Commande d'un triac par micro électret pour jeu de lumière

Si on souhaite commander en tout ou rien une charge secteur (ampoule ou moteur d'un jeu de lumière, etc), le circuit présenté ici sera très utile. Un micro életret génère un petit signal électrique qu'on commence par amplifier, dont on garde ensuite l'enveloppe. Pour finir, un seuil est mis en place et un triac peut être commandé.

Voici le schéma. Il est issu d'un jeu de lumière.

Schéma de la commande du triac par micro électret

Sans plus attendre, voici le schéma :

Schéma de la commande du triac par micro électret

L'alimentation de l'ampli op et la génération de Vcc/2 figurent ci dessous :

Schéma de l'alimentation du circuit de commande du triac

La structure peut sembler surprenante, elle est en effet adaptée à la commande du triac. Pour commander un triac en tout ou rien, il faut appliquer un courant négatif sur la gâchette (le courant "sort" de la gâchette, comme de la base d'un transistor PNP). Pour un triac suffixe "T" comme le BTB06-600T, 5 mA suffisent à déclencher la gâchette. L'anode A1 sert de potentiel de référence, comme l'émetteur d'un transistor PNP. L'anode A2 correspond à la sortie, comme le collecteur. De plus, le potentiel de gâchette vaut -0,9 V environ par rapport à A1 (à comparer à -0,7 V pour la tension Vbe d'un PNP).

Le rail positif Vcc correspond à l'anode A1. La partie GND n'est appelée ainsi que pour la compréhension intellectuelle. Ce n'est pas un potentiel de référence ni un endroit qu'on peut toucher avec le doigt : le circuit n'est pas isolé du secteur !

Vcc/2 correspond au point milieu entre GND et Vcc.

Pour créer les tensions continues Vcc/2 et GND, on utilise une alimentation résistive basée sur la résistance de 10k/5W en série avec la diode 1N4007. Une conception d'alimentation résistive (aussi dite "à résistance chutrice") est présentée ici :

Alimentation résistive sans transfo

Explications du schéma de la commande du triac

La résistance dissipe de la chaleur lors d'une alternance sur deux. Si elle était branchée directement sur le 230 V, elle dissiperait 230 V ² / 10 k = 5 W. Ici, elle dissipe donc 2,5 W en moyenne. Un modèle 5 W fait donc l'affaire. Le courant disponible vaut 0,71 x 230 / 10 k = 16 mA.

La diode 1N4007 doit supporter la tension crête du secteur (325 V) et les éventuelles surtensions du secteur. Une habituelle 1N4007 (1000 V et 1 A) convient.

Le condensateur 100 uF / 35 V lisse la tension entre Vcc et GND.

Les 2 diodes zener, d'égales valeurs, créent la tension d'alimentation symétrique centrée sur Vcc/2. Le courant qui les traverse vaut au maximum 325 V / 10 k = 32 mA (vrai si l'alimentation est à vide). Un modèle 400 mW suffit.

Leur valeur doit être entre 7,5 V et 15 V chacune.

Fonctionnement de la commande du triac par micro électret

Reprenons le schéma de la commande du triac par micro électret :

Schéma de la commande du triac par micro électret

On raisonne maintenant avec GND comme masse et Vcc comme alimentation positive.

Son et signal du micro électret

R1 et C1 forment une alimentation bien stable pour le micro électret. L'ensemble micro+R2+C2 forment la base d'un montage pour micro électret. Le son capté par le micro est traduit en une variation de courant consommé par le micro. Une petite variation de tension (5 à 20 mV typiques) apparaît donc aux bornes de R2. La composante continue est supprimée par le condensateur de liaison C2.

Amplification

U1a fonctionne en ampli inverseur (linéaire). Le gain est défini par :R3/(R2//impédance de sortie du micro).

L'impédance de sortie du micro électret est de l'ordre de 1kOhm. Le gain vaut donc environ 220k/750 = 293. Le signal à la sortie de U1a atteint quelques Volts lorsqu'on souffle sur le micro électret.

Ce gain peut être ajusté au besoin en remplaçant R2 par un potentiomètre de 500kOhms.

Filtrage passe haut contre les larsen

C2 forme un filtre passe haut avec R2 en parallèle avec l'impédance de sortie du micro électret. La faible valeur de C2 définit une fréquence de coupure fc :

fc = 1 / (2.Pi.750 Ohms. 2,2 uF) = 100 Hz

Cela permet au circuit d'être moins sensible aux vibrations engendrées par le moteur, aux chocs mécaniques sur la carcasse du jeu de lumière et à l'ondulation 100 Hz résiduelle. Une sorte d'effet larsen est évité : le micro capte un premier son, le moteur se met en route et les vibrations qu'il engendre suffisent à réexciter le micro qui va maintenir le moteur en marche...

Seuillage et création du signal tout ou rien

Le signal issu du micro (proportionnel au "son" capté) arrive au second étage par R4 et C3. Pour le raisonnement, supprimez C5. Les alternances positives issues de U1a chargent C6 via D2. D1 et C4, avec D2 et C6, permettent les cycles de charge ET décharge de C3. Le potentiel de l'entrée inverseuse de U1b passe donc au dessus de Vcc/2 et la sortie de U1b bascule au niveau bas, proche de GND. A travers R6, un courant de gâchette existe (10 mA environ) et le triac est amorcé. Si il n'y plus de son, le potentiel de l'entrée inverseuse de U1b redescend et U1b rebascule au niveau haut : le triac est coupé au prochain passage par zéro du courant d'anode (au plus tard au bout de 10 ms).

Le montage de Q1 peut étonner. En fait, au repos (pas de musique), la sortie de U1b est au niveau haut et Q1 est saturé. Si on supprime Q1, le montage ne fonctionne plus. Q1 permet de polariser l'entrée inverseuse à travers D1 et D2 (chutes de tensions successives).

Pour mieux comprendre, on mesure en pratique, au repos, les tensions suivantes :

Tensions statiques du montage à micro électret

Ici, le montage est alimenté par une alim stabilisée 19,00V, il n'y a pas de secteur présent. A2 n'est connectée à rien ou est en l'air ("à l'air libre", comme diraient certains esprits confus...).

En électronique, "patte en l'air" = "non connecté"

Q1 présente un Vce sat de 16 mV. On peut utiliser un 2N3906, un BC556 ou tout autre PNP supportant 30V. Les 2 diodes D1 et D2 permettent bien à l'entrée inverseuse de U1b d'avoir un potentiel juste un peu inférieur (9,68 V) à l'entrée non inverseuse (9,93V).

Consommation du micro électret

Le micro électret consomme 0,29mA (0,96V aux bornes de R1 et R2 (3,3k)).

Micro électret : la borne reliée à la carcasse est le - (polarité négative)

Utilisation d'un triac standard (50mA pour la gâchette)

Vous n'avez pas de triac "sensible" 5 mA ? Le montage tel quel est incapable de fournir 50 mA à la gâchette, même en réduisant R6 à 330 Ohms par exemple. En effet, une autre limite sera le courant disponible en sortie d'alimentation et/ou le courant maximum que U1b peut donner. Diminuer la résistance de 10 k / 5 W entraînerait une dissipation plus élevée, ce qui n'est pas commode (attention aux fils qui toucheraient la résistance).

Un triac avec suffixe "W" (snubberless) pourra commander un moteur électrique (rotation de miroirs, rotation de supports d'ampoule) sans le snubber (circuit RC série monté en parallèle avec le triac). On peut choisir le BTB06-600BW, un triac assez usuel (6 A, 600 V, 50 mA pour la gâchette).

Triac BTB06-600 en boitier TO220

Modification de l'alimentation pour triac standard

L'alimentation résistive doit être remplacée par un transfo 50 Hz de 2 ou 3 VA qui donne entre 6 et 9 V. La tension à vide ou faible charge d'un petit transfo est supérieure de 10 à 40 % à la tension indiquée dessus (qui correspond à la tension à pleine puissance). Le secondaire alimente un doubleur de tension à 2 diodes et deux condensateurs.

Alimentation à transfo pour commander un triac standard (courant de gâchette : 50 mA)

Exemple de petit transfo (ici, 9 V / 500 mA)

Vcc ne doit pas dépasser 30 V sous peine de détruire l'ampli op. Pour un bon fonctionnement du montage, Vcc doit être au moins égal à 16 V.

Lors d'une réalisation de ce circuit, vérifiez d'abord le bon fonctionnement de l'alimentation avant de brancher le circuit !

Modification de la commande du triac

Le circuit de commande du triac est modifié par ajout d'un transistor et modification d'une résistance.

Modification du circuit de commande du triac (en rouge : composants ajoutés ou modifiés)

La commande "boostée" du triac se fait par le transistor suiveur Q2. La tension Vcc se retrouve presque entièrement aux bornes de R6, aux pertes suivantes près : tension A1-G, Vbe, et tension de déchet de U1b, soit au total 3 V environ. La dissipation dans R6 peut se calculer alors facilement (=V² / R6).

Le secondaire du transfo se retrouve, via une diode, en contact avec le secteur. Il n'est pas isolé du secteur !

Attention : le circuit n'est pas isolé du secteur. Toute manipulation doit se faire avec prudence. On peut utiliser un transfo d'isolement pour les expérimentations. En particulier, la carcasse du micro (reliée au secteur) doit être bien isolée du chassis du jeu de lumière ! Ne pas toucher le micro avec les doigts lorsque le jeu de lumière est sous tension !

Exemple de jeu de lumière commandé par micro électret et triac

La rotation des miroirs d'un jeu de lumière Moonflower peut se faire avec une commande de ce genre. Le rendu du jeu de lumière figure ci dessous :

Rendu du jeu de lumière Moonflower avec triac commandé par micro électret

Rayons de lumière d'un Moonflower dans une soirée animée...