangle ? La vitesse de rotation à laquelle le basculement se produit est d'une grande importance. Si cette vitesse est trop réduite (on bascule trop tôt), l'appel de courant est très important. Mais si on laisse trop longtemps le moteur prendre de la vitesse et qu'il approche le synchronisme, il risque de caler (couple moteur Variation à U/f = constante Cette méthode est possible grâce à l'électronique de puissance actuelle (onduleurs). Le démarrage se produit à tension et fréquence réduites. Le fait de garder le rapport U/f constant permet aux valeurs du flux magnétique de rester identiques pour une tension d'alimentation sinusoïdale. Il n'y a ainsi pas de risque de saturation magnétique. Après le démarrage et la montée en vitesse du moteur, on atteint le fonctionnement nominal. Si on souhaite encore augmenter la vitesse de rotation, on augmentera la fréquence, mais à tension constante. Le flux magnétique diminue alors. La vitesse de rotation augmentera, mais le couple disponible diminuera : c'est alors une variation à puissance constante. D'après la relation : Puissance = Couple x Vitesse de rotation, on peut tracer le couple maximum disponible en fonction de la vitesse de rotation ou de la fréquence.
Ampli ultra simple 50W à 200W (schéma)
Cet article présente un ampli audio ultra simple et économique ! Il repose sur des astuces électroniques particulières qui lui donnent sa simplicité tout en assurant sa fiabilité. Plan de l'article : - Schéma de l'ampli- Fonctionnement de l'ampli- Nomenclature Schéma de l'ampli Le schéma de l'ampli pour une alimentation +/-40V (125W efficaces / 4Ohms): Il s'agit d'un seul canal. Pour un ampli stéréo, on duplique le montage. Fonctionnement de l'ampli - Etage d'entrée Le signal audio arrive à la base de T1 via le condensateur de liaison C1. R1/C1 forme un filtre passe haut pour éliminer les fréquences indésirables et inaudibles. Pour la sono où le rendement est privilégié, on préfère couper vers 30Hz : ici, la fréquence de coupure vaut 1/(2.Pi.R1.C1) = 34Hz. - Etage différentiel (T1) Un seul transistor (T1) remplace l'habituelle "paire différentielle" ! La contre réaction (C3, R4 et R5) est connectée à son émetteur. C'est plus simple et tout aussi efficace ! Cependant, la tension Vbe de T1 induit un décalage (0.7V typique) ainsi que la tension aux bornes de R5 (0.6V typique). Cette tension vaut R5xIb(T2). Le courant de base de T2 est en effet égal au courant d'émetteur de T1. La tension de sortie se trouve donc environ 1.3V plus haut que la base de T1. La tension aux bornes de R1 est négligeable. On doit donc compenser en décalant la base de T1 de -1.3V : C2 assure une liaison dynamique à la masse. P1 doit être réglé pour obtenir 0V en sortie au repos (pas d'offset). Les tensions statiques sont donc théoriquement (pour +/-40V) : - Gain de l'ampli Dans la bande passante de l'ampli, le gain est défini par 1+R5/R4 et vaut 30 dans le montage. On peut le modifier en jouant sur R4 - Amplificateur en tension C'est l'ensemble T2, R8, R7, R6 et C4.R6, R7 et C4 créent une source de courant par montage Bootstrap. Le courant est fixé à 7mA pour le montage. C4 doit être suffisamment grand pour qu'aux plus basses fréquences audio, la tension à ses bornes ne varie pas sensiblement. T2 est l'ampli en tension à proprement parler, dont le collecteur est "chargé" par la source de courant Bootstrap. - Ampli au repos Aucun courant de base ne va vers l'étage de sortie. T2 est traversé par le courant issu de la source de courant. - Ampli en fonctionnement Lorsque du courant sort de la sortie (tension de sortie positive), le Darlington NPN consomme un courant de base. Pour l'exemple, il vaut 3mA : T2 est traversé par le "reste" des 7mA, soit 7-3=4mA. En butée, T2 se bloque si T3 dévie la totalité des 7mA. Lorsque du courant rentre dans la sortie (tension de sortie négative), le Darlington PNP renvoie un courant de base. Pour l'exemple, il vaut 3mA : T2 est traversé par la somme des courants (Ib(T3) + source de courant), soit 3+7=10mA. En butée, R9 et les deux diodes vont limiter le courant traversant T2. T2 devient alors une "source" de courant, c'est à dire un limiteur de courant. La tension aux bornes de R9 peut monter jusqu'à 0.6V environ, ce qui correspond à 18mA environ. - Polarisation de l'étage de sortie : "Vbe multiplieur" Ici, pas de montage à transistor et potentiomètre pour créer le décalage entre les bases des Darlington ! Une simple résistance de 270 Ohm, traversée par 7mA fournit 1.9V à ses bornes. Cette valeur de 1.9V doit être respectée à 0.05V près (1.85 à 1.95V). Par symétrie des Darlington, cette tension en deux Vbe proches pour la partie NPN et la partie PNP. A la base de T3, on obtient donc, au repos, 1.9/2 = 0.95V. On assure le blocage de T3 et T4 en ne mettant que 1.9V entre leurs bases, la conduction commence vers 2.3V (valeur à 25°C et qui diminue de 8mV/°C). Une légère distorsion de croisement existe mais n'est pas critique. C5 (220uF min.) lisse les variations liées à des variations brutales de la tension de sortie (transitoire de courant lié à C6 lors d'un front descendant brutal de la tension de sortie). - Calcul de R6 et R7 Le courant qui traverse R6 et R7 est fixé à 7mA. On applique la loi d'Ohm : R6+R7 = (Vcc-0.95V) / 0.007Pour +/-40V, R6+R7 = (40-0.95) / 0.007 = 5.58kOhm On répartit la somme R6+R7 trouvée en deux valeurs proches.Ici, R7 = 3kOhm et R6 = 2.7kOhm - Etage de sortie C6 et C7 stabilisent l'ampli en termes de marge de phase (et diminuent le slew rate, mais ce n'est pas dérangeant pour les applications audio). Il faut les placer au plus près des transistors de sortie. L'étage de sortie est formé des Darlington TIP142 (100V, 10A, 125W, hfe=1000) et TIP147 mais on peut aussi créer soi même un Darlington discret si l'alimentation dépasse +/-45V. Il n'y a pas de résistances d'émetteur (typique 0.22Ohm...0.47Ohm/5W). C'est un ampli Classe B "pure et dure". Donc haut rendement, pas de pertes énergétiques au repos. Nomenclature T1 : Bc556 si Vcc50VT2 : MJE340, 2SC3116, ou tout autre modèle qui a Vce>2Vcc, Ic>50mA, Ptot>0.9W Transistors de sortie T3/T4TIP122/TIP127 jusqu'à 50WRMS/4Ohms (Alim jusq'à +/-25V)TIP142/TIP147 jusqu'à 125WRMS/4Ohms (Alim jusqu'à +/-45V)2SC5200/2SA1943 (puissance)+2SC3117/2SA1249(drivers) jusqu'à 200WRMS (Alim +/-55V) Mise en parallèle nécessaire pour plus de puissance... Résistances : 1/4W sauf R6 et R7 (1W)Condensateurs/Tensions de service minimales :C2 : 100uF/6.3VC3 : 100uF/6.3VC4 : 100uF/50V (vcc/2...)C5 : 220uF min./6.3VC6 : 4.7nF/ 200V (condensateur Y 250V~ optimal) Alimentation : +/-25V à +/-80V, attention aux transistors de sortie ! La puissance de sortie dépend de l'alimentation, de la puissance nominale du transfo mais peu des transistors de sortie. Résultats typiquesTransfo 2x30V 160VA (alim +/-44V à vide) : 130W RMS / 4Ohms, 80W RMS / 8Ohms.
Limiteur de puissance audio : schema simple
Ce schéma de limiteur audio ne comporte aucun transistor Mosfet ou Jfet ou ampli à transconductance délicat à comprendre et à utiliser. Sa variation de gain ne repose que sur des diodes.Pour éviter une saturation excessive de l'ampli audio qu'on utilise, on souhaite avoir une amplitude de sortie qui varie avec l'amplitude d'entrée comme sur le graphique ci dessous :Il ne s'agit pas de la tension instantanée, mais de la valeur efficace. Le limiteur n'écrête pas le signal d'entrée, mais l'atténue dans sa globalité, comme si on tournait le bouton de volume de l'ampli pour "baisser le son".Principe du limiteur audioLe limiteur repose sur un pont diviseur à 2 résistances. La résistance commandée agit sur l'atténuation de la sortie. Plus cette résistance est faible, plus la sortie est atténuée. Le but est de garantir une atténuation variable qui s'adapte à la tension d'entrée.La résistance commandée se base sur la variation de résistance dynamique d'une diode dans le "coude" de sa caractéristique. La résistance dynamique Rd (en Ohms) d'une diode est donnée par la relation :Rd = 0.026V / I (à 25°C)I est le courant (en Ampères) qui circule dans la diode (en sens passant).La plupart des limiteurs décalent la valeur moyenne du signal (par une capacité de liaison pour polariser un transistor) , ce qui peut créer un gênant "ploc" ou "toup" dans les enceintes lorsqu'ils entrent en action. Un montage symétrique basé sur 2 diodes permet d'éviter cela. Chaque diode est connectée à une tension variable de façon symétrique : +Vc et -Vc.Schéma et étude du limiteur de puissance audio simpleVoici le schéma du limiteur audio (tant attendu) :Tout d'abord, on constate qu'il y a 5 diodes en série. Ceci garantit une faible distortion du signal jusqu'à une amplitude de 1.5V à 2V crête. On a une marge par rapport à une sortie de lecteur CD (1V crête max) ou de PC portable (encore plus faible).Le schéma du limiteur audio se décompose en blocs.La tension Vref est une tension continue réglable. C'est le seuil du limiteur audio. Si on le règle à 1.5V, le signal audio sera limité en sortie entre 1.5V et -1.5V (amplitude crête à crête). Fonctionnement du limiteur audio : Si le signal audio d'entrée ne dépasse jamais (en crête) la tension Vref, la sortie du comparateur IC1 est toujours au niveau bas. Pour la simplicité, il n'y a pas d'hystérésis sur IC1. La tension de commande Vc issue du détecteur de crête est nulle. Les diodes sont bloquées et il n'y a pas d'atténuation. En fait, il y a un peu d'atténuation parce que l'impédance d'entrée de l'ampli branché au limiteur forme un pont diviseur avec R1+R2 (11kOhms).Si le signal audio d'entrée dépasse Vref, le comparateur bascule au niveau haut, et charge C1 via R3 et D1 (détecteur de crête). La tension Vc monte à quelques Volts(2 à 5V typiques). Symétriquement, l'ampli inverseur (IC2) crée une tension -Vc. L'atténuation variable entre en action (encadré orange) et réduit l'amplitude du signal de sortie jusqu'à ce que l'entrée non inverseuse atteigne tout juste Vref.Lorsque le signal audio d'entrée rediminue, C1 se décharge à travers R4 (impédance d'entrée de l'inverseur) et R7 en série avec les 5 diodes. La constante de temps doit être choisie assez faible pour que l'atténuation cesse assez vite (0.2 à 0.5s environ = "temps de relâchement" = "release time") si le niveau audio d'entrée redescend à une valeur convenable. Mais elle doit être assez grande pour que sur une fréquence de 20Hz, Vc varie peu et que l'atténuation soit constante sur une période (50ms). Sinon, il y aurait une forte distortion du signal audio.La régulation de la tension crête maximale a lieu au point milieu entre R1 et R2. Cela signifie qu'une fois le limiteur entré en action, plus le niveau d'entrée augmente, plus le niveau de sortie baisse, de telle sorte qu'entre R1 et R2, le niveau reste constant. Avec le rapport R1/R2, une augmentation de 1V du niveau d'entrée entraîne une diminution de 0.1V du niveau de sortie. C'est à dire que si on continue à "augmenter le son" sur la table de mixage par exemple, le son réduira légèrement d'intensité au fur et à mesure. C'est un choix de prudence. R2 peut être remplacée par un fil. Diminution du niveau de sortie quand le niveau d'entrée augmente : limiteur audio "prudent" LED du limiteur audio (en option !)Une LED peut indiquer que le limiteur est en action. R9 définit le courant maxi dans la LED. La LED est reliée au - de l'alim de l'ampli de puissance pour éviter de consommer du courant sur l'alim négative des ampli op. Tout l'encadré violet peut être supprimé si on ne souhaite pas cette option !Atténuation maximaleL'atténuation maximale est obtenue avec une tension Vc élevée (5V environ), il reste toujours R7 et R8 si la résistance dynamique des diodes tend vers zéro. Le modèle équivalent est alors R7//R8 connectées à la masse.Le gain vaut alors : 1.65/(1.65+11) = 0.13L'atténuation maximale vaut -18dB (=20log(0.13)). Cette valeur est largement suffisante. En pratique, on obtient -15 ou -16dB d'atténuation maximale.Si on continue à augmenter le niveau audio d'entrée, le niveau audio de sortie sera proportionnel à l'entrée. Le limiteur ne limitera "pas plus".Ampli op du limiteur audioOn peut choisir un TL072 qui a l'avantage de contenir 2 ampli op en un boitier. Le choix n'est pas critique. Remarquons que le signal audio ne passe pas par les amplis op !Alimentation du limiteur audioIl faut alimenter les ampli op (ou le TL072) et créer la tension de seuil VrefLa mise en cascade de 2 diodes zener fournit une tension très stable (6.73V à 25V d'alim, 6.75V à 50V d'alim).Vref se règle par potentiomètre en fonction de la tension maxi que l'ampli peut envoyer aux haut parleurs). La tension +25...50V correspond à l'alimentation de l'ampli de puissance qu'on utilise (eh oui, il faut ouvrir l'ampli). On peut aussi utiliser une petite alim externe de 2 VA.L'article suivant présente quelques résultats du limiteur audio.
Redresseur sans seuil à ampli op (schéma)
Le redressement sans seuil à ampli op est un montage très classique et ne repose que sur une diode et un ampli op. La résistance R représente la charge du montage.Voici le schéma du redresseur (ou redressement) sans seuil :On constate qu'il y a une diode dans la contre réaction et que la sortie du montage est prise sur l'entrée inverseuse et non sur la sortie de l'ampli op ! Ce montage se comporte différemment selon le signe de la tension d'entrée.Cas où Ve est négativeImaginons d'abord qu'il s'agisse d'un montage suiveur (la diode est remplacée par un fil). Dans ce cas, aucun courant ne peut traverser la résistance R parce que la diode est bloquée. La tension de sortie Vs est donc nulle (loi d'Ohm Vs = R.I). L'entrée inverseuse est ainsi à potentiel nul 0V alors que l'entrée non inverseuse est connectée à Ve (Ve négative). La sortie de l'ampli op est donc à -Vsat (comparateur). La diode est bien bloquée !On a donc Vs = 0 si Ve Cas où Ve est positiveImaginons d'abord qu'il s'agisse d'un montage suiveur (la diode est remplacée par un fil). Dans ce cas, la tension de sortie a tendance à être positive. Comme la rétroaction a lieu sur l'entrée inverseuse, l'ampli op fonctionne en régime linéaire. On a donc V+ = V-. La tension de sortie Vs est ainsi égale à Ve très exactement. L'ampli op compense la chute de tension aux bornes de la diode (0.6V environ).Par exemple, Si Ve = 3V, l'ampli op créera 3.6V à sa sortie de façon à avoir 3V sur son entrée inverseuse, c'est à dire la sortie du montage.On a donc Vs = Ve si Ve > 0.On peut résumer les 2 cas en écrivant :Vs = max (Ve, 0)Si l'entrée est une tension sinusoïdale au cours du temps, la tension de sortie prend l'allure suivante :Il s'agit d'un redressement mono alternance sans seuil.Certains montages font erreur en proposant leur redresseur sans seuil. C'est le montage de gauche qui est correct, pas celui de droite (qui n'assure pas Vs = Ve puisque Vs et V- diffèrent de la tension de seuil...)Diode retournéeEn retournant la diode, on récupère l'alternance négative et l'alternance positive est bloquée (Vs = 0).On a alors :Vs = min (Ve, 0)Applications possibles du redresseur sans seuilDémodulation de signaux AM (filtre passe bas nécessaire en aval)Détecteur de crêteRedressement de signaux de faible amplitude
Redresseur double alternance à ampli op
Ce redresseur double alternance présente une impédance d'entrée constante que la tension d'entrée soit positive ou négative. On peut fixer le gain en valeur absolue et l'impédance d'entrée. Le schéma est le suivant :Le principe de ce montage repose sur l'aiguillage de la tension d'entrée Ve sur l'une ou l'autre entrée de l'ampli op en fonction de son signe :Il y a deux diodes (de préférence identiques) qui permettent d'envisager deux cas.Cas où Ve est positiveLa tension Ve est orientée sur l'entrée non inverseuse. La diode non représentée est bloquée. R2 ne joue donc aucun rôle et n'est pas représentée. L'ampli op fonctionne alors en non inverseur. Le gain Vs/Ve est défini par 1+R4/R3. Avant de calculer Vs, il faut retrancher la tension de seuil de la diode (0.6V environ). En fait, on a donc : Vs = (1+R4/R3).(Ve-0.6V) pour Ve>0.6V Vs = 0 pour 0 L'impédance d'entrée vaut R1.Cas où Ve est négativeLa tension Ve est orientée sur l'entrée inverseuse. La diode non représentée est bloquée. R1 ne joue aucun rôle et comme les courants d'entrée de l'ampli op sont nuls, l'entrée non inverseuse est au potentiel de la masse (0V). L'ampli op fonctionne alors en inverseur. Le gain est défini par -R4/R2. Etant donné que l'entrée inverseuse est à 0v (v- = v+ en mode linéaire), la résistance R3 a une tension nulle à ses bornes. Elle ne joue donc aucun rôle. En fait, il faut retrancher la tension de seuil de la diode à la tension Ve. La tension de sortie Vs vaut donc : Vs = (-R4/R2).(Ve-0.6V) pour Ve Vs = 0 pour -0.6V L'impédance d'entrée vaut R2.Dimensionnement des résistancesOn choisit l'impédance d'entrée du montage. L'impédance d'entrée vaut tantôt R1, tantôt R2. On choisit donc R1=R2.On fixe le gain A du montage. La valeur absolue du gain du montage inverseur vaut :|A| = R4/R2D'où :R4 = A.R2D'après le montage non inverseur, on a :A = 1 + R4/R3A = 1 + A.R2/R3D'où finalement :R3 = R2.A/(A-1)Choix de l'ampli opLe choix de l'ampli op n'est pas critique, il doit être alimenté par une tension symétrique. On peut prendre le classique TL071 ou TL072...Fonction de transfertAvec les valeurs choisies, le gain vaut 3 (en valeur absolue). La tension de seuil des diodes (0.6V) crée un décalage de la courbe de la fonction de transfert :ConclusionCe montage présente une impédance d'entrée qui ne dépend pas du signe de la tension et qu'on peut choisir. R3 et R4 sont calculées en fonction du gain A souhaité. R1 = R2 = impédance d'entrée souhaitéeR4 = A . R2R3 = R2 . A /(A-1)Applications possiblesCréation de signal d'erreur si le signal s'écarte trop de zéroDoublement de fréquenceFonction valeur absolue
Redresseur double alternance sans seuil ni diode à ampli op
Voici un redresseur sans diode et sans seuil très simple. Sur le schéma, un seul ampli op tel que le LM358 et 4 résistances créent un redresseur double alternance. La tension de sortie vaut 1/3 de la valeur absolue du signal d'entrée.Schéma du redresseur à ampli op sans diodeEn vert (LM358 avec R1 et R2), le montage inverseur classique. Le circuit se comporte différemment selon le signe de la tension d'entrée Ve.Choix de l'ampli opPour le redresseur sans diode, il faut un ampli op dont la plage de tension d'entrée s'étend jusqu'à son alimentation négative (potentiel le plus bas). La plage de tension d'entrée du LM358 convient pour cette applicationde : de -0.3V à +Vcc quand il est alimenté entre 0V et +Vcc. Par ailleurs, sa tension de sortie saturée (Vsat) basse doit être proche de l'alimentation négative, ici la masse : 20mV maximum (pour 1mA de courant de sortie), ce qui est très faible. C'est une tension Vce sat (saturation du transistor bipolaire de sortie).Cas où la tension est positiveLorsque la tension d'entrée est positive, l'ampli op est saturé. Sa tension de sortie (V1) est donc nulle. Vs est le résultat de Ve atténuée par le pont diviseur R3 et R4. La valeur de R4 doit être le double de celle de R3.On obtient donc Vs = 1/3.VeCas où la tension est négativeCette fois ci, l'ampli op fonctionne en inverseur. Son gain est défini par le rapport -R2/R1 et vaut -1. Vs est une moyenne pondérée de V1 (qui vaut -Ve) et de Ve. Etant donné que R4 = 2.R3, la pondération s'écrit :Vs = 2/3.V1 + 1/3.VeVs = -2/3.Ve + 1/3.Ve (car V1 = -Ve)Vs = -1/3.Ve On peut résumer les 2 cas (Ve>0 et Ve Vs = 1/3.|Ve| Fonction de transfert du redresseur double alternance Plage de fonctionnementPour éviter que l'ampli en fonctionnement inverseur sature, on limitera la tension d'entrée à -12V. La limite supérieure pour Ve dépend de la tension différentielle maximale que les entrées du LM358 supportent.La plage idéale de tension est donc -10V .Limites du montageLa tension de sortie est un peu faussée par Vsat qui n'est pas tout à fait nulle.L'impédance de sortie du montage est élevée (R3//R4).ConclusionLes résistances peuvent être choisies librement mais avec les contraintes :R2 = R1R4 = 2.R3 (c'est l'astuce du montage !)Dans ce cas, la tension de sortie Vs vaut :Vs = 1/3.|Ve|C'est un redresseur double alternance qui a l'avantage d'avoir la même référence des potentiels que la tension d'entrée, contrairement à un pont à 4 diodes.Applications possiblesCréation de signal d'erreur si le signal s'écarte trop de zéroDoublement de fréquenceFonction valeur absolue
Ampoule à LED : montage à capa chutrice
Les ampoules à LED sont très répandues et consomment très peu d'électricité ! Mais comment les LED sont-elles connectées ? Ci dessous, on voit le schéma typique d'une ampoule à LED. Il est facile de réaliser soi même ce circuit.Condensateur de 330nF monté en "capacité chutrice" dans une ampoule à LEDLe secteur traverse tout d'abord le condensateur de 330nF (type X2). Ce condensateur fonctionne en résistance qui limite le courant. On l'appelle parfois "capacité chutrice" ou "capa chutrice". En effet, c'est lui qui encaisse la chute de tension entre le secteur et le pont redresseur. L'impédance d'un condensateur vaut : Z = 1 / (2.Pi.C.f)Z : impédance en OhmsC : capacité en Ff : fréquence en HzPour 50Hz et 330nF, l'impédance vaut environ 9650 Ohms. Sous une tension de 230V alternatifs, ce condensateur laisse passer un courant de 230/9650 = 23.8mA. Si la tension aux bornes du pont n'est pas négligeable, la tension aux bornes du condensateur sera réduite d'autant et le courant le traversant aussi.La résistance de 470kOhm en parallèle avec la capa de 330nF sert à la décharger lorsqu'on a débranché l'ampoule à LED.RedressementLe redressement est confié à 4 diodes 1N4007. C'est classique et d'autres diodes équivalentes font bien l'affaire.LissageLe condensateur de 100uF est chimique et polarisé. Sa tension de service est fonction du nombre de LED insérées en série. Si on met 20 LED bleues, vertes ou blanches en série, la tension s'établit autour de 62V (3.1V par LED). Avec des LED jaunes, oranges ou rouges, la tension s'établit autour de 38V (1.9V par LED). Cela dépend de la tension directe Vf aux bornes de chaque LED (pour un courant de 20mA) On peut placer autant de LED qu'on veut en série, avec un maximum d'environ 50. Au delà, il faut recalculer la capacité chutrice pour augmenter le courant dans les LED jusqu'à 20mA.En pratiqueUne ampoule à LED de 1W possède souvent 18 ou 20 LED de 5mm transparentes ("waterclear") et consomme environ 1W. Attention, avec les 20mA alternatifs appelés sur la prise, la consommation est de 230 x 0.020 = 4.6VA. Seul les 1W (puissance active) consommés sont facturés... LED d'une ampoule à LED : transparentes et diamètre 5mmRemarques sur le montage "capacité chutrice"- Si l'ensemble des LED a un faux contact, la tension aux bornes du condensateur chimique va grimper dangereusement et tendre vers 320V (secteur redressé). Si on reconnecte alors les LED, elles seront alimentées par une tension excessive qui les fera toutes claquer d'un coup !- En fonctionnement normal, aucune résistance de limitation n'est nécessaire en série avec les LED puisque la limitation est faite grâce à la capa chutrice (qui ne chauffe pas, contrairement à une résistance)- Lors du branchement à la prise, le pic de courant (la capa chutrice est initialement vide) est absorbé par le condensateur de 100uF. Les LED ne craignent donc rien. Même avec un condensateur de 10uF, le pic est absorbé. - Aucune isolation électrique entre les LED et le secteur - Mais pas de transfo, aucun échauffement, montage très simple... Donc ampoule à LED pas chère et légère !
Ampli à TDA2030
Le TDA2030 est un ampli audio Hifi très simple d'emploi. C'est un circuit intégré en boitier Pentawatt qui se comporte comme un ampli op traditionnel (alimentation + et -, entrée non inverseuse et inverseuse, sortie). Le schéma de l'ampli à base de TDA2030 est semblable à un ampli non inverseur classique, mis à part qu'on branche directement un haut parleur (4 ou 8 Ohms) dessus ! La puissance typique est de 14W efficaces, mais dépend de l'impédance du haut parleur et de la tension d'alimentation. Schéma de l'ampli à TDA2030 Choix des composants - Filtre d'entrée R1/C1 forme un filtre passe haut qui élimine les fréquences trop basses inaudibles. Sa fréquence de coupure vaut : f = 1 / (2.Pi.R1.C1) = 15Hz L'impédance d'entrée vaut R1. On peut l'adapter au besoin et recalculer C1. - Contre réaction et gain R3 et R2 définissent le gain du montage par la relation de l'ampli op non inverseur : Gain = 1 + R3/R2 = 32 C'est à dire que la tension de sortie vaut 32 fois la tension d'entrée. Il s'agit du gain en boucle fermée et non en boucle ouverte. Ce gain doit être supérieur à 16 (24dB) d'après le constructeur. Sinon l'ampli peut osciller à haute fréquence (être instable) et poser problème. En revanche, le réseau de Boucherot RC série monté en parallèle avec le haut parleur ne s'avère pas indispensable, il ne figure ainsi pas sur le schéma (essais réalisés en pratique !). Si un gain inférieur à 16 est nécessaire, il faut atténuer le signal par un pont diviseur avant de l'amplifier à nouveau. Cela peut paraître idiot, mais c'est nécessaire pour garantir le bon fonctionnemnt de l'ampli TDA2030. Par simplicité, il n'y a pas de condensateur en série avec R2. L'offset d'entrée (+/-2mV typiques) est ainsi amplifié par le gain au lieu d'être tel quel mais cela n'est pas critique pour des applications standard. On peut mesurer +/-50mV environ. - Diodes Les 2 diodes garantissent que la tension de sortie ne dépasse pas les valeurs de l'alimentation. Cela peut arriver si le haut parleur est inductif et que l'ampli est saturé. Le signal de sortie se rapproche d'un créneau et la continuité de courant dans la charge inductive créerait des surtensions dangereuses pour le TDA2030. Tous les haut parleurs sont inductifs ! Bien sûr, si la charge était purement résistive (pas un haut parleur !), ces diodes seraient inutiles... Ces diodes sont nommées "catch diode" en Anglais. Elles ne jouent sur aucun autre paramètre (puissance, gain, etc). Alimentation L'alimentation doit être symétrique de +/-6V à +/-18V. Le courant disponible doit être de 0.5A minimum sur chaque moitié d'alimentation. Caractéristiques de l'ampli TDA2030 Puissance de sortie en fonction de l'alimentation (0.5% de taux de distorsion) Montage de l'ampli Un petit radiateur est indispensable à l'ampli TDA2030 (avec pâte thermoconductrice) ! Il doit mesurer quelques centimètres de côté Montages à base de TDA2030 fixés sur radiateurs (celui de droite contient 2 transistors de puissance en plus) Le boitier du TDA2030 est relié à la patte 3, donc au - de l'alimentation. Si on ne met pas d'isolant (mica + rondelle entre la vis et le TDA2030), le radiateur se trouve au - de l'alimentation. Les condensateurs de 100nF (découplage) doivent être aussi près que possible des pattes 3 et 5 (alims). Sinon, l'ampli peut osciller, ce qui se manifeste par des craquements et des souffles dans le son. Qualité du son C'est un ampli classe AB qui possède une polarisation au repos (40mA de courant de repos). La qualité du son est ainsi excellente !
Ampli 1W très simple à 2 composants : schéma à LM386
Cet ampli utilise au total 2 composants et fonctionne parfaitement ! Il peut donner 1W efficace dans un haut parleur de 8 Ohms. Il s'agit d'un "montage" (presque trop simple pour appeler cela un montage) à base de LM386. Le LM386 est un petit ampli intégré qui marche avec une tension d'alimentation simple de 6 à 12V (pile de 9V, adaptateur, etc). Schéma de l'ampli Schéma de l'ampli 1W à LM386 (le composant est vu de dessus) Montage de l'ampli : LM386 et condensateur LM386 Vue d'un ampli LM386 (boitier DIP8) Pattes 1, 7, 8 : non connectées (en l'air)Pattes 2 et 4 : à la massePatte 6 : alimentation +6V à +12V.Patte 5 : reliée au condensateur de liaison 220uF/10V Condensateur Le condensateur de liaison est en série avec le haut parleur, il bloque la composante continue présente à la sortie du LM386. Il doit être de 220uF minimum pour garantir une restitution des basses suffisante. Il doit supporter au moins 10V. Pour des "mini enceintes", il est intéressant de réduire cette valeur pour n'envoyer aux haut parleurs que des médiums aigus. Ces haut parleurs ne peuvent en effet pas reproduire le grave ( Ce condensateur forme un filtre passe haut avec le haut parleur (circuit RC). La fréquence de coupure (en Hz) vaut : 1 / (2.Pi.R.C) Avec R = 8 Ohms (haut parleur) et C = 220uF (0.00022F), on obtient 91Hz. Attention : Le "+" du condensateur doit être à la patte 5, le "-" étant connecté au haut parleur. Masse de l'ampli Les pattes 2 et 4 du LM386 sont à la masse, c'est à dire à la fois le "-" de l'alimentation et la masse audio (le blindage dans le câble RCA ou jack). Caractéristiques de l'ampli - Alim : +6 à +12V simple (+15V maximum absolu)- Gain en tension : 20- Puissance de l'ampli à 8 Ohms : 1W (alim 12V), 0.3W (alim 6V).- Conso au repos (pas de musique) : 4mA typiques, 8mA max. Augmentation du gain de l'ampli Si le gain de 20 n'est pas suffisant (pour un ampli de micro par exemple), on peut relier les pattes 1 et 8 du LM386 ensemble. Le gain de l'ampli vaudra alors 200. Applications - Ampli de mini enceintes (pour MP3, portable, etc)- Ampli pour casque- Ampli pour haut parleur de téléphone- Commande de petits moteurs Si vous branchez ce petit ampli à une enceinte de sono puissante, vous serez surpris d'atteindre 90 ou 95dB dans la pièce ! En effet, c'est le niveau sonore qu'on obtient avec 1W dans une enceinte sono classique...
Micro electronique : vue interne d'un circuit intégré
Ici, on voit un circuit intégré de puissance ouvert. Il s'agit d'un ampli 2x15W RMS intégré (STK439). Vue du STK439 dans sa globalité ! Vue du STK439 dans sa globalité (aussi) ! Pour voir l'intérieur du circuit intégré, on peut le casser à la pince en le tordant. Vue interne du circuit intégré Détail sur un des 4 transistors de puissance (étage de sortie) On reconnait la structure interdigitée d'un transistor de puissance. Des connexions sont assurées par un fil qui fait un "pont" au dessus d'une piste. Ce fil est fixé par "bonding". Vue d'un connexion par "bonding" La photo montre une surface de 0.5 x 0.3mm environ.
Ampli hifi stéréo hybride (circuit intégré STK439)
Cet ampli hybride peut s'adapter à toute application Hifi compacte. Les caractéristiques de cet ampli sont les suivantes :Alimentation simple (pas symétrique)Vcc max du STK439 : 56VPuissance de sortie : 2 x 15 W efficacesTempérature du boitier : 85°C maxCourant de repos du STK439 : 60mA typiques, 120mA max.Ci dessous, le circuit intégré (en boitier à fixer sur radiateur) Le schéma interne est présenté ci dessous : L'étage différentiel d'entrée repose astucieusement sur un seul transistor. L'entrée "-" est reliée à l'émetteur. La borne "SUB" représente le substrat, relié au potentiel le plus bas.Ci dessous, un schéma d'application typique du STK439 pour ampli hifiAmpli hifi avec STK439 2x15WRMS (schéma typique)Tous les condensateurs doivent supporter 50V (sauf celui de 100uF près de Vcc qui doit Vcc). Attention à la polarité !Le gain égal à 101 (40dB) est défini par 1 + 12k/120 = 101 dans la contre réaction. Le STK439 fonctionne en non inverseur habituel.La tension d'alimentation est simple et vaut 40 à 50V typiques (56V max).L'ensemble 1k/0.47nF à l'entrée élimine les parasites radio fréquence.L'impédance minimale des hauts parleurs est de 8 Ohms. Des hauts parleurs de 4 Ohms appeleraient un courant trop grand qui surchargerait l'ampli.Les condensateurs de 1000uF bloquent la composante continue de la tension de sortie. A travers eux passe le courant qui va dans le haut parleur. Leur capacité doit être suffisante pour ne pas atténuer les basses fréquences audio. Tous les amplis à tension d'alimentation simple ont besoin de ce condensateurs de liaison en série avec le haut parleur parce que leur tension de sortie de repos vaut la moitié de l'alimentation (+Vcc/2).Le STK439 est utilisé dans quelques amplis hifi. Une plaque en alu permet souvent une meilleure dissipation de la chaleur par rapport à la tôle seule. Le STK439 est fixé directement sans isolation électrique (mica ou silicone) puisque le boitier est au potentiel le plus bas (masse du chassis).En regardant les valeurs des composants, on voit que les concepteurs de cet ampli ont repris le schéma d'application typique proposé par le fabricant et ont ajouté "autour" leurs propres circuits.Alimentation du STK439L'alimentation peut se faire par un transfo de 50 à 100VA qui donne 30 à 35V (AC) au secondaire. Un simple pont redresseur et un condensateur de 2200uF/63V conviennent parfaitement pour créer la tension continue d'alimentation. On peut choisir 4700uF/63V pour une meilleure régulation. Niveau d'entrée du montage à STK439 (sensibilité)Il faut un niveau ligne pour les 2 entrées audio du STK439. La tension de sortie max vaut 11V efficaces (15W RMS à 8 Ohms). La tension d'entrée maxi vaut donc 11V/101 = 110mV. Un lecteur CD ou un ordinateur portable atteint au moins ce niveau. Le réglage de volume peut se faire par un potentiomètre stéréo qu'on place entre la source audio et l'entrée de l'ampli à STK439.
Jeu de lumière Moonflower LED ouvert
Un Moonflower à LED démonté permet de voir la matrice de LED (diamètre 5mm), la lentille, mais aussi les cartes électroniques et le transfo d'alimentation. L'appareil fonctionne sans aucun bruit (ni moteur ni ventilateur) et réagit au rythme de la musique ou par commande DMX. Grâce à la lentille, l'image de la matrice de LED se forme sur un mur situé à quelques mètres du Moonflower. Ci dessous, 4 photos de l'image sur le mur. Sur les 64 LED de couleur, seule une partie est allumée. Il n'y a que des LED rouges, vertes et bleues (pas de blanches ni jaunes).
Jeu de lumière LED Moonflower : principe
Un ensemble de LED et une lentille convergente suffisent pour créer un jeu de lumière à LED de type Moonflower. Contrairement au Moonflower à lampe halogène, aucun mouvement mécanique n'a lieu : pas de moteur électrique ! Il s'agit simplement d'un ensemble de LED qui constitue une sorte de petit écran où apparaissent des figures géométriques programmées électroniquement. C'est l'allumage et l'extinction de groupes de LED organisés qui créent l'impression de mouvement. Le choix des couleurs des LED permet des teintes vives, surtout dans le bleu (difficile à réaliser avec un filtre de couleur placé sur ampoule halogène). La matrice de LED se trouve dans le plan focal de la lentille qui en projette ainsi l'image dans la salle. C'est de loin la construction mécanique la plus simple. Par ailleurs, la consommation électrique est très réduite (5 à 20W environ contre 600W pour un derby ou un mushroom classique) Un programme électronique fait défiler les figures préenregistrées au rythme de la musique (mode "Sound", "Music" ou 'Auto") ou par commande DMX. Ce sont des effets de lumière récents qui n'existent que depuis que les LED très lumineuses existent. Construction Moonflower à LED : matrice de LED et lentilleRendu des couleursLe Moonflower à LED donne des ambiances plutôt bleutées froides parce que les LED bleues sont très lumineuses par rapport aux LED rouges. C'est le contraire des Moonflower halogène qui restituent des teintes chaudes liées au filament. Les deux types de Moonflower se complètent en termes de rendu.Choix des LEDIl s'agit de LED transparentes et incolores ("waterclear") de 5mm de diamètre à très haute luminosité. Le bricoleur trouvera les luminosités typiques pour des LED 5mm 20mA :rouge (red) : 6000 à 15000 mcdjaune (amber) : 5000 à 20000 mcdvert (green) : 8000 à 30000 mcdbleu (blue) : 5000 à 15000 mcdblanc froid (white) : 10000 à 30000mcdIl existe aussi depuis peu des LED 5mm de diamètre qui supportent 100mA et qui peuvent dissiper 0.5W ! Leur luminosité typique vaut 25 000 à 100 000 mcd et l'angle d'ouverture 60°.Il existe aussi depuis peu des LED 10mm de diamètre qui supportent 100mA (0.5W nominal) et 300mA (1W nominal) san radiateur supplémentaire ! La luminosité typique vaut 150 000 à 300 000 mcd pour les 0.5W et 250 000 à 400 000 mcd pour les 1W. LED 10mm de diamètre : 100mA, 0.5W nominal
Alimentation à réserve d'énergie contre microcoupures
L'alimentation continue d'un appareil ou d'un circuit peut subir des microcoupures liées à une défaillance ou à un appel de courant d'un autre appareil branché à cette alimentation. Si par exemple 2 circuits sont alimentés par la même alimentation et qu'un des 2 circuits a un défaut et fait sauter son fusible, l'appel de courant transitoire entraînera sans doute une microcoupure. Il existe une solution simple à ce problème : En fonctionnement normal, le courant d'alimentation passe par D1. Le condensateur se charge via la résistance de 1kOhm (valeur indicative) et non via D1 puisque D2 bloque. On a intérêt à utiliser des diodes Schottky pour limiter la chute de tension à 0.2V environ. Lors d'une microcoupure, +V devient inférieur à la tension aux bornes du condensateur. D1 bloque et D2 entre en conduction. Le circuit est alimenté par la "réserve d'énergie" (condensateur). Evidemment, ce condensateur va se décharger très vite (selon le courant appelé...). Lorsque la tension d'alimentation revient, D1 entre à nouveau en conduction et le condensateur va se recharger progressivement ... et sera prêt à la mircocoupure suivante. En vert : +V (entrée) En bleu : +V sécurisé. Lors de la microcoupure, le condensateur se décharge en alimentant le circuit. C'est la réserve d'énergie. La différence entre +V et +V sécurisé est égale à la chute de tension aux bornes de la diode (sa tension directe Vf). Remarque : Si D2 était un fil, le condensateur se chargerait brutalement via D1 à chaque montée de tension d'alimentation (fin de microcoupure ou mise sous tension). Cela créerait un appel de courant non souhaitable (fusible à surdimensionner, etc).
Testeur de cable RJ45 simple (schéma)
Ce testeur de cable RJ45 vérifie la continuité des fils, l’absence de court-circuit et le respect de l’ordre des fils. Schéma du testeur de cable RJ45 (partie émetteur) : L'oscillateur est basé sur un 4011. Sa période d'oscillation est ici de l'ordre de la seconde pour qu'on ait le temps de voir s'allumer successivement les LED ! La sortie est prise sur la broche 11. Le coeur du testeur est un 4017 (compteur Johnson). Il possède 10 sorties qui passent au niveau haut de tension ("1") l'une après l'autre, à chaque front d'horloge. Il n'y a qu'une seule sortie à "1" à la fois, les autres étant au niveau bas "0". Sur les 10 sorties du 4017, on n'en utilise que 8 pour le câble RJ45 à tester. La tension d'alimentation ne doit pas dépasser 15V. Les numéros de 1 à 8 ne sont pas dans l'ordre. C'est ainsi que le 4017 est broché de façon interne. C'est surprenant, mais c'est ainsi ! Schéma du testeur de cable RJ45 (partie récepteur) : Les numéros 1 à 8 sont les broches de la prise femelle RJ45. on connecte le récepteur à l'autre extrémité du cable RJ45. Fonctionnement du testeur de cable RJ45 Imaginons que la broche numéro "5" soit à l'état haut. Le courant circule de la broche 5, à travers la résistance 680 ohms, la LED correspondante, et revient vers les autres bornes à travers les diodes 1N4148 Si un fil est coupé, la LED correspondant au fil ne s'allumera pas Mise en place du test du cable RJ45 : Brancher l’émetteur sur une extrémité du câble RJ45 à tester, le récepteur sur l’autre extrémité. Si les LED s'allument toutes dans l’ordre, le câblage est correct dans le càable RJ45. Si un fil est coupé, la LED correspondante ne s'allume jamais.Si 2 fils sont en court-circuit, 2 LEDs s’allument en même temps.Si l’ordre des fils n’est pas respecté, les LEDs ne clignotent pas dans l’ordre (permet aussi de tester un câble croisé).
Composant électronique traditionnel monté en CMS
Plus besoin de perceuse pour réaliser vos cartes si vous montez les composants traditionnels en CMS (composants montés en surface) ! Ci dessous, on voit comment plier le bout des pattes pour obtenir ensuite une soudure fiable :Les avantages de cette méthode sont nombreux :- pas de perçage du circuit imprimé- meilleure fiabilité des soudures- meilleure résistance aux vibrations mécaniques- possibilité de souder les composants des 2 côtés (montage traditionnel et montage CMS)- réduction du temps de réalisationCi dessous, on voit en pratique le pliage des pattes d'un TL072 et d'une résistance 1/4W traditionnelle :Il est aussi possible de souder de vrais CMS de façon artisanale. Le plus simple est de souder des CMS de taille 1206 (3 x 1.5mm) ou des boitiers SOIC (pas de 1.27mm entre les pattes). Ci dessous, le soudage d'un boitier SOIC8 :
Flux à souder (soudure) pour étain : chlorure de zinc
Le chlorure de zinc est un flux de soudure excellent et très économique, on peut le créer soi même facilement à partir d'acide chlorhydrique et de morceaux de zinc.Créer le flux de soudure (chlorure de zinc dissous dans l'eau)Il suffit d'acide chlorhydrique du commerce (on en trouve à moins de 2 euros pour 1 litre) et de chutes de zinc (gouttières, couverture de toit).On se place en extérieur ou sous une hotte. On verse dans un tube à essai ou un petit récipient en verre quelques mL d'acide chlorhydrique. On y ajoute des chutes de zinc (les plaques de zinc peuvent se découper avec de bons ciseaux !) : un fort dégagement gazeux commence, c'est du dihydrogène. Le dihydrogène est un gaz très inflammable. Par ailleurs, il entraîne avec lui des gouttelettes d'acide. La réaction chimique est la suivante :Le zinc doit être en excès. Si tout le zinc disparait, il faut donc en rajouter. Après un jour (ou au moins plusieurs heures), il reste des chutes de zinc noircies et le dégagement gazeux a complètement cessé : il n'y a plus d'acide. On retire les plaques de zinc en excès, on peut ensuite filtrer la solution ou n'en retenir que la partie limpide. La solution obtenue est une solution de chlorure de zinc : c'est le flux à souder, prêt à l'emploi ! Le chlorure de zinc peut se conserver sans limite dans un récipient en verre ! Pourquoi utiliser le flux de soudureLors d'une gravure de circuit imprimé, on obtient des pistes en cuivre qu'on peut souhaiter étamer pour les protéger de l'oxydation et souder dessus plus facilement.L'avantage, c'est que l'étain n'est pas obligé de contenir du flux, on peut donc utiliser de l'étain de récupération, refondu de soudures de circuits divers et remis en forme de bâtonnet (ou autre... selon les goûts de chacun !) avec un fer à souder...Comment utiliser le flux de soudureOn dépose une ou deux gouttes de flux à souder (chlorure de zinc) sur le circuit imprimé puis on l'étale bien. On peut utiliser un bâton en verre ou en plastique, ou une règle. On applique ensuite le fer à souder et de l'étain sur le circuit imprimé. La panne du fer doit être assez horizontale par rapport au circuit pour aller plus vite. Une grosse panne étalera mieux qu'une petite. La vaporisation de l'eau du flux au contact de la panne du fer peut surprendre, mais c'est normal. Ci dessous, le circuit en cours d'étamage :Lorsque l'étamage avec le flux est fini, le circuit imprimé présente un bel aspect métallique blanc :Rinçage après étamage Le chlorure de zinc est très conducteur électrique. De plus, il est un peu corrosif et attaque l'étain après quelques minutes (aspect terne puis noircissant). Il faut donc rincer abondamment à l'eau courante juste après l'étamage avec le flux. On essuie soigneusement ensuite le circuit imprimé et on peut le frotter avec un chiffon légèrement humide pour le rendre plus brillant.Le circuit imprimé est alors prêt pour l'implantation des composants !Durée de l'opération d'étamage : quelques minutes (dépend de la taille du circuit imprimé)
Réalisation circuit imprimé électronique sans insoleuse ni graveuse
Des ciseaux suffisent pour réaliser soi même des circuits imprimés ! La technique est simple, rapide pour les circuits prototypes de petite ou moyenne taille, et ne nécessite aucun produit dangereux et toxique. C'est moins cher, plus simple, plus écolo ! La réalisation artisanale d'un circuit imprimé électronique est présentée ci dessous. Le matériel nécessaire : ciseaux (et crayon) Le crayon à papier permet de dessiner sur le circuit imprimé côté cuivre les séparations entre les pistes et non les pistes : c'est un raisonnement à l'envers, mais on s'y fait assez vite ! On peut créer sur papier un prototype de circuit imprimé et le redessiner au crayon sur le cuivre. Il faut faire attention à l'espacement des pattes pour les circuits intégrés en particulier. Comment gratter le circuit imprimé Le ciseau doit être placé pour que la pointe puisse gratter et enlever toute l'épaisseur de cuivre : Avec les mains (pour les droitiers), on peut prendre le circuit imprimé et les ciseaux de la façon suivante : La main gauche tient fermement le circuit imprimé à réaliser. Le pouce gauche sert de levier où s'appuie le ciseau. La main droite descend pour que la pointe du ciseau remonte. La pointe du ciseau enlève le cuivre du circuit imprimé comme ci dessous : Lorsque toutes les séparations ont été faites, le circuit imprimé ressemble à cela : Ce qui est entouré en bleu clair doit être retiré pour éviter des court circuits entre les piste du circuit imprimé. On passe en raclant la lame du ciseau, comme ci dessous : Les chutes de cuivre (ci dessous) qu'on obtient forment une sorte de grenaille. Il n'y a aucun danger contrairement aux composés chimiques utilisés par une gravure traditionnelle (perchlorure de fer, révélateur, acétone pour nettoyer, etc). Réaliser un circuit imprimé soi même avec cette méthode s'adapte à un appartement ou une chambre sans aération particulière ! La réalisation du circuit imprimé est maintenant finie. Le circuit imprimé ressemble alors à cela : Vue du circuit imprimé réalisé soi même : ici, 3 exemplaires identiques grattés à la main. Le temps de réalisation est de l'ordre de 10 minutes pour un circuit imprimé comme sur la photo.
Alimentation d'ampli hifi : commutateur 220V ou 240V ?
La tension secteur est aujourd'hui de 230V (et non plus 220V). Il arrive que certains amplis hifi possèdent en face arrière un commutateur de tension d'alimentation secteur. Cela est pratique pour voyager de par le monde ! Sur l'arrière de l'ampli, on voit le commutateur d'alimentation (ci dessous) : Si l'ampli hifi ne possède que les choix "220V" et "240V", il est préférable de choisir la position "240V" : En effet, cela permet à l'ampli d'être en sous tension et non en surtension. Si le commutateur de l'ampli est sur "220V" et qu'il reçoit 230V (notre secteur), la tension qu'il reçoit est excessive. Il en résulte que la tension secondaire du transformateur est supérieure à ce qui est prévu. L'ampli sera certes un peu plus puissant, mais il chauffera davantage et son fonctionnement sera moins fiable.En revanche, si le commutateur de l'ampli est sur "240V" et qu'il reçoit 230V (notre secteur), la tension qu'il reçoit est un peu inférieure. Le fonctionnement de l'ampli sera plus fiable, il s'échauffera moins et vieillira moins.Le transfo de l'ampli hifiSur les amplis avec commutateur de tension d'alimentation, le primaire du transfo de l'ampli est une mise en série de plusieurs bobinages ou un bobinage unique dont on prélève plusieurs tension intermédiaires (points milieu). Dans ce cas, c'est un autotransformateur. Il vaut toujours mieux choisir la position 240V. Ci dessous, le commutateur sorti de ses fiches : les positions possibles créent les contacts appropriés pour connecter les bobinages primaires du transfo de l'ampli hifi.