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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.
Distance dans l'air et ligne de fuite en électronique
Les distances dans l'air doivent assurer que les surtensions qui peuvent entrer dans le matériel ou être produites à l'intérieur du matériel ne détruisent pas l'isolement. Il ne doit pas se produire de claquage (arc électrique entre deux conducteurs). Les distances dans l'air de la norme EN60950-1 sont données pour des fonctionnement jusqu'à 2000 m au dessus du niveau de la mer. Les distances dans l'air doivent être augmentées pour des altitudes supérieures. On peut aussi intercaler un isolant solide. Les distances dans l'air doivent être d'au moins : - 10 mm pour un intervalle d'air assurant une isolation renforcée entre une partie sous tension dangereuse et une partie conductrice accessible de l'enveloppe d'un matériel. - 2 mm si l'enveloppe du matériel est reliée à la terre. Les distances dans l'air minimales spécifiées ne s'appliquent pas à la distance entre les contacts de coupe circuits thermiques, thermostats, interrupteurs... Distances dans l'air sur circuit imprimé Les valeurs en mm figurent dans l'article suivant : Distance d'isolement électrique : valeurs sur circuit imprimé Ligne de fuite Les lignes de fuite doivent assurer que, pour une valeur efficace de tension de service donnée et un degré de pollution, il n’y ait ni contournement ni rupture de l’isolation (par exemple dû au cheminement). Attention aux câbles Les passages prévus pour les câbles doivent être lisses et ne pas présenter d’arêtes vives. Les conducteurs doivent être protégés de manière à ce qu’ils n’entrent pas en contact avec des aspérités, des ailettes de refroidissement, des parties mobiles, etc., susceptibles d’endommager leur isolation. Les trous dans le métal pour le passage des conducteurs isolés doivent être convenablement arrondis ou munis de traversées.
Distance d'isolement électrique : valeurs sur circuit imprimé
La norme EN60950-1 présente les distances dans l'air à respecter en fonction de la tension crête et les lignes de fuite à respecter en fonction de la tension efficace. Distance dans l'air Distances dans l'air définies par la norme EN60950-1 Les distances dans l'air sont données en fonction du degré de pollution et des surtensions sur le réseau. Chez soi et dans l'industrie, il est raisonnable et prudent de choisir : - surtension : 2500V (correspondant à la catégorie II de surtensions d'un réseau 230V)- degré de pollution 2 Avec ces choix, il est possible de simplifier le tableau : Distances dans l'air (degré de pollution 2, surtension 2500V) Selon l'isolement souhaité, on retient une des 3 colonnes : F : fonctionnelB/S : principal ("basic" en Anglais) ou supplémentaireR : renforcé Exemple : - Si on souhaite une isolation renforcée pour une tension de 340V crête, il faut 4mm minimum entre les deux pistes. - Pour une isolation fonctionnelle, 1.4mm suffit pour une tension allant jusqu'à 210V crête. Ligne de fuite Lignes de fuite définies par la norme EN60950-1 Les lignes de fuite sont données en fonction du degré de pollution et du groupe de matériaux. Chez soi et dans l'industrie, il est raisonnable et prudent de choisir : - degré de pollution 2- Groupe de matériaux : "autres matériaux" (c'est le pire cas parce que les "cartes imprimées" sont moins contraignantes) et colonne "IIIa, IIIB (c'est le pire cas). En choisissant cette colonne, les lignes de fuite garantissent une excellente fiabilité ! (Les groupes de matériaux dépendent de l'indice de résistance au cheminement (IRC) et sont classés comme suit: Groupe de matériau I : IRC > 600Groupe de matériau II : 400 Groupe de matériau IIIa : 175 Groupe de matériau IIIb : 100 Le groupe de matériau est vérifié par l'évaluation des données d’essai pour le matériau conformément à la CEI 60112. Lorsque le groupe de matériau n'est pas connu, il est supposé être IIIb.) Les valeurs du tableau s'appliquent à l'isolation fonctionnelle, principale et supplémentaire. Pour l'isolation renforcée, il faut doubler les valeurs. Il est permis de procéder par interpolation linéaire entre les deux points les plus voisins, la ligne de fuite calculée étant arrondie à l'échelon de 0,1 mm immédiatement supérieur. Pour l'isolation renforcée, la valeurcalculée de l'isolation principale doit être doublée d'abord avant d'arrondir. Exemple : isolation renforcée pour une tension efficace de 163VLigne de fuite : 1.63mm (interpolation linéaire du tableau)Ensuite, on double : 2x1.63mm = 3.26mmEnsuite, on arrondit : 3.3mm On remarque aussi que, dans cette colonne, de 160V à 50kV, la ligne de fuite en mm vaut 1/100 de la tension en V efficaces. Avec un degré de pollution 2 et un groupe de matériaux IIIa, IIIb, on ne retient qu'une colonne : Lignes de fuite (degré de pollution 2, "Autres matériaux", "IIIa, IIIb") Exemple : - Si on souhaite une isolation renforcée pour une tension de 240V efficaces, il faut 4.8mm minimum (=2x2.4) de ligne de fuite entre les deux pistes. Distance dans l'air et lignes de fuite : exemples concrets 1°) On souhaite créer une isolation principale avec une tension sinusoïdale de 400V efficaces (avec comme paramètres : degré de pollution 2, surtension réseau 2500V, autres matériaux IIIa, IIIb). Distance dans l'air minimale : la tension crête vaut 400 x 1.414 = 570V crêteCette valeur se situe entre 420V exclus et 840V inclus. On a donc : Distance dans l'air minimale = 3.2 mm Ligne de fuite minimale : On a donc : Ligne de fuite minimale = 4.0 mm (pour une tension efficace de 400V). Conclusion : Il doit y avoir au moins 3.2 mm entre les deux pistes. - Si il y a moins de 4mm, le circuit imprimé doit être perforé pour augmenter la ligne de fuite jusqu'à 4mm au moins. - Si il y a plus de 4mm, pas de perforation obligatoire. 2°) On souhaite créer une isolation renforcée pour une tension sinusoïdale de 230V efficaces (avec comme paramètres : degré de pollution 2, surtension réseau 2500V, autres matériaux IIIa, IIIb). C'est par exemple, l'isolation souhaitée pour séparer le secteur d'une sortie TBTS. Distance dans l'air minimale : la tension crête vaut 230 x 1.414 = 325V crêteCette valeur se situe entre 210V exclus et 420V inclus. On a donc :Distance dans l'air minimale : 4.0 mm Ligne de fuite minimale : la tension efficace vaut 230V.Ligne de fuite minimale (d'après tableau) : 2.3 mm Pour l'isolation renforcée, on double cette valeur : il faut au moins 4.6 mm de ligne de fuite. Il doit y avoir au moins 4 mm entre les deux composants ou pistes. - Si il y a moins de 4 mm, le circuit imprimé doit être perforé pour augmenter la ligne de fuite jusqu'à 4.6mm au moins. - Si il y a plus de 4.6mm, pas de perforation obligatoire. Conclusion : la ligne de fuite est souvent plus longue que la distance dans l'air : il faut donc perforer le circuit imprimé si le placement des composants est serré.
Distance d'isolement électrique : paramètres
Sur un circuit imprimé, la distance d'isolement entre deux pistes dépend de : - la tension (bien sûr !)- l'isolement souhaité- la nature du matériau- la pollution de l'environnement- les tensions transitoires du réseau Tension - Tension crête et distance dans l'air La valeur de la tension crête détermine la distance minimale à respecter sur le circuit imprimé. Il s'agit de la "distance dans l'air", mesurée en ligne droite entre les points les plus proches des deux pistes. C'est une distance "à vol d'oiseau" (un très petit oiseau ;-)). - Tension efficace et ligne de fuite La valeur efficace de la tension détermine la ligne de fuite minimale à respecter sur le circuit imprimé. La ligne de fuite est, en gros, le plus court chemin sur le circuit imprimé pour aller d'une piste à l'autre. Pour un circuit imprimé perforé entre deux pistes, la ligne de fuite est plus longue que la distance dans l'air. Le trou dans le circuit imprimé permet d'augmenter la ligne de fuite pour une distance dans l'air donnée. Ici, ligne de fuite et distances dans l'air sont égales. Perforation du circuit imprimé pour augmenter la ligne de fuite On suppose que le courant de fuite ne passe que par le circuit imprimé et pas dans l'air ambiant. Les articles "Distance dans l'air en électronique" et "Ligne de fuite en électronique" définissent plus en détail ces deux notions. Isolement souhaité L'isolement souhaité peut être fonctionnel, principal, supplémentaire, renforcé ou double. L'article "Norme EN60950-1 : Isolement électrique, TBT, TBTS" définit plus en détail ces notions en électronique. Nature du matériau Le matériau peut être : - carte imprimée (destinée à l'électronique)- autres matériaux Pollution de l'environnement Un circuit électronique est souvent soumis à la poussière et à l'humidité ou la condensation d'eau. On définit le degré de pollution (valeurs 1, 2 ou 3) de la façon suivante : - Degré de pollution 1 Absence de pollution ou présence de pollution sèche uniquement (par exemple en enfermant les composants ou sous-ensembles de façon hermétique pour empêcher toute poussière ou humidité. - Degré de pollution 2 Présence d'une pollution non conductrice qui pourrait devenir temporairement conductrice à la suite d'une condensation occasionnelle (cas le plus fréquent). - Degré de pollution 3 Environnement local à l'intérieur du matériel soumis à une pollution conductrice ou à une pollution sèche non conductrice qui pourrait devenir conductrice à la suite d’une condensation attendue (cas le plus critique, mais heureusement rare pour les électroniciens). Tensions transitoires du réseau La tension transitoire du réseau que doit supporter un appareil dépend de la catégorie de surtension et de la tension du réseau (considérer la catégorie II en général). Note : Si les matériels une fois installés sont susceptibles de subir des surtensions transitoires supérieures à celles de leur catégorie de surtension, ils devront être équipés d'une protection supplémentaire à prévoir à l'extérieur du matériel. Les instructions d’installation doivent alors indiquer la nécessité d’une telle protection extérieure. Pour le réseau 230V, la catégorie II coorespond à 2500V. Les tableaux de la norme EN60950-1 qui donne les distances dans l'air et les lignes de fuite figurent dans l'article "Distance d'isolement électrique : valeurs".
Norme EN60950-1 : Isolement électrique, TBT, TBTS
Les matériaux isolants doivent être choisis en fonction des contraintes électriques, thermiques et mécaniques et de l'environnement de travail (température, pression, humidité et pollution). L'isolement ne doit pas utiliser de caoutchouc ou de matériau sensible à l'humidité (hygroscopique). On ne doit pas compter sur des courroies d'entraînement et des dispositifs de couplage pour assurer l'isolement électrique, à moins que la courroie ou le dispositif de couplage ne soit d'une construction spéciale évitant le risque d'un remplacement inapproprié. Types d'isolation (ou isolement, c'est synonyme !) - Isolation fonctionnelle : isolement nécessaire seulement pour le fonctionnement correct du matériel. Elle ne protège pas contre les chocs électriques (par exemple : 1.5mm entre deux pistes sur une carte électronique). - Isolation principale : assure la protection principale contre les chocs électriques (par exemple : 4mm sur une carte électronique). - Isolation supplémentaire : isolation indépendante appliquée en plus de l'isolation principale pour réduire le risque de choc électrique si l'isolation principale présente un défaut. - Double isolation : ensemble isolation principale + isolation supplémentaire (par exemple : 4mm + 4mm sur une carte électronique). Il est permis d'intervertir l'isolation principale et l'isolation supplémentaire. - Isolation renforcée : système d'isolation unique qui procure une protection équivalant à une double isolation (par exemple : 8mm sur une carte électronique). L'isolation peut aussi comprendre plusieurs couches et ne pas être homogène. Les couches ne peuvent alors pas être testées séparément. Exemples d'application Pour obtenir un circuit TBTS (très basse tension de sécurité), l'isolement avec le primaire (réseau électrique) doit être : - soit renforcée (mise à la terre faculative)- soit double (mise à la terre faculative)- soit principale (avec mise à la terre obligatoire)- jamais fonctionnelle Pour obtenir un circuit TBT (très basse tension), une isolation principale avec le primaire est suffisante. Sur les circuits imprimés, cela se traduit par des distances à respecter entre les zones (primaire-TBTS, primaire-TBT, TBT-TBTS) (voir article "Norme EN60950-1 : Distances dans l'air"). Définition de TBT, TBTS, primaire et secondaire - Réseau d'alimentation : système de distribution de l'alimentation (courant alternatif ou continu) - Circuit primaire : circuit directement connecté au réseau d'alimentation (primaire d'un transformateur, partie d'une alimentation à découpage non isolée du secteur, moteurs). - Circuit secondaire : circuit qui n'est pas relié directement à un circuit primaire et qui est alimenté par l'intermédiaire d'un transformateur, d'un convertisseur ou d'un dispositif d'isolement équivalent ou par batterie. - Tension dangereuse : tension supérieure à 42,4 V crête (30V efficaces en sinusoïdal) ou à 60 V continus, présente dans un circuit non conforme aux exigences relatives soit à un circuit à limitation de courant, soit à un circuit TRT (réseau télécommunication). - Circuit TBT (très basse tension) : circuit secondaire caractérisé par : - tensions inférieure à 42,4 V crête ou 60 V continus entre deux conducteurs quelconques du circuit, et entre un tel conducteur et la terre, dans les conditions normales de fonctionnement. - séparé des tensions dangereuses par une isolation principale. - non conforme à toutes les exigences pour un circuit TBTS ou circuit à limitation de courant. - Circuit TBTS (très basse tension de sécurité) : ne contient pas de tension dangereuse même en cas de défaut d'isolement. Sur une isolation double, cela revient à rompre une des deux isolations. L'autre assure toujours sa fonction de protection. - séparé des tensions dangereuses par une isolation double ou isolation renforcée. Si le circuit TBTS est mis à la terre, une isolation principale suffit. - séparé d'un circuit TBT par une isolation supplémentaire.
Norme EN60950-1 : définitions électriques
Un certain vocabulaire électrique est propre à la norme en60950-1. "courant" et "tension" désignent les valeurs efficaces sauf spécification contraire. Caractéristiques électriques des matériels Courant assigné : courant absorbé par le matériel, déclaré par le fabricant Tension assignée : tension d'alimentation déclarée par le fabricant. Pour un réseau triphasé, on indique la tension entre phases. Plage assignée de tensions : plage de tensions d'alimentation déclarée par le fabricant, exprimée par les tensions assignées inférieure et supérieure. Une plage est notée "-" (exemple : "85V - 264V", toute valeur possible entre 85V et 264V) alors que des valeurs multiples sont séparées par "/" ("220V/240V", 220V et 240V seulement). Fréquence assignée : fréquence d'alimentation déclarée par le fabricant (50Hz, 60Hz, 47-63Hz, 50Hz/60Hz, etc). Conditions de fonctionnement Charge normale : mode de fonctionnement, utilisé à des fins d'essais, qui représente le plus fidèlement possible les conditions les plus sévères de fonctionnement normal qui peuvent être raisonnablement attendues. Pour un fonctionnement intermittent, les durées suivantes sont définies : Durée assignée de fonctionnement : durée de fonctionnement maximale assignée au matériel par le fabricant Durée assignée de repos : durée minimale pendant laquelle le matériel fonctionne à vide ou est déconnecté entre des périodes de durée assignée de fonctionnement. Enveloppes 3 types d'enveloppes sont définis : Enveloppe électrique : partie du matériel destinée à limiter l'accès à des parties sous tension dangereuse ou à des niveaux d'énergie dangereux (condensateurs chargés, batteries, etc). Enveloppe mécanique : partie du matériel destinée à réduire le risque de blessures dues à des dangers mécaniques ou autres dangers physiques. Enveloppe contre le feu : partie du matériel destinée à minimiser l'extension du feu ou des flammes provenant de l'intérieur. Une seule enveloppe peut remplir 2 ou 3 fonctions simultanément. L'enveloppe peut donc être unique. Mobilité des matériels Matériel mobile : soit de masse inférieure à 18kg et non installé à poste fixe, soit équipé de roues, roulettes ou autres moyens qui en facilitent le déplacement par l'opérateur lorsque cela est nécessaire pour assurer sa fonction. Un danger supplémentaire est dû au câble d'alimentation où le conducteur de terre peut être rompu. Les utilisateurs doivent être informés pour éviter de brancher le matériel à la mauvaise source de puissance ou de remplacer les fusibles par des types incorrects. Matériel portatif : matériel ou partie de matériel mobile prévu pour être tenu à la main en usage normal Matériel transportable : matériel mobile destiné à être transporté de manière habituelle par un utilisateur (exemple : ordinateur portable). Matériel fixe : matériel qui n'est pas un matériel mobile. Matériel enfichable directement : matériel destiné à être utilisé sans câble d'alimentation. La fiche de prise de courant forme une partie intégrante de l'enveloppe. Le socle de la prise de courant supporte donc le poids du matériel (adapteurs, chargeurs de téléphone, humidificateurs, etc) Matériel à encastrer : matériel destiné à être installé dans un logement prévu à cet effet, par exemple dans une paroi. Tous les côtés du matériel à encastrer n'ont pas forcément d'enveloppe puisque certains seront protégés après installation. Classe de matériels Classe I :- isolation principale contre les chocs électriques- parties conductrices pouvant être portées à des tensions dangereuses reliées à la terre du bâtiment. Le matériel de classe I peut avoir des parties à double isolation ou isolation renforcée. Exemples : lave vaisselle, moteurs, cuisinière, ordinateurs fixes Classe II :- isolation double ou renforcée- pas de terre La partie extérieure métallique n'est pas reliée à la terre : ce sont par exemple les appareils avec fiche secteur sans terre. Le symbole correspondant à la classe II est un ensemble de 2 carrés imbriqués l'un dans l'autre. Exemples : lecteurs CD, magnétoscopes, amplis hifi, réveils radio Classe III :- alimentation à partir de très basse tension de sécurité- pas de tensions dangereuses générées à l'intérieur du matériel Exemples : ordinateurs portables, téléphones portables, éclairage halogène 12V La norme en60950-1 vise à la sécurité des utilisateurs et du personnel de maintenance.
Norme EN60950-1 : domaine d'application
Pour réaliser un matériel sûr, les concepteurs doivent comprendre les principes directeurs des exigences. Il est nécessaire de prévoir non seulement les conditions normales de fonctionnement, mais aussi les situations probables de défaut, les défauts qui en sont la conséquence, la température extérieure, l'altitude, l'humidité, la pollution. N'oublions pas un mauvais usage prévisible ou une surtension sur le réseau d'alimentation ou sur un réseau de télécommunications ou un système de distribution par câbles. Les distances d'isolation doivent rester conformes même avec les tolérances de fabrication ou de déformation due à un choc, à l'utilisation, aux vibrations ou au transport. La norme EN60950-1 s'applique aux matériels de traitement de l'information alimentés par le réseau ou par batteries (tension Les exigences de la norme ont pour but de réduire les risques de choc électrique, de feu ou de blessure pour l'opérateur et le personnel non spécialisé qui peut entrer en contact avec le matériel. Cela concerne le matériel formé d'unités interconnectées ou d'unités indépendantes, sous réserve que le matériel soit installé, utilisé et entretenu comme le prescrit son fabricant. Exemples d'application : - équipement de commerce : caisses, balances électroniques - équipement pour le courrier : machines à affranchir, balances - terminaux de télécommunication : modems, répondeurs téléphoniques, téléphones fixes - matériel bancaire (traitement de l'argent, distributeur de billets) - matériels de réseaux (passerelles, routeurs, terminaux) - traitement de texte (ordinateurs, photocopieurs, machines à détruire les documents, imprimantes, écrans, scanners). Mais la norme ne concerne pas les matériels suivants : - dispositifs fonctionnant sans puissance électrique - installation électrique des bâtiments - alimentations en énergie : groupes convertisseurs, transformateurs, batteries de secours - conditionneur d'air - détecteur d'incendie
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
Dessouder des composants facilement
Il est possible de dessouder facilement des composants d'un circuit récupéré. L'astuce : ajouter de l'étain avec le fer à souder avant de dessouder. Pourquoi ? Les circuits électroniques industriels utilisent de la soudure sans plomb pour des raisons d'environnement. Cette soudure fond vers 220-230°C alors que la soudure avec plomb (celle qu'on achète chez le commerçant) contient 40% de plomb (et 60% d'étain) et fond à seulement 180°C. C'est une propriété physique du mélange (proche de la composition de l'eutectique = mélange au point de fusion le plus bas) alors que le plomb pur fond vers 330°C ! En ajoutant de la soudure, on fait diminuer le point de fusion de la soudure, ce qui permet de dessouder le composant plus facilement. De plus, en ajoutant de la soudure, la chaleur se propage mieux vers la soudure. Comment faire ? La carte électronique doit être stable, dans un étau ou posée sur une table. Ajouter de l'étain sur la soudure comme si vous soudiez le composant à retirer ! Puis, pour dessouder, il vaut mieux tenir le fer de la main droite (pour les droitiers), faire fondre la soudure et tirer le composant de la main gauche. En pratique, quelques photos : Circuit où on souhaite dessouder un composant (transistor) Placer le fer à souder sur la soudure à défaire... ...puis placer l'étain et commencer à l'ajouter sur la soudure existante. L'étain fond. La soudure refaite a une allure différente. C'est le mélange neuf étain-plomb qui fond à 180°C Pour les composants à plusieurs pattes (circuits intégrés, etc) Déposer la soudure étain-plomb sur toute une ligne de pattes (les 4 d'un boitier DIP8 par exemple) puis faire des allers retours sur la ligne. Après quelques secondes, toute la ligne est fondue. Il faut alors vite tirer le composant du côté où la soudure de la rangée de pattes est fondue, puis faire pareil sur l'autre rangée... ...pour vos meilleures réalisations et récupération de composants !
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.