MARS 2008 www.electroniquepratique.com 5,00

RETRO-CIRCUITSVariateur de vitessepour modelismea NE 544 et MOS-FET

Testeur deservomoteurs

Sonnette HF433 MHz

La transmissiinfrarouge

Filtre actif 4 r111111111

2 voies/ordre 4a triodes 6922

DOMOTIQUEGirouefteOlectronique

ILS France 5,00 41 DOM Avion : 6,40 DOM surface : 5,80 TOM : BOO XPF Portugal continent : 5.60E Belgique : 5.50 6 Espagne : 5,60 if Grime : 5,60 Suisse : 10.00 CHF Maroc : 60 MAD Tunisia : 5290 TND Canada : 6,60

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6

10

15

2025

31

3841

48

54

14

3053

65

66

N° 325 Mars 2008

Internet pratiqueLa transmission infrarougeSimulateur logique

Micro/Robot/DomotiqueSonnette telecommandeeModelisme : variateur de vitesse de fortepuissanceGirouette electroniqueModelisme : Testeur de servomoteursDetecteur d'incendie

uthoEt si on parlait tubes (cours n°43) :

l'ampli Conrad Johnson MV75 (1 ere partie)Les filtres en audio

DiversBulletin d'abonnementVente au numero Electronique PratiqueVente au numbro LedHors-serie Audio 1 & 2Petites annonces

Fondateur : Jean-Pierre Ventillard - TRANSOCEANIC SAS au capital de 574 000 E - 3. boulevard Ney. 75018 Pans Tel.: 01 44 65 80 80 - Fax : 01 44 65 80 90Internet : http://wwwelectroniquepratique.com - President : Patrick Vercher - Directeur de la publication et de la redaction : Patrick Vercher

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Belgique : 5.50E Espagne : 5,60 E Grece 5.60 Suisse : 10,00 CHF Maroc : 60 MAD Tunisie : 5200 TND Canada : 6.60 $ CAN

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LE PROCHAIN NUMERO D'ELECTRONIQUE PRATIQUE SERA EN KIOSQUE LE 3 AVRIL 2008

Du nouveauchez Selectronic

SELECTRONIC commercialise deuxnouveaux appareils de poche pour('analyse RF.sLe premier est un mesureur dechamp* HF et RF (0,1 GHz a 3 GHz)concu pour evaluer la puissance deschamps electriques RF rayonnesdans les environnements domes-tiques, en particulier en ce quiconcerne la securite. Sa plage demesure utile s'etend de 100 MHz a3 GHz, avec une sensibilite elevee de- 55 dBm a 0 dBm et un temps dereponse tres court. II permet decontroler les rayonnements HF ernispar les systernes de communicationradio (AM/FM, TDMA, GSM, DECT,CDMA, Wi-Fi), les telephones por-tables, les cameras sans fil, les foursa micro-ondes, etc.Le second, un analyseur de spectre**pour la bande Wi-Fi, se presentesous la forme d'un appareil compactde haute technologie permettant defaire ('analyse spectrale et de mesu-rer le champ electrique ambiant dansla bande 2,4 GHz. II est tout particu-lierement concu pour la mesure et laverification des reseaux Wi-Fi,WLAN, Bluetooth, DECT, telephonecellulaire, Zigbee, ainsi que desfuites de fours a micro-ondes, dessystemes sans fil, surveillance videosans fil, transmetteurs RF, etc." Rel. 80.8183 - 59,00 E TTC (prix conseille)

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Un boitier qui ne craintni le froid ni le chaud

commercialise un toutnouveau boitier : l'OpenRISC - Alekto.Lequel est architecture sur la based'un processeur RISC ARM9, associea un systerne d'exploitation embarqueDebian GNU/Linux. Ce dispositifmicrocontrole embarque « fanless »est integre dans un boitier aluminiumcertifie IP30, capable de fonctionnerde -10°C a +65°C. Idealement concupour la realisation de systernes decontroles et de regulations fonction-nant en milieu industriel, en environ-nements difficiles ou sur des sites deproduction, ce dernier dispose de 64Mo de memoire SDRAM, de 4 Mo dememoire Flash, d'un slot pour cartecompactFlash, de deux ports USB 2.0 Host, de deux ports seriesRS232/422/485, de deux ports Fast Ethernet Auto-MDI(X), de huit portsd'E/S, d'une liaison I2C et d'un port console. De faibles dimensions (167 x112 x 53 mm), ii peut etre alimente sous 9 Vcc a 30 Vcc avec une consom-mation de l'ordre de 6,5 W. A noter que, de par la presence de son SlotMini-PCI, le boitier Alekto pourra facilement piloter des dispositifs WLAN,GSM/GPRS, GPS voire des modules externes d'acquisition video.

Module DIL/NetPC « DNP/5370 »BASt SUR !IN PROCFSSEUP32 bits d'Analog DevicesBF537 Blackfin operant a600 MHz, le module DIL/NetPC

DNP/5370 » est concu pourle developpement et ('inte-gration rapide de possibili-tes VoIP au sein de sys-temes de mesures et d'au-tomations. Se presentantsous la forme d'un mini -module au format DIL 64broches, it dispose de 32Mo de memoire SDRAM, de 3 Mo de memoire flash NOR et de 8 Momemoire Flash NAND, associes a une carte memoire 128 Mo de typeSD/MMC.En plus de sa connexion Ethernet 10/100 Mbps, le DNP/5370 dispose dedeux ports UART, d'un port CAN, d'un port SSI, d'un port TWI/12C, d'un busGPIO 20 bits et d'un bus d'extension 8 bits avec interruptions et chip selects.Un systeme d'exploitation uClinux, associe a de nombreux drivers, est stoc-ke dans la memoire Flash NOR.La memoire Flash NAND et la carte SD/MMC sont utilisees comme « disque »annexes.A noter la possibilite de disposer d'un starter -kit (DNP/SK28), lequel permetde simplifier la mise en oeuvre du module DNP/5370.

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de

n° 325 wwvv.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Depuis le Grenelle del'environnement, le regaind'interet pour lessolutions d'eclairageshaut rendement ne faitque se renforcer.Un attachement biencomprehensible d'autantque ces dernieres annees('apparition de nouvellesdiodes leds blanchesa tres haute luminositea ete tres remarquee parle grand public, tantles applications sontnombreuses.

orts de ce succes, les sitesvantant les merites desdiodes electroluminescentesfleurissent sur la toile mon-

diale de ('Internet. Nous vous propo-sons de decouvrir (ou redecouvrir) lesprincipes physiques mis en applica-tion dans ces composants electro-niques fort attrayants.Les phenomenes mis en jeu dans lessemiconducteurs, dont font partie lesdiodes leds, reposent essentielle-ment sur les proprietes quantiquesdes electrons mobiles des materiauxutilises.Le site http://p.may.chez-alice.fr/opto.html

propose quelques rappels sur lesnotions essentielles a connaitre pourcomprendre le fonctionnement desdiodes leds. Elles sont expliqueestres simplement (tits peu de formulesmathematiques), ce qui rend ce siteaccessible aux plus jeunes de noslecteurs.Apres ce bref rappel sur les notionsde base de l'optoelectronique, nousvous invitons a consulter le sitehttp://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog12/diodeled.htmCe site presente les caracteristiqueselectriques principales des diodesleds qu'il faut connaitre pour savoircomment polariser correctement cecomposant. Les explications sonttres simples, comme vous pourrezvous en rendre compte par vous-meme.

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1 http://p.may.chez-alice.fr/opto.html

II nest pas etonnant de constater quela majorite des electroniciens en

herbe » passent tres vite a ('experi-mentation concrete des lors qu'ils seretrouvent avec des diodes leds dansles mains. II est vrai que la simplicitede mise en (uvre ne Oche en rien lamagie de voir, pour la premiere fois,une diode s'allumer entre ses doigts(et sans se bruler !).Le site suivant, que nous vous invi-tons a consulter, reprend les memesexplications, mais avec quelquesillustrations un peu differentes :

....P..* ...tr.

http://wiki.jelectronigue.com/diodeelectroluminescente_ou_delComme souvent en pareil cas, vouschoisirez de conserver un lien sur lesite dont la presentation vousconvient le mieux. Apres tout, c'estcomme pour votre couleur prefereepour les diodes leds, ce n'est qu'uneaffaire de gout.En revanche, pour le fond, vous sou-haiterez certainement telechargeravec nous un excellent document quiexplique comment sont constitueesles leds blanches. Ce document se

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http://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog12/diodeled.htm

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Mama. sique (sous reserve de disposer des

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-,.-dtede_clectrnlom Inescente_ou_delfft Pone* 4.

Ihrt1 situe a l'adresse :http://www.cnrs.fripubhcations/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2006/14 Diodes_electrolumin.PDF

Diode oocbol.oldwomt DIL/LIC. Pour terminer, nous vous proposonsgar- I . 4J...re

de vous rendre sur : http://led.del.free.fr/experiences-led-del-limites.html.

r Ce site propose quelques experiencestres simples a realiser pour comparerune diode led a une ampoule clas-

, neanmoins un petit coup d'ceil pourconstater qu'au dela des avantages

http://wiki.jelectronique.com/diode_electroluminescen- que procure la mise en oeuvre dunete_ou del

led a haut rendement sur le planlumineux, it reste necessaire de s'in-

http://www.cnrs.fr/publications/imagesdela- http://led.del.free.fr teresser egalement aux aspects ther-physique/couv-PDF/IdP2006/14_Diodes_ /experiences -led- miques.electrolumin.PDF del-limites.html P. MORIN

In DEL 1.,z..uron., reo w otor

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4. pa. de .11.11...,111116. 401.111,....,iAlet ont er reIt14 A. i 4/F..,. mulri NAM. no... 6.....1.1

http://p.may.chez-alice.fr/opto.html

http://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog12/diodeled.htm

http://wiki.jelectronique.com/diode electroluminescente_ou_del

http://www.cnrs.fr/publications/irnagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2006/1 4 Diodes electrolumin.PDFhttp://led.del.free.fr/experiences-led-del-limites.html

http://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_led.html

http://wwwphp.ac-orleans-tours.fr/lyc-mgenevoix-ingre/Cours/Cours/Analogique/Opto-txt Optoelectronique.pdfhttp://stsphoto.free.fr/download/doc elec/Del _ et _Afficheurs.pdf

http://frwikipedia.org/wiki/Diode_%C3%A9lectrolurninescentehttp://fr.wikipedia.org/wiki/OLED

http://alain.canduro.free.fr/diodes.htm

http://f1ufy.free.fr/elec/composants/led.php

http://hIbmatos.free.fr/Lampes/Sources%2Olumineuses/Sources%2Olumineuses.htm

http://jbc.unlimited.free.fr/jbc3/cours/electronik/LED.pdf

http://www.led-frnet/led.htmhttp://www.led-frnet/l_eclairage accueil.htm

http://www.led-fr.net/theorie_eclairage.htm

http://www.led-frnet/fonctionnement.htmhttp://www.led-fr.net/presentations/fonctionnement.pps

http://www.led-fr.net/fonctionnement_detail.htm

5

60. "*ono ono, " h1 ra. *on,

8 111 1,41.41

1.... . - =:. µ, Liens de ce dossier

n' 325 www.electroniquepratique.COM ELECTRONIQUE PRATIQUE 7

Initiation

La transmissioninfrarouge

Parmi les differentsvecteurs possibles pourassurer une liaison sansfil, la transmissioninfrarouge occupe sansconteste une place dechoix. Grace a sa bonnefiabilite, lorsqu'il s'agit detelecommandes a faiblesdistances, elle donne demeilleurs resultats queles ultrasons, voire lesondes hertziennes.

'est sans aucun doute laraison pour laquelle le

fonctionnement des tele-commandes de dine -

rents appareils, tels que les televi-seurs, fait appel a ce concept.

Le spectre infrarouge

La figure 1 represente, sous uneechelle logarithmique de pas 10,l'etendue de la gamme des ondeselectromagnetiques au sens le plusgeneral.Dans l'ordre croissant des longueursd'ondes, donc dans l'ordre decrois-sant des frequences, on distinguesuccessivement :- les rayonnements HF de haute energie

2

+0

u

- les rayons gamma- les rayons X- les rayons ultraviolets- le domaine visible par rceil humain- les rayons infrarouges- les ondes submillimetriques- les micro-ondes- les ondes radio

Rappelons que la longueur d'onded'un signal periodique correspond ala distance separant, par exemple,deux sommets de sa courbe repre-sentative qui est generalement deforme sinusoldale.La vitesse d'une onde electromagne-tique etant de 300 000 km/s (3 x 10' m/s),

on peut Ocrire la relation de base :i.=3x10r'xT

ou encore :

3 x 108

: longueur d'onde exprimee en metresT : periode du signal, en secondesF : frequence du signal, en Hertz

0 Use,,> U

A titre d'exemple, on peut ainsi calcu-ler la frequence d'un rayonnementinfrarouge caracterise par une Ion-gueur d'onde de 1000 nm. Elle est de3 x 10" Hz, soit 300 000 GHz !En examinant les espaces des lon-gueurs d'ondes correspondantchacune de ces categories, force estde constater visiblepar les humains (de 400 nm a 700 nm)represente une toute petite fenetreouverte sur l'univers... ce qui ne peutque nous ramener a beaucoup demodestie. Dans cet intervalle, onretrouve bien sur toutes les couleursde base de l'arc en ciel : du violet aurouge, en passant par le bleu, le vert,le jaune et ('orange.Le domaine de ('infrarouge estdavantage etendu etant donne qu'ilse situe dans un intervalle comprisentre 0,780 pm (780 nm) et 5 pm(5000 nm).II n'est pas tout a fait exact de direque l'humain est insensible au rayon-nement infrarouge. S'il ne peut le per-cevoir par les organes de la vision, it

peut cependant le ressentir intuitive-ment sous forme de chaleur parsimple exposition de la peau a unesource infrarouge suffisamment puis-sante.C'est William Herschel, un astronomeanglais d'origine allemande qui. en1800, a mis en evidence et de manie-re scientifique, que la chaleur pouvaitse transmettre par une forme invisiblede lumiere.

re 325 www.electroniquepratique.rum ELECTRONIQUE PRATIQUE

Initiation

Utilisation

Les lampes a infrarouge sont utiliseesdans des secteurs de productionaussi differents que ('automobile,l'agro-alimentaire ou le textile.Le rayonnement infrarouge reste ega-lement a la base d'equipements des-tines a la vision de nuit.De meme, en thermographie infrarou-ge; it est possible de mesurer a dis-tance Ia temperature d'objets diverssans contact direct avec ces der-niers. Egalement, dans le domainemilitaire, les missiles air -air, parexemple, sont guides par la sourcede chaleur que constitue le reacteurd'un avion cible.Le secteur de la telecommande nousest le plus familier. Ainsi, le pilotagedes televiseurs est dorenavant entie-rement realise avec cette technique.Les rayons infrarouges servent aussiaux communications sur de courtesdistances entre les ordinateurs etleurs peripheriques.La meme remarque peut s'appliquera Ia robotique.Dans le domaine bancaire, les detec-teurs de faux billets se caracterisentaussi par un fonctionnement base sur('utilisation de cette longueur d'ondede rayonnement.Generalement, c'est encore auxrayons infrarouges que l'on fait appelpour les transmissions d'informationspar l'intermediaire de fibres optiques.

Diode infrarouge

GeneraInesLes diodes infrarouges se presententle plus souvent sous Ia forme de ledsemettant une lumiere non visible sousune longueur d'onde de l'ordre de950 nm.Au niveau de leur constitution, notredescription publiee dans le cadred'un article d'initiation sur Ia led (voirEP n°308, septembre 2006) resteentierement applicable. II en est dememe en ce qui concerne leur fonc-tionnement.On peut retenir que le semiconduc-teur utilise est l'arseniure de gallium -aluminium (AIGaAs).Comme la led, la diode infrarougepresente les caracteristiques princi-pales suivantes :

Type Angle du coned'emission

Puissance(mW)

Intensitenominate

(mA)

COY89 25° 15 100

IRS5 20° 3.3 20

LD271 17° 15 100

LTE4208 20° 11 20

TSHA5203 12° 50 100

TSHF5400 22° 25 100

- le diametre- la longueur d'onde (X.) ernise, ennanometres- la tension de seuil (Vs) a partir delaquelle elle emet des photons- Ia tension maximale inverse (Vr)qu'elle peut supporter- l'intensite nominale de fonctionne-ment, en mA- l'intensite lumineuse du rayonne-ment ernis, en mcd (millicandela)- ('angle de diffusion du rayonnementemisLa figure 2 rappelle les principesessentiels de son utilisation. En parti-culier, on peut noter que la tension deseuil est d'environ 1,6 V. Ainsi, si ondesire obtenir une intensite « i . (en A)pour une source d'alimentation « u(en V), it convient d'inserer, en serie,une resistance a R . (en Q) de valeur :

U - 1,6

Le tableau I donne quelques carac-teristiques des diodes infrarouges lesplus courantes.Dans la pratique, surtout en matierede telecommande, pour augmenter Iapuissance d'emission, on place sou -vent plusieurs diodes infrarouges enserie. De plus, pour obtenir des por-tees plus importantes, on prefere lesalimenter suivant le mode « impul-sionnel ». Cela consiste a les faireparcourir par un courant plusieursfois superieur a la valeur nominale,mais pendant des durees hescourtes, ce qui evite leur destruction.

Exemple de realisationLa figure 3 illustre un exemple d'ali-mentation impulsionnelle d'une diodeinfrarouge. Un premier jeu de deuxportes NAND montees en oscillateurgenere sur sa sortie des creneaux deforme non carree grace au desequi-libre intentionnellement introduit par

Tableau I

CaractEristiquesdes diodesinfrarouges lesplus courantes

700 nm

Orange

Jaune

Vert

Bleu

Violet

400 nm

Longueur d'onde R)

APhotonsde faibleenergie

- 100 m

Ondes - 10 mradio

- 1 m

- 10 cm

- 1 cm

- 1 mm

Ondes - 100 pmsubmillimetnques

Microondes

Infrarouge

Visible

Ultraviolet

- 10 pm

- 1 000 nm

- 100 nm

10 nm

Rayons X - 1 nm

- 0,1 nm

- 0,01 nm

- 0,001 nm

Rayonsgamma

Photonsde hauteenergie

re 325 vvwvv.electronlquepratique.com ELECTRONIQUE PRAT1QUE

Initiation

3 220 U

1 ML

fe1 ms

100 ps

-1.4-4- 20 ps

111111 111111

h

4 NW

0,6

0.5

0,4

0,3

0,2

0,1

0400 500 600 700 800 900 1 000 1 100

>x

la presence de la diode D. La periodede ce signal est d'environ 1 ms, maisles etats haut . ne durent que100 ps.Lors de cet etat « haut », un secondoscillateur, egalement constitue dedeux portes NAND, entre en actionen delivrant des creneaux carresavec une periode beaucoup plusfaible : environ 20 ps.En definitive, la porteuse de 50 kHzse produit periodiquement a une fre-quence de 1 kHz.

Par l'intermediaire de l'ajustable, it

est possible de prelever une fractionplus ou moins grande de ('amplitudedes signaux. Le transistor monte ensuiveur de courant delivre cesmernes signaux sur son emetteur,mais en realisant une forte amplifica-tion du courant.Avec la limitation introduite par laresistance montee en serie avec ladiode, on releve ainsi des pointesponctuelles d'intensite pouvant attein-dre plus de 500 mA. II en resulte une

puissance d'emission de rayonnementinfrarouge d'autant plus importante.Enfin et dans le but de ne pas provo-quer d'ondulations dues aux fortespointes de courant, au niveau dupotentiel d'alimentation, la capacitese charge a travers une resistancemontee entre ('alimentation et le col-lecteur du transistor, lors des etats

bas » d'inaction entre deux pulsa-tions consecutives. Cette mernecapacite restitue alors sa charge lorsdes phases actives.

Photodiode

Genera MosUne photodiode est un semiconduc-teur destine a detecter un rayonne-ment d'origine optique, pour le trans-former en signal electrique exploi-table. Tout comme une diode, elle estconstituee d'une jonction PN (voir EPn°319, septembre 2007). Mais unezone intrinseque a ete ajoutee pourobtenir un effet photovoltdique.La figure 4 montre deux exemplescourants de presentations des photo -diodes. Pour reperer ('anode (+) et lacathode (-), it suffit de Ia tester a ('ai-de d'un multimetre, en ('absence delumiere. Une fois Ia polarite determi-née, Ia photodiode est a inserer dansun circuit de facon a ce que Ia catho-de soit soumise a une polarite positive.La photodiode est donc a monter

en inverse ».Dans le cas general, une photodiodereagit a un rayonnement optique engenerant un courant. Dans la pra-tique, tout se passe comme si saresistance ohmique apparente dimi-nuait lorsque l'intensite du rayonne-ment qui la frappe augmente. De cepoint de vue, elle se comportecomme une photoresistance.II existe des photodiodes prevuesspecialement pour capter le rayonne-ment infrarouge. Elles sont equipeesde fares « lumiere du jour ».Le graphique de Ia figure 4 met enevidence sa reactivite en fonction dela longueur d'onde du signal infrarou-ge recu. En particulier, l'axe desordonnees est gradue en amperespar watt (NW) de rayonnement recu.On observe, pour l'exemple en ques-tion, un maximum de reactivite pourune longueur d'onde de 900 nm.

re 325 wwvv.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRAT1QUE

+10 V

O

e

BP 104

4,7 nF I kit

220 MI

10 k/21 MO

4,7 k12

BC557

4,7 nF

100 kt2 33k12

330 0 12 KU

nF

0.1 pF4,7142

100 MI

T22 pF

5

Une photodiode courante est la BP104. Ses caracteristiques electriquessont les suivantes :- longueur d'onde : 950 nm- tension inverse maximale : 20 V- puissance dissipee : 0,15 W- sensibilite spectrale : 0,7 NW- intensite dans robscurite (alimenta-tion sous 10 V) : 2 A 30 nA- angle de detection : 120°

Recepteur infrarougeLa figure 5 illustre un exemple derecepteur infrarouge correspondantremetteur decrit au chapitre prece-dent. L'amplificateur operationnelrealise une premiere amplification durayonnement percu par la photodiode.Le coefficient d'amplification estreglable grace a la presence d'unajustable.Un second etage amplificateur estconstitue par un transistor PNPmonte en emetteur commun.La polarisation est telle, qu'en l'ab-sence de signaux issus de Ia photo -diode, le potentiel au niveau du col-lecteur est nul.En revanche, lorsque la photodiodeest frappee par remission infrarouge

en provenance de remetteur, on tele--ye sur le collecteur des pointes deduree relativement breve, caracteri-sees par une periode de 1 ms. Cesdernieres sont ensuite prises encompte par la bascule monostableform& par deux portes NOR. Sur lasortie de celle-ci, on obtient des etats

haut » de duree allongee a pres de0,8 ms.Enfin, en bout de chaine, un disposi-tif integrateur base sur Ia charge rapi-de d'une capacite et d'une dechargeralentie de cette merne capacite,delivre sur sa sortie un etat quasi

haut ».

Phototransistor

Le phototransistor est un transistorbipolaire dont la base est sensible aurayonnement optique en general.Cette base est « flottante » parce quenon soumise a une connexion.Quand elle n'est soumise a aucunrayonnement, un courant de fuitecollecteur/emetteur s'etablit.Lorsque la base est soumise a uneclairage, elle devient le siege d'unphotocourant assimilable a un cou-

rant de commande du transistor. II enresulte un accroissement du courantdans la jonction collecteurThmetteur.Ce dernier est fonction du gain dutransistor, comme pour un transistorclassique.Par rapport a une photodiode, la

reactivite est beaucoup plus impor-tante : de cent a quatre cents fois.En revanche, le courant d'obscuriteest plus grand.Enfin, son temps de reaction est ega-lement plus important, ce qui limiteson utilisation pour des frequenceselevees en mode impulsionnel.Comme pour Ia photodiode, ii existedes transistors plus particulierementprevus pour recevoir le rayonnementinfrarouge.Quant a son utilisation, elle est com-parable a celle de la photodiode,deux differences pros :- la resistance a inserer dans le circuitcollecteur/emetteur est plus faible(quelques k52).- le coefficient d'amplification a pre-voir en aval peut etre plus faible, etantdonne ('amplification propre realiseepar le phototransistor.

R. KNOERR

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Initiation

Simulateur logiqueBon nombre de maquetteselectroniques font appelaux circuits integresnumeriques, encore appe-lee cc circuits logiquescombinatoires s'agit lad'une application directede l'algebre de Boole.Nous les retrouvons dansnos schemas electro-niques sous la forme deportes logiques encorenommees « operateursbinaires », sous la formede circuits integresen bolters DIL.

e grand principe de cettebranche primordiale desmathematiques modernes,consiste a reconnaitre

qu'une proposition peut etre vraie oufausse.Ainsi, dans le domaine electronique,nous parlerons d'un etat . haut »(proche de la tension d'alimentation)ou d'un etat « bas » (proche du zerovolt ou masse). En fait, ces niveaux Hou L seront notes 1 ou 0, comme itest de *le en ecriture logique.Un etat sera donc le complement oule contraire de l'autre.Ces deux niveaux logiques ne doi-vent evidemment pas se chevaucheret ne pourront etre presents sinnulta-nement a un endroit donne.Une porte ouverte ne peut etre fer-mee, tout comme une led allumeene peut etre eteinte.C'est pourquoi, nous vous proposonsde construire une petite maquettepermettant de tester toutes les fonc-tions logiques existantes a ce jour (aunombre de huit) afin de pouvoir revi-ser voire simplement rafraichir vosconnaissances dans ce domaine siimportant, notamment en informa-tique.II sera possible de choisir la fonction

.QCQQ017114

ilISIRST6150

I I , 111 t1I

souhaitee, effecter aux deux entréesune valeur logique immediatementvisualises et constater le resultatobtenu en sortie.La petite taille de la maquette et sonutilisation episodique autorisent unealimentation a partir d'une simple pilede 9 V. Les niveaux logiques 1 et 0seront clairement Minis par l'utilisa-tion de leds bicolores vert/rouge, evi-tent toute ambiguite dans !Interpre-tation des etats en entrée et en sortie.Led verte : niveau « haut » ou 1Led rouge : niveau . bas » ou 0

Rappel surles fonctions logiquesUne fonction ou porte logique est unensemble electronique parfois corn-plexe, comportant des composantselectroniques passifs et actifs asso-cies. Selon les niveaux logiquesappliqués sur les entrées, un niveaulogique apparait immediatement surla sortie, selon des *les immuablesque precisement notre simulateurvous aidera a visualiser et, nous l'es-perons, a retenir ! Nous limiterons nosportes a (2) entrées seulement, mais itfaut savoir que certaines fonctionspeuvent egalement en comporter (3),

(4), (5) voire davantage, pour un fonc-tionnement similaire, en sortie s'en-tend. Fonction « OUIElle ne comporte que (1) entree et nemodifie pas sa valeur en sortie. Onecrit :sortie S = entrée A ou encore S = AEn fait, elle sera tres peu utilisee dansles schemes. Fonction « NON »Elle ne comporte egalement que (1)entrée, l'etat de la sortie est inversepar rapport a ('entree. On parled'ailleurs ici d'inverseur logique. Onecrit :sortie S = entrée A barre ou S =La barre de complementation sur lavariable A indique que sa valeur est('inverse de celle sans la barre.A est le complement ou contraire de A Fonction « ET » (en anglais « AND »)Elle comporte au minimum (2) entrées.La sortie S ne prend l'etat 1 que sitoutes les entrées sont a l'etat 1

simultanement. On ecrit :S = A et B ou rnieux S = A B Fonction « OU » (en anglais « OR 0)Elle comporte egalement au mini-mum (2) entrées. La sortie S prendl'etat 1 si au moins une des entréesest a l'etat 1 (a fortiori, si plusieurs

re 325 www.plprrmnirp iPpraticitip.rnm FL ECTRONIQUF PRATIQUF

Symboles

USA FranceEquations Table de verite Graphique des etats Schema electrique

equivalent

11}AND

1

ET

- S= A B

A B SA 0

A B-0,-0-- -0,-0-0

o

1

1

0

1

0

1

0

0

0

1

B 0&

S 0

laNAND NON -ET

A B SA

0S = A B

s=A+6

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

11B0&1

S 13

OR OU

- S=A+B

A B S A

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

B0>1

S 0 a

NOR NON-OUA B S

A0

A IIS=A+B

s = A 5

0

0

1

1

01

o

1

1

0

o

0

B 01

1

S

EXOREXCLUSIFI> 1

OU

S= AOB

S=A 11+A B

A B SA

0A

6

B

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

B0= 1

S0 A

EXNOR

laNONEXCLUSIF

- OU A B SA 0

,ik.

B

A

-6

0

o

1

1

0

1

.1

1

0

.1

S= A 0 B

s=,,,,,,,),B

0=11

S

Tableau

sont a 1). On ecrit :S = A ou B ou S = A + BLes fonctions suivantes ne sont quedes associations ou variantes desfonctions precedentes. Fonction « NON -ET(en anglais « NAND »)L'inversion dans le nom apporte, bienentendu, une inversion de l'etat de Iasortie par rapport a Ia fonction ET.La sortie sera basse si toutes lesentrees sont hautes simultanement.On ecrit :

S = (A B) (on dit : A et B barres )La barre de complement couvre ('en-semble des variables et le symbolede l'operateur.Selon le theoreme de De Morgan, quia vecu a Ia merne periode que lemathematicien anglais Boole (1815-1864), on peut operer une inversionde variables a condition de realiser

egalement le remplacement de rope-rateur ET par l'operateur OU.Rappelez-vous : on coupe Ia barre eton change de signe ! _ _Ainsi, S = (A B) devient A + BCes deux expressions sont parfaite-ment identiques et reversibles.Nous utiliserons cette propriete dansnotre schema electronique. Fonction « NON-OU »(en anglais « NOR »)C'est en sortie ('inverse de la fonction

OU La sortie ne sera haute que si les

entrées sont basses en meme temps.On ecrit : S = (A + B)qui devient A B selon De Morgan.Deux autres portes logiques viennentcompleter cette collection, avec unfonctionnement un peu deroutantcertes, mais... logique ! Fonction a OU-EXCLUSIF »(en anglais « EXOR

Cette porte un peu speciale se diffe-rencie de Ia fonction OU classiquepar le fait que seulement l'une desentrées doit etre a 1 pour mettre Iasortie a 1.Si (2) entrées ou plus sont hautes, Iasortie S restera basse.On &fit : S = A () Bqui s'ecrit aussi S iTk B + A BCette fonction est electriquementassimilable au montage d'eclairageva et vient. Fonction « NON-OU-EXCLUSIF »(en anglais « EXNOR »)Elle est, bien entendu, Ia negation dela precedente. Sa sortie sera a 1 seu-lement si toutes ses entrées presen-tent le merne niveau logique, 1 ou 0d'ailleurs. Elle est tres utilisee dans lacomparaison binaire.On ecrit :S = B ou encore S + B) (A + §)

rs* 325 vwwv.elec_trutiiqueprattque.com ELECIRONIQUE PRATIQUE

+9Vo

C1

150

+V

VISU

+v

VISU

R1

101d)

13

IC1

24011

IC1

Dili6

4011

IC31

13

T

IC3

& D

124011

24011

1C3

R210 Id2

67 4011

12

14 IC1

4011

8IC1

4011

10 AND 13

NAND 14

IC213- 8

& 31

124011

IC39-&

4011

10

9

IC2

4011

NOR 2

OR 15

EXOR

IC21_

& D3 EXNOR 5

4011

16

Vcc

CO

IC4Clmos

ci 4051

Out

C3

C

C4

C5

Gnd INH

8 6

R3

9

R4

10 11

3

+V

In

VISU

+V0

Codage

I. -C-00--BR5

3x 10 1(12A

.77

Universalitede la fonction NAND

Avant de presenter le schema elec-tronique du circuit complet, nousvous devons une derniere explicationimportante : Ia totalite des fonctionsdecrites precedemment seront simu-lees uniquement a partir de porteslogiques NAND qui peuvent recevoirle qualificatif de porte universelle, aumerne titre que la porte NORd'ailleurs.Cette remarque nous permettra de nemettre en ceuvre que des portesNAND contenues dans l'ultra-clas-sique et economique circuit integreC/MOS 4011.Sachez qu'il existe dans le commercetoutes les versions des portesdecrites. II nous a cependant sembleque, dans un article aussi didactique,cette solution presentait un inter&particulier.

Exemples Pour obtenir une porte ET a partird'une porte NON -ET, it suffit en

somme de proceder a une inversionsupplementaire.S = A B est bien une fonction NON -ETL'inverse de cette fonction S = A B,Ia double barre ou negation s'annuleeffectivement (inverse de ('inverse).Finalement on retrouve bien S = A B Pour obtenir une porte OU a par-tir de portes NON -ET exclusivement,on remarque que A - B peut s'ecrireA+II nous suffira donc d'inverser l'etatdes variables pour retrouver l'ecriturenormale de la fonction OU :=S = A + B devient S = A + B

Les symbolesdes fonctions logiques

Le tableau I donne tous les elementsnecessaires pour distinguer chacunedes fonctions logiques et surtout lesymbole qui leur est attribue dans lesschemes.Nous utiliserons, bien entendu, Ia

representation rectangulaire normali-see (normes CEI 60617-2), bien diffe-rente des symboles americains.

Le petit cercle en sortie rappelle qu'ils'agit d'une inversion logique.Outre la representation graphique(symbole logique), on retrouve pourchacune des portes :- Une representation algebrique :equation logique- Une representation arithmetique :tableau de verite- Une representation temporelle :chronogramme.

Analyse du schemaelectronique

Vous pouvez le consulter en figure 1.L'alimentation de 9 V est confieeune pile ou a un bloc d'alimentationcompact avec transformateur relie ausecteur. Toutes les regles prece-dentes liees a l'algebre de Boole sontici appliquees et Ia quasi universalitede la fonction NAND ne fait aucundoute sur le schema.Les deux interrupteurs A et B sontcharges de mettre un etat 1 ou unetat 0 sur les (2) entrées de Ia fonc-tion choisie.

re 325 www.elecircintquepratique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Tableau ll C B A Entr6e sur IC4 FONCTION

0 0 0 CO AND

0 0 1 C1 NAND

0 1 0 C2 OR

0 1 1 C3 NOR

1 0 0 C4 EXOR

1 0 1 C5 EXNOR

1 1 0 Non utilise

1 1 1 Non utilise

IN BC547

L1 = LedRouge bicolore

R2110 kf..1 R18

330!1

Ne soyez pas surpris de ne compterque six fonctions, les principales enfait. La fonction NON sera aisementverifiee en donnant la meme valeuraux entrées d'une porte NAND ouNOR. Le niveau 0 est obtenu a tra-

3

vers les resistances de forcage a lamasse, R1 et R2, lorsque les interrup-teurs A et B sont ouverts.Afin de diriger la sortie utilisee vers lelogiciel de visualisation, nous faisonsappel au circuit 104 (C/MOS 4051),un veritable aiguillage, encore appelemultiplexeur.Selon le code binaire appliqué surtrois bits, a ('aide de mini-interrrup-teurs DIL sur les sorties (9), (10) et(11), on peut selectionner l'une desentrées de 104 qui, en fait, en corn-porte huit. Le codage de la selection,selon les caracteristiques du circuitintegre, est indique au tableauVous trouverez en figure 2 le detail deIa visualisation adoptee pour lesniveaux logiques. II sera fait usage,par trois fois, du meme assemblagede quelques transistors et resis-tances alimentant une led bicolore.L'entree IN alimente a la fois les deuxtransistors T1 et T2, des modelesNPN. Un etat « bas » sur leur base

NomenclatureResistancesR1 a R5 et R21, R22, R23 : 10 kWR6 a R11 : 1,8 k52R12, R13, R14 : 4,7 i(52

R15, R16, R17 : 1,5 l<52

R18, R19, R20 : 330 52

Semiconducteurs101, 102, IC3 : C/MOS 4011IC4 : C/MOS 4051T1, T2, T4, T5, T7, T8 : BC 337T3, T6, T9 : BC 547Ll, L2, L3 : led o 5 mm, bicolorerouge/verte

CondensateurC1 : 150 nF

Divers3 supports a souder OIL 14,broches tulipe1 support a souder DIL 16,broches tulipesBloc de 4 interrrupteurs mini-DILBloc de 2 bornes visse-soude,pas de 5 mmCoupleur pression pour pile 9 Vou alimentation secteur2 interrupteurs inverseurs a glissierepour circuit imprime

respective laisse le transistor bloque.Ainsi la led verte ne peut pas s'allu-mer a travers Ti. Par contre, le tran-sistor apportant un effet d'inversion,on s'apercoit que T3, a travers la

resistance R15, alimente dans ce casIa led rouge. Un niveau 1 sur l'entréeIN assure l'allumage inverse.

n° 325 vvww.electronlquepratique.corn ELECTRONIC/US PRATIQUE

4

+ 9 V

Masse

INTER A

INTER B

csiLin

CC CC

D1 L1

-I R18

CV [I,CC cC

TS

01_2- R I J I-

I C 1

IC2

IC3

CHA

Mini OIL

IC,4 r.r

RealisationLa realisation pratique sera meneeaisement apres avoir grave le circuitimprime de la figure 3. Tous les corn-posants sont regroupes sur celui-ci,hormis ('alimentation (figure 4). De

nombreux straps sont a realiser poureviter d'avoir a se Trotter a la delicatetechnique du double face.On montera les CI sur des supportsde bonne qualite, a broches tulipesde preference. Une mise en coffretest possible en laissant accessibles

les organes de commandes, deselection et les leds de signalisation.Vous disposez a present d'un aide-memoire infaillible pour exploiter sanshesitation les functions logiques indis-pensables a l'electronique moderne.

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Sonnettetelecommandee

Voici un petit montagesans pretention quirendra bien des servicesaux lecteurs desireuxd'ajouter une sonnettea leur habitation, sansavoir a tirer des fitsdans toute la maison.

e projet se compose dedeux modules : un emet-teur/encodeur actionne parle bouton poussoir de la

sonnette et un recepteur/decodeurqui genere le signal sonore. Pourcette etude, nous n'avons fait appelqu'a des composants extremementclassiques et bon march& ce qui larend accessible a tous.Notre montage utilise un encodeurMC145026 associe a un decodeurMC145027, tous deux tres repandus.Le tout est retie a distance par uncouple de modules HF 433 MHz dontla porteuse est modulee en amplitude.Le choix d'un emetteur AM repondaux criteres de coUt que nous noussommes fixes, sans pour autant

penaliser les performances. En effet,le signal produit par le circuitMC145026 est purement numeriqueet s'accommode tres bien d'unetransmission de qualite moyenne.

Les schemas

L'emetteur (figure 1) est destine aetre aliments par une pile de 9 V rac-cordee au connecteur CN1. La diodeD1 protege le montage contre ['inver-sion des polarites, ce qui est toujoursutile pour un systerne aliments parpile (en raison des risques d'unefausse manipulation de l'operateur).Pour augmenter au maximum l'auto-nomie de l'emetteur, nous avonschoisi de couper purement et simple-ment l'alimentation, lorsqu'elle n'estpas necessaire, avec un boutonpoussoir SW1.Pour eviter les phenornenes lies auxrebonds de l'interrupteur SW1, nousavons ajoute le condensateur C3 de10 pF qui filtre l'alimentation de lacarte. II penalise tres legerement l'au-tonomie du montage, car a chaqueactivation de l'emetteur, la pile doitrecharger ce condensateur.

L'energie emmagasinee par C3 estperdue purement et simplementlorsque SW1 s'ouvre (l'emetteurcontinue d'emettre pendant quelquesmillisecondes pour rien, le temps dedecharger C3). Ceci explique pour-quoi nous avons limite sa valeurseulement 10 pF.Avec ce compromis, une simple pilealcaline de 9 V permettra entre deuxet trois mille activations de la tele-commande si l'utilisateur appuie surle bouton poussoir moins de deuxsecondes (pour une temperature del'emetteur comprise entre -10 00 et+40 °C).La frequence de travail du circuitencodeur (U1) est determinee par lavaleur des composants R1, R2 et C4.Pour cette application, nous avonschoisi une frequence de modulationde 2 kHz qui est la limite accepteepar le module HF de transmission.Les lignes d'adresse et de donneesdu circuit U1 sont pilotees par unbloc de huit mini interrupteurs.Les lignes Al a A5 determinentl'adresse de selection qui representele code que le recepteur devra sur-veiller, tandis que les lignes D6 et D7

re 325 wwvv.electroniquppratique.com FI FCTRONIQUE PRATIQUE

Domotique

Vcc D1

O SW1 1N4001

Cl20 nF

EMIT1

15

C

ANT

RR18x 10 ki2C2

1220 nF

U1

MC145026

+Vcc

ANTEN1

2

co N-CO o

MOD VH 6 Vdd AlA2 2

MOD VLGndGnd

15 Dout A3A4

RTC A5

4 R1/22 !di13

4

-1C4/10 nF 12

GndCTC A6/D6

TX 433 -SAW 97)7; A7/D79RS A8/D8

R2/47 kit10A9/D9

VSS TE1

97,7

o C310 pF

SW DIP -1

CN1

Pile 9 V

HP1

2

Vcc

Cl oC2100 prr TOO nF

Vcc

2

C3 C4100 pF 10 pF

1

T

18 kit

U1

SAE800

VS ElE2

VCosc

Rosc

Gnd Lcontrol

P1

10 kit

VccD3 0

1N4148

D21N4148 15

14

R210 kit

R1

10 kit

13

12

1

R310 kit

C74.7 nF

U2MC145027

Vdd DIN

D6D7

D8D9

AlA2A3A4A5

RI

Cl

VSS R2/C2

R6 I I Vcc

R5 C8

Vcc0 RR1

8 x 10 kt2

Cc)

9

U) CD N -I Col 0)

ANT

1

23

3-

VccO

1to5

10

4

16 ON

34

151413

7

12

11

10

9R4

10T

II

39 ki2

C5/22 nF

1:7=IMF

3

8

SW DIP -1 9771,

4,

720 nFC9 75 Id/100 nFT

,

13

7-11

1111--

RECV1RF290 A -5S

+VDC

+5VDC+5VDC

ANTEN

Out

TESTP

GridGridGrid

Vcc

C6;00 nF

REG1 VccD1

LM7805

CN1

1N4001

fixent l'etat des signaux a trans-mettre.Le signal TE (broche 14 de U1) estfige a la masse, ce qui entraine unfonctionnement permanent du circuitencodeur U1. C'est volontaire puis-que le circuit emetteur ne fonctionneque lorsque que le bouton poussoirSW1 etablit le contact.

Le signal module (sortie sur la patte15 de U1) active ensuite l'entrée dumodule emetteur HF (EMIT1) sur sonentrée faible niveau (MOD VL).Le choix de cette entrée est imposepar la tension de fonctionnement ducircuit U1. Dans ce cas de figure, it

suffit de laisser ('entree MOD VH nonconnectee.

Abordons maintenant le schema durecepteur reproduit en figure 2.Le signal HF est capte par un moduleAUREL RF290 A -5S (RECV1) parfai-tement adapte pour fonctionner avecle module emetteur. Le signal de sor-tie (broche 14 de RECV1) pilote le cir-cuit U2 qui se charge de decoder lesinformations revues. Les composants

n° 325 wywv.eleLtronIquepralique.corri ELECTRONIQUE PRATIQUE

Domotique

Amplitude

AM

M1

4

M2 -

1 16

M3

-Lc

2.33

Tone 1 (660 Hz) --

Ratio amplitudesM3 M2 M1 = 1 0.89 0.67

4.36 5,53 6.69 6.98

Tone 2 (550 Hz)

Tone 3 (440 Hz)

tTrigger

1 Gong-Penod z 7 s

.1k

Trigger possible

3

> t (s)

Mode de fonctionnement SWDIP1-6 SWDIP1-7Position interdite ( aucune tonalite) OFFSimple tonalite ON OFFDouble tonalite OFF ONTriple tonalite ON ON

4

R4, C5, R5 et C8 fixent la frequencedu signal a demoduler et qui dolt cor-respondre a la frequence du circuitencodeur de la figure 1.Lorsqu'un signal module a la fre-quence requise se presente sur ('en-tree DIN (pin 9) du circuit U2 et queTadresse imposee sur les entrées Ala A5 correspond a l'adresse vehicu-lee par le signal, le circuit U2 placeles donnees regues sur ses sorties D6a D9. Puis, it active sa sortie VT(broche 11) pour indiquer que lesignal recu est valide. Par securite, lasortie VT ne passe a l'etat hautque lorsque les donnees recues ontete confirmees au moins deux fois.

Pour notre application, seules les sor-ties D6 et D7 sont exploitees. EllesTorment le code de commande quipilote les entrées El et E2 du circuitgenerateur de son SAE800 (U1). Lapolarisation des entrées El et E2 (pin7 et 8 de U1) est fournie par le signalde sortie VT du circuit decodeur (pin11 de U2) via les resistances R1 etR2. Les diodes D2 et D3 permettentde transmettre uniquement l'etat

bas >, des sorties D6 et D7, selon lecode fourni par le circuit emetteur.Cette structure permet de provoquerun front montant sur les signaux El etE2 lorsque le module emetteur fonc-tionne (si le code transmis est cor-

rect). Sinon, etant donne que les sor-ties D6 et D7 restent dans le dernieretat valide transmis, acres un premierappui sur le poussoir du moduleemetteur, it n'y aurait plus jamais defront montant (car le code transmisest toujours le merne), ce qui nedeclencherait plus le generateur deson qui nest sensible qu'aux frontsmontants.Le circuit U1 (SAE800) est un petitgenerateur de sons tits repanducapable de generer une sonnerie atrois tons, comme cela apparalt enfigure 3.Les entrées El et E2 de ce circuitdeterminent son mode de fonction-nement : simple tonalite, doubletonalite ou triple tonalite.

Pour notre application, le mode seradonc defini par l'etat des mini inter-rupteurs n°6 et n°7 du bloc SWDIP1situe sur le module emetteur.La figure 4 indique la correspondan-ce entre le mode de fonctionnementdu circuit SAE800 et l'etat des miniinterrupteurs n°6 et n°7 du moduleemetteur.La frequence de travail du generateurde sons (circuit U1 de la figure 2) estfixee par R3 et C7. Avec les valeursretenues sur notre schema (10 k.(2 et4,7 nF), la frequence de base est de13,2 kHz.

Le circuit U1 integre des diviseurs par20, 24 et 30 pour produire les diffe-rentes tonalites. Pour notre applica-tion, les frequences des sons pro-duits seront de 660 Hz, 550 Hz et440 Hz.Lors de nos essais, nous avons trou-ye que ces frequences etaient un peubasses. Nous avons finalement rem -place C7 par un condensateur de2,2 nF.

Etant donne qu'il s'agit avant toutd'une affaire de goCit, nous vous lais-sons le soin de determiner vous-merne la valeur de C7 (a choisir entre2,2 nF, 3,3 nF ou 4,7 nF).

Le circuit SAE800 (U1) est capable depiloter directement un petit haut par-leur de 8 a Cela nous arrange bienpuisque nous faisons ainsi l'econo-mie d'un amplificateur. L'etage finalde sortie de U1 est un transistor NPNdont le collecteur est relie a la broche2 (VQ), tandis que ('emetteur est reliea la broche 1 (GND). Dans ces condi-

n" 325 wwwelectroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

5

tions, le haut parleur doit etre polari-se par ['alimentation du circuit U1.Le schema d'application du circuitSAE800 preconise I'ajout des conden-sateurs de 10 pF et 100 nF en paral-lale avec le haut-parleur, ce que nousavons fait.La resistance R6 et l'ajustable P1permettent de fixer le niveau sonoredu son produit par le circuit U1.Nous avons choisi R6 de fawn a limi-ter la puissance dissipee par U1 (etREG1) en cas d'utilisation intensivedu montage. Cependant, si le sonproduit par le haut-parleur est un peufaible a votre goat, vous pourrez dimi-nuer R6 jusqu'a 10 kS2 sans conse-quence.L'alimentation du module recepteurest articulee autour du regulateurLM7805 (REG1). Ce module sera all-mente par une tension de 12 V qui n'apas besoin d'être stabilisee.Vous pourrez faire appel a un petitbloc d'alimentation d'appointcondition que ce dernier soit capablede fournir au moins 500 mA sous12 V (les appels de courant du circuitSAE800 peuvent atteindre 700 mA,mais ils seront filtres par C1, C10 etsurtout C11).Ajoutons que la diode D1 permet deproteger le montage en cas d'inver-sion du connecteur d'alimentation(CN1).

Realisation

Elle necessite la gravure de deux cir-cuits imprimes de dimensions raison-nables. Les dessins des pistes cui-vrees sont reproduits aux figures 5 a 8.Les pastilles sont percees a ['aided'un foret de 0,8 mm de diametre. Ence qui concerne les borniers a vis, lesdiodes 1 N4001 et le regulateur, it fautrepercer les pastilles avec un foret deo1 mm. Percer enfin a 3,2 mm le troude passage pour la vis de fixation duregulateur.Avant de graver les circuits imprimes,it est preferable de se procurer lescomposants pour s'assurer qu'ilss' implantent correctement. Cetteremarque concerne particulierementles connecteurs et les blocs des mini-interrupteurs.II n'y a pas de difficulte particulierepour ('insertion des composants maissoyez attentif au sens des condensa-teurs et des circuits integres.Le regulateur REG1 peut etre plaquecontre un dissipateur thermique. Cenest toutefois pas une necessite,sauf si vous envisagez de faire sonnerle montage en permanence pendantde longues minutes.Les antennes sont realisees le plussimplement du monde a ['aide d'un filrigide se terminant par quelquesspires a la base (quatre ou cinq spires

7

NomenclatureMODULE EMETTEUR

ResistancesRR1 : Reseau resistif 8 x 10 kS2en boitier SILR1: 22 k52 1/4 W 5 %(rouge. rouge, orange)R2 : 47 k52 1/4 W 5 %(jaune, violet, orange)

CondensateursC1, C2 : 220 nFC3 : 10 pF/25 VC4: 10 nF

SemiconducteursU1 : MC145026D1 : 1N4001

DiversCN1 : Bornier de connexions a vis,2 plots, au pas de 5,08 mm, a soudersur circuit imprime, profil basANT : Antenne accordee sur 433 MHz(cf. texte)EMIT1 : Emetteur RF Aurel D( 433 -SAWSWDIP1 : Bloc de 8 mini-interrupteursen boitier DILSW1 : Bornier de connexion a vis,2 plots, au pas de 5,08 mm, a soudersur circuit imprime, profil bas et boutonpoussoir

enroulees sur un mandrin de 4 mm,un foret par exemple). Cependantelles doivent etre accordees sur433 MHz (en quart d'onde), sinon, la

re 325 vvvvvv.electrortiqueprarique.corn ELECTRONIQUE PRATIQUE

Domotique

NomenclatureMODULE RECEPTEURResistances 1/4 W 5 c'/0R1, R2, R3 : 10 Id2 (marron, noir, orange)R4 : 39 kg2 (orange, blanc, orange)R5 : 75 I<S2 (violet, vert, orange)R6 : 18 k52 (marron, gris, orange)P1 : Ajustable vertical 10 I<S2RR1 : Reseau resistif 8 x 10 l<52en boitier SIL

CondensateursC1, 03, C10 : 100 pFC2, C6, C9 : 100 nFC4 : 10 pFC5 : 22 nFC7 : 4,7 nFC8 : 220 nFC11 : 470 pF

SemiconducteursU1 : SAE800U2 : MC145027D1 : 1N4001D2, D3 : 1N4148REG1 : LM7805

DiversCN1 : Bornier de connexions a vis,2 plots, au pas de 5,08 mm, a soudersur circuit imprime, profil basANT : Antenne accordee sur 433 MHz(cf. texte)HP1 : Bornier de connexions a vis,2 plots, au pas de 5,08 mm, a soudersur circuit imprime, profil bas ethaut-parleur 8 52/2 WRECV1 : Recepteur RF Aurel RF290 A -5SSWDIP1 : Bloc de 8 mini-interrupteursen boitier DIL

6

portee de ('emetteur sera deplorable.La longueur d'onde est donnee par laformule suivante :

1.= c/F00 . c » est la vitesse de la lumiere,soit environ 300 000 km/s (3.10' m/s)et F » la frequence du signal HF.Dans notre cas, une antenne accor-dee sur 1/4 serait constituee d'un brinrigide de 17 cm, ce qui est un peulong et inutile etant donne ('applica-tion finale.Nos essais ont montre que la porteede la telecommande atteint encorefacilement 10 m (recepteur situe der-rière une porte d'entree) avec desantennes accordees sur 1J16, soit unbrin de 4 cm seulement (distancemesuree au dessus des spires).Enfin, it convient de noter que nos cir-cuits imprimes ont ete dessines pourpermettre de deporter legerementl'antenne a ['aide d'un petit cablecoaxial adapte pour transporter unsignal a 433 MHz. D'ob la presencede la masse sur les connecteursnotes ANT » sur les schemas.Si, comme nous, vous preferez mon-ter l'antenne directement sur le PCB,ne vous trompez pas et verifiez bienque vous reliez l'antenne au pointchaud (et non a la masse).Normalement, apres avoir choisi lecode d'adresse des deux platines

(defini par la position des mini inter-rupteurs 1 a 5), ('utilisation de cemontage doit etre immediate des samise sous tension.Si jamais la sonnerie ne fonctionnaitpas en activant le bouton poussoir dumodule emetteur, verifier que lesmini-interrupteurs des deux platinessont bien respectivement dans lamerne position. Verifier egalementque les interrupteurs 6 et 7 du modu-le emetteur ne sont pas fermes tousles deux (position interdite, voir la

figure 4).Le code d'adresse peut etre choisi defawn totalement arbitraire, le risqued'une collision avec des telecom-mandes HF equipees d'un circuitMC145026 etant tres faible.En effet, pour que cela ce produise, itfaudrait qu'une telecommande HFutilisant une porteuse de 433 MHzmodulee en amplitude, se servant dela merne frequence de modulation et*lee sur le merne code d'adresseque votre montage, se situe dans unenvironnement tres proche de chezvous.Si jamais cela ce produisait quandmeme, vous pourriez tout simple-ment choisir un autre code d'adresse(ce jour -la, pensez aussi a jouer auLoto, on ne sait jamais !).

P. MORIN

ire 325 vw/welectroniqueprauque.Lurn ELECTRONIQUE PRAIIQUE

Retro-circuit

Variateur de vitessede forte puissance

pour modelismePour les nostalgiques decette epoque ou l'electro-nique etait une disciplinemagique, nous continuonsde faire revivre certainscircuits integres tresfiables et performants,malheureusementobsoletes a ce jour.Nous prenons soin deselectionner des circuitsencore disponibles engrande quantiteet offrant les applicationsles plus attrayantes.Ainsi, ce troisieme articleest-il consacre au NE544.

e circuit integre NE544 ren-ferme toute l'electroniquepour gerer et commanderun servomoteur de mode-

lisme. La figure 1 donne le schemainterne de ce composant par blocsde fonctions.Le NE544 a souvent ete utilisecomme base afin d'elaborer desvariateurs de vitesse pour moteurs acourant continu destines a mouvoirtous types de vehicules radiocom-mandes (voitures, bateaux, avions,chars, etc.). Le courant <, supportsconstituait le probleme majeur. II etaitlimits a un maximum de 10 A (30 Adans le meilleur des cas), comptetenu de la technologie de l'epoquefaisant appel a des transistors depuissance bipolaires.Notre schema se veut au « goat dujour », mettant a profit la haute quail-te des transistors MOS-FET. II en

decoule un variateur pouvant allegre-ment depasser la centaine d'amperessans dissipateur thermique.

Actuellement, it est possible de trou-ver des schernas pour de tels appa-reils, mais ils necessitent, soit unmicrocontroleur accompagne du pro-grammateur adequat et de l'ordina-teur pour ('utiliser, soit une plethorede circuits logiques prenant place surun imposant circuit imprime.Notre montage se contente d'unetoute petite platine parfaitementcompatible avec le modelisme. Voustrouverez, dans ce meme numerod'Electronique Pratique, la realisationd'un petit testeur de servomoteursafin de s'affranchir de ('ensemble deradiocommande pour les essais.

Rappels sur les signauxde commandes

Pour faire varier electroniquement lavitesse d'un moteur a courant conti-nu. it existe deux principales tech-niques.La premiere fait varier purement etsimplement sa tension d'alimenta-tion. Cette solution, bien que fonc-tionnelle, presente plusieurs inconve-nients : perte de couple a bas regi-me, demarrage parfois brutal a unevitesse eloignee de l'arret, effet jouleimportant car l'energie superflue estdissipee par les composants (plus lemoteur tourne lentement, plus les

transistors de puissance chauffent).La seconde, bien plus efficace,consiste a envoyer des impulsions aune frequence suffisamment eleveepour ne pas goner la rotation dumoteur. La tension d'alimentation restemaximale durant le temps de l'impul-sion, it suffit de faire varier sa duree.On appele cette technique la <, MLI »(Modulation en largeur d'impulsions)ou PWM » (en anglais).Nous parlons de rapport cycliqueexprime en pourcentage. Voyons unexemple : avec un rapport de 10 %,le moteur nest aliments que durant10 % du cycle et reste au repos pen-dant 90 %. II tourne donc lentement.

Circuit de commando de fetage de sortie

Impulsionuniquelineaire

Portes logiquesA A

Logique du sens de direction

Regulationde tension

A

Entréeflip-flop

Triggerde Schmitt

Longueurdes impulsions

11.1 LIJ 1_5_1 Lei 1

re 325 vvvvvv.electraniquepratique.com ELECTRONIQUE PRAT IQUE

Retro-circuit

2

Vitesse Rapports cycliques et diagrammes des signaux

Longueur due cycle = 100 % Cyete 2 Cycle 3;40 1..wil10 4 g0%

V IVitesse lente imli

Rapport cyclique < 50 %

U max

0V

Y V-

Longueur dun cycle = 100 % Cycle 2 Cycle 3

50 %7,4

50% l.Y.( 0-4-

11* T VVitesse moyenne

Rapport cyclique = 50 %u

0 v

Longueur dun Cr.* = 100 % Cycle 2 Cycle 3

g0% 0% 7344-Vitesse rapide Es,

Rapport cyclique > 50 %

u max

0v- - - -Arret IM Rapport cyclique = 0 % (Signal en permanence a 0 V)

Plein regime MO Rapport cyclique = 100 % (Signal en permanence a U max)

Sur le merne principe, a 50 %, it setrouve a une vitesse moyenne, alorsqu'A 90 % tl atteint presque sa vites-se maximale.La figure 2 illustre bien ce principe.Cette technique ne presente aucundes inconvenients de la methode pre-cedente car les transistors de puis-sance fonctionnent comme desimples interrupteurs electroniques.Nous utilisons cette pratique surnotre variateur.En radiocommande, tl existe un pro-tocole pratiquement universe! pourcommander un servomoteur ou unvariateur de vitesse.Une impulsion de duree variable(entre 1 ms et 2 ms) est envoyeetoutes les 20 ms (50 Hz).Pour un variateur de vitesse, 1 mscorrespond a la marche arriere maxi -male, 1,5 ms arrete le moteur et 2 msactive l'allure maximale en avant.Les valeurs intermediaires equivalentA des vitesses plus reduites.Une figure de Particle sur le « testeurde servomoteurs » (voir par ailleurs,dans ce numero), montre les dia-grammes correspondants a cesetats.

Schema de principe

Pour suivre cette etude, reportez-vous au schema de Ia figure 3. Lesimpulsions de commande arrivent surla broche (4) de C11, le circuit NE544,via le condensateur de liaison C1.Notez la disposition normalisee des

fils sur le connecteur : le positif de('alimentation au centre protege lescircuits d'une inversion de sens. Eneffet, it n'y a aucun risque si ('entreeest raccordee a la masse.Le circuit C11 necessite peu de corn-posants peripheriques. La resistanceajustable AJ1 determine la course oula vitesse maximale du moteur. Laresistance R1 joue sur la butee hautede ce parametre. II est possible de lareduire jusqu'a 470 52 pour diminuerplus encore l'allure rapide. Le reglagede la resistance ajustable AJ2 definitIa position du neutre, c'est-A-dire laplage d'arret.Les sorties (A) et (B) de C11 comman-dent les portes logiques « NON-OUN1 et N2 montees en bascule « RS ».Les signaux de sortie ne presententpas un kat stable fixe, mais destrains d'impulsions pour commanderPetage de puissance, comme nousl'avons vu precedemment.Afin d'actionner le relais d'inversionde sens de rotation du moteur, it fautimperativement un niveau stable,d'ou la necessite d'employer unebascule.La sortie de N2 attaque le transistorT1, un MOS-FET canal (N) de petitepuissance, afin de commander direc-tement le relais. Nous avons choisid'alimenter ce dernier a partir de latension du recepteur pour deux rai-sons : it consomme peu de courant etsa tension est ainsi independante decelle du moteur.Parallelement, les sorties de C11

commandent la porte logique « NON-OU » N3 afin de prendre en comptetout signal de sortie. Par securite, lescondensateurs C6 et C7 de faiblevaleur sont montes sur les entrees.La porte logique « NON-OU » N4, viale reseau « RC » forme de R9 et C8,inverse l'etat de sortie de N3 pourattaquer les quatre transistors T2 aT5 de forte puissance a travers laresistance R10. Les contacts durelais RE1 commutent les deux sensde rotation du moteur en inversant lespolarites. II va de soi que ce bascule-ment ne doit pas se faire brutalement,a pleine puissance, les contacts durelais ne supportant que 8 A.Nous avons prevu quatre condensa-teurs CX » d'antiparasitage faculta-tifs, a souder sous le circuit imprime.La diode D1 est un modele « hyperrapide » de puissance, elle joue unrole de protection contre les courantsde retour. La Del visualise la vitessedu moteur. Bien utile lors de la proce-dure de reglage, elle est limitee encourant par Ia resistance R11.Pour anticiper les demandes de noslecteurs, nous avons prevu la possi-bilite d'alimenter l'etage de comman-de et le recepteur a partir de la batte-rie du moteur, par le biais du regula-teur CI3 a faible chute de tension inter-ne. Toutefois, notre experience nousle confirme, it est preferable de conser-ver les deux batteries separees pourune meilleure immunite aux parasiteset de ne pas cabler ce composantsans profiter de cette fonction.

n° 325 www.electroniquepratique.corn ELECTRC)NIQUE PHATIQUE

A propos des transistorsde puissanceLe choix de T2 a T5 est important. IIs'agit de MOS-FET canal (N) a corn-mande logique . supportant chacunune puissance de 180 W, un courantpermanent de 116 A et des impul-sions de 400 A La resistance interne

RDS(on) de 0,009 Q permet d'at-teindre ces performances. II va de soiqu'il s'agit la de valeurs maximalesne pas depasser. Prenez bien encompte ces parametres si vousdevez choisir un equivalent.Dans la pratique, nous avons cablequatre transistors en parallele. Nousutilisons une batterie de 7.2 V, ce quinous donne, d'apres la notice descaracteristiques du IRL2203, uneresistance interne RDS(on) d'environ0,009 Q.Calculons, selon la Ioi d'Ohm, la

chute de tension (V) pour la jonctionDrain - Source », pour un courant

de 36 A par transistor.AV = RDS(on) x I

soit : AV = 0,009 x 36 = 0,324 VVoyons maintenant Ia puissance dis-sipee par chaque transistor.P = AV x Isoit : P = 0,324 x 36 = 11,66 WChacun de ces composants etantcapable de supporter une puissancemaximale de 180 W, n'est pasnecessaire de les equiper d'un dissi-pateur thermique pour 11,6 W !Determinons enfin l'intensite quenotre variateur peut supporter sansaucun probleme.I (max) = Nb (trans) x Isoit : I (max) = 4 x 36 = 144 AAvec une telle marge de securite, it

vous est merne permis de faire despetites pointes a 200 A ou 250 A.Tout est conditionne ensuite par labatterie, Ia section des fils, celle despistes du circuit imprime, etc.

Realisation

Notre variateur tient sur un circuitimprime de dimensions reduites, soit :71 mm x 33 mm. Pour cette raison, laplupart des resistances sont monteesverticalement. Le dessin du typon estdonne en figure 4 en vue de sontransfert par Ia methode photogra-phique.Apres les operations de revelation et

3

8o 0z

im

4-A1

z

1i

C)N)

C)

0O

CO

o2, Course

0Ft Neutre

?si

10+

CO

-4

r;7r

x)

CO

REG OUT

TIM CAP

TIM RES

Trigger THRESH p

Grid in.

M -AA

2

0

1:7) --I, A f777:1_0-o

CO

CO

rn

fJ

cn 0o m

71

cnP2

N -I0r-rs.) 1,)

.-.N -'

4)Z -s X

§ 73

O01/±.1

C X X

1,.)(,)

77 7M -n

co

50

N)cn0

0 0 0 0MM+KMQ) o co oFb g

-n

325 vvvvvv.E-.1E,r_t rr 11 liriuprititique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Retro-circuit

NomenclatureResistances 5

: 2,2 kQ (rouge, rouge, rouge)R2 : 27 I<S2 (rouge, violet, orange)R3 : 4,7 kt-2 (jaune. violet, rouge)R4 : 1 kQ (marron, noir, rouge)R5, R6, R9 : 47 IcQ. (jaune, violet, orange)R7, R8 : 1.5 kQ (marron, vert, rouge)R10 : 150 Q (marron, vert, marron)R11 : 560 Q (vert, bleu, marron)AJ1, AJ2 : Resistance ajustableverticale 25 tours de 10 k!.,?

CondensateursC1 : 2,2 1F/25 VC2, C5 : 1 pF/25 VC3, C9 : 100 nFC4 : 47 nF (mylar)C6, C7 : 220 pFC8: 10 nFC10, C11 : 47 pF/25 VCX : 4 x 47 nF (voir texte : ceramiquesou mylar)

SemiconducteursC11 : NE544 (Saint Quentin Radio ouLextronic)Cl2 : CD4001CI3 : LM2940CT5 (voir texte)T1 : BS170T2 a T5 : IRL2203ND1 : RHRP1560 ou BYW80-200ou BYT12PI1000DEL : Del a 3 mm

DiversRE1 : Relais Finder, ref. 4052, bobine 6 V2 Supports de circuits integresa 14 broches (voir texte)Barrettes secables SIL femellesFils rigides et souples (forte et faiblesection)

de gravure au perchlorure de fer,nous vous recommandons de vousmunir de tous les composants pourdeterminer les diametres de per -cages. Travailler d'abord avec unforet de o 0,8 mm, puis aleser even-tuellement certains trous (relais, fils,transistors, etc.).Le cablage requiert le plus grand soinet de la minutie. Suivre scrupuleuse-ment le schema d'implantation de lafigure 5.

BAT MOT BAT MOT BAT

CX CX

RELY

DEL CX CX

4

S G D S

C

RHRP1560

C A

6

7 5

9

Versmoteur

Massecarcasse

Versmoteur

T

`00000'

FIltreantiparasitage

40_00,

4 du variateur

-T4 du variateuri

Commencer par souder les quatreponts de liaisons (straps). Attention,l'un d'eux vehicule « la puissance » etdoit etre de section plus importante(1,5 mm`). Proceder ensuite selon cetordre bien précis : souder les sup-ports de circuits integres (non recom-mandes en modelisme), la resistanceR2, les condensateurs au mylar et ala cerarnique (sauf CX a cabler endernier sous la platine), le transistorT1, les autres resistances verticales,la Del, les resistances ajustables pre-reglees a mi-course, les condensa-teurs chimiques, le regulateur C13(non recommande, voyez ci-dessus),les transistors de puissance, la diodeet enfin, le relais.En cas de doute, fiez-vous aux des -

sins des brochages de la figure 6.Notre variateur ayant la capacite decommander de puissants moteurs, itest indispensable de renforcer cer-taines pistes cuivrees soumises, dece fait, a un fort courant.Le dessin de la figure 7 montre, encouleur plus foncee, les zones a sur-charger en soudure afin de leur don-ner une section adequate.Confectionner le cordon d'entree enfils fins tres souples et en respectantle brochage du connecteur constituede trois broches de barrette SILmales secables.Bien isoler les soudures a l'aide degaines thermo-retractables.Le connecteur de sortie, si vous ensoudez un, propose la masse sur les

n" 325 wwvv.electroniquepralique.com ELECTRONIC)UE PRATIQUE

deux bornes extremes. Cette particu-[ante permet d'inverser le sens derotation du moteur en retournant sim-plement le connecteur.Des le montage terming, contrOleravec soin l'etat des pistes du circuitimprime, la valeur et le sens des corn-posants polarises. Effectuer lescablages peripheriques en s'aidantdu plan detaille de la figure 8, sansoublier ('indispensable fusible correc-tement calibre (selon le courant dumoteur). Pour proceder aux reglages,nous vous recommandons d'utiliserun testeur de servomoteurs tel quecelui decrit dans ce nurnero, en lieu etplace du recepteur.Dans un premier temps, ne pas rac-corder le moteur, mais prendre gardede ne pas provoquer un court -circuitavec ses fits. Positionner le potentio-metre du testeur au neutre a l'aided'un servomoteur du commerce, parexemple. Mettre sous tension et ajus-ter delicatement AJ2 pour <, chercherle neutre (courte plage au la led duvariateur s'eteint). Regler ensuite lacourse maximale en avant ou enarriere en agissant sur AJ1. Puis,

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.41.1P

"

6L6

466V6

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7189/EL84

REGLAGESCcuRse *lime

E -

8

CIRCUIT

ANTIPARASITES

oc\

BATTERIE (selon moteur 6 vIemenls par exemple)

FUSIBLE

relier le moteur et verifier qu'il tournecomme prevu.II est preferable de prevoir un filtred'antiparasitage intercale entre le

moteur et le variateur. A titre d'infor-

845

7189/E184

3006

mation, nous donnons en figure 9 leschema theorique de l'un d'entre eux,mais it en existe dans le commerce aun prix abordable.

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Une girouette

La direction du vent a uneinfluence determinantedans les previsionsmeteorologiques.Aux temps les plus recules,les paysans de nos cam-pagnes se basaient surce parametre avant deplanifier leur programmede travail. Semailles,moissons, fenaisons etrecoltes diverses etaientsouvent decidees suite a('observation de revolu-tion du sens du vent.

a girouette qui, par ailleurs,pouvait avoir des configu-rations diverses, a ('imagedu coq tronant sur le clo-

cher des eglises de nos villages, fai-sait ('objet de consultations frequen-tes. Nous vous proposons une ver-sion electronique de cet utile indica-teur.

Principe

Pour realiser la detection de la direc-tion du vent, nous faisons appel autraditionnel aileron vertical tournantautour d'un axe, lui-nieme vertical.Celui-ci entraine, en bout d'arbre. unaimant permanent qui se deplacedans un plan horizontal, au-dessusd'un jeu de huit ILS (Interrupteurslames souples) disposes circulaire-ment sur les 360° de la rose desvents. De ce fait, ils delimitent lesdirections suivantes : NORD, NORD-EST, EST, SUD-EST, SUD, SUD-OUEST, QUEST ET NORD-OUEST.Jusqu'ici, rien de bien novateur. Onpourrait merne croire, en premierereflexion, que chaque ILS pourraitcommander l'allumage d'une ledindiquant ainsi, a distance, la direc-tion du vent.En realite, les choses ne sont pasaussi simples. En effet, it est prati-quement impossible de les disposerde maniere a ce que l'ouverture descontacts d'un ILS donne correspon-de exactement a la fermeture de ('ILSsuivant, si le vent venait a tourner.

Pour une position angulaire critiquedonnee, correspondant a la bissectri-ce de ('angle forme par deux direc-tions voisines, on aboutirait force-ment a l'un des deux cas indesirablessuivants- L'allumage de deux leds correspon-dant a deux orientations voisines- Aucun allumage de ledToutefois, la logique electronique quenous developperons dans les para-graphes suivants resoudra ce proble-me.Mais l'electronique peut egalementapporter une simplification supplemen-taire : celle de ne necessiter qu'uneseule paire de fils de liaisons entre le

capteur >, et le boitier « indi-cateur

Fonctionnement

AlimentationL'alimentation du montage est tresclassique. L'energie est fournie par lesecteur a travers un transformateurdelivrant, sur son enroulementsecondaire, une tension alternativede 12 V (figure 1).

n- 325 wwvv.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRAT1QUE

Un pont de diodes en redresse lesdeux alternances et la capacite C1effectue un premier filtrage.En sortie du regulateur, on disposealors d'un potentiel continu et stabili-se a 9 V, auquel la capacite C2 appor-te un complement de filtrage.Enfin, le condensateur C3 decouplele montage de ('alimentation.

Detection de l'orientationde Ia girouetteLa rotation de l'axe de la girouette apour effet de deplacer un aimant per-manent au-dessus de huit ILS, &gale-ment repartis et disposes en cercle(photo A).De ce fait, ('angle forme par deux ILSvoisins a une valeur de 45g.Dans le cas general, une orientationdonnee de la girouette se traduit parla fermeture d'un ILS. II en resulte ('in-sertion d'une resistance dont la

valeur est particuliere a cheque ILS,dans un circuit dont l'origine est le« plus » de ('alimentation, la diode D9,R10 et R12. La cathode de D9 estreliee a ('entree « non inverseuse » ducomparateur (I) de 1C1. Le point corn-mun de R10 et de R12 est en relationavec ('entree « inverseuse » du corn-parateur (II). Restons-en la pour lemoment. Nous reviendrons ulterieu-rement sur le role précis de ces deuxcomparateurs.Notons egalement que, par conven-tion, nous avons affecte ('ILS n°1 al'orientation « NORD », ('ILS n°2 au

NORD-EST » et ainsi de suite pourterminer avec ('ILS n°8 correspon-dant au « NORD-OUEST ».

Base de tempsLes portes NAND (I) et (II) de IC2 for-ment un oscillateur astable qui delivresur sa sortie des creneaux de formecarree et caracterises par une perio-de de l'ordre de 100 ms.Ainsi que nous le verrons plus loin,cette valeur correspond au 1/8' de laperiodicite de lecture de l'orientationde l'axe de la girouette.Les portes NOR (111) et (IV) sont mon-tees en trigger de Schmitt dont la sor-tie delivre des creneaux aux frontsascendants et descendants, davan-tage verticaux afin de les rendre plusaptes a attaquer ('entree de compta-ge du compteur 104 place en aval.

SequenceurLe compteur IC4 est un CD 4029. II afait ('objet d'une description detailleedans le n°313 d'Electronique Pratique(fevrier 2007).Dans la presente utilisation, it fonc-tionne simplement comme compteurbinaire en base decimale.Ses sorties Q1, Q2, Q3, et Q4 evo-luent au rythme des fronts montantsdes creneaux presentes sur sonentrée « Clock ».Elles sont en relation avec les entréesde IC6, un CD 4028, c'est-e-dire undecodeur BCD/decimal.Au fur et a mesure de l'avance ducompteur, l'otat « haut » se deplacesuccessivement sur les sorties SO,S1, S2 et ainsi de suite.Lorsque l'etat haut » aboutit a lasortie S8 en relation avec ('entree

Preset Enable » de IC4, ce dernierest aussitat remis a zero. En definiti-

ve, la sequence continue de compta-ge comporte huit positions indefini-ment renouvelees.Cheque sortie de IC6 est en relationavec une diode et une resistance devaleur particuliere.En fait, les valeurs retenues corres-pondent exactement a celles conte-nues dans le bditier capteur »,

mises en circuit par la fermeture de('ILS correspondant. Leur point corn-mun aboutit a un pont forme par R9et R11, respectivement de memevaleur que R10 et R12.Le point commun des resistances R1a R8 issues de IC6 est relie a l'entrée« non inverseuse » du comparateur (II)de 101. Quant au point commun a R9et R11, ii rejoint ('entree « inverseusedu comparateur (I).Egalement par convention. la sortieSO de IC6 est affectee a l'orientation« NORD », la sortie S1 au « NORD-EST » et ainsi de suite.

Mise en evidencede l'orientation de Ia girouetteLorsque l'axe de rotation de la

girouette occupe une position angu-laire donnee sur le plan de la rose desvents, it convient de detecter cetteposition sans ambiguite.A titre d'exemple, prenons le cas oule vent provient de l'EST.Dans ce cas, c'est ('ILS n'3 qui estferme. Etant donne la presence de ladiode D9 qui introduit dans le circuitune chute de tension de 0,6 V, pourles calculs, tout se passe comme si lepotentiel positif n'etait plus que de8,4 V.

On peut alors determiner le potentielU1 appliqué a l'entrée « inverseusedu comparateur (II).

10U1= x 8.4 = 3,770 V

12,1 + 0,182 + 10

De meme pour ('entree « non inver-seuse » du comparateur (I) :

10 + 0,182U2 = x 8.4 = 3.838 V

12 1 + 0 182 + 10

Pendant ce temps, ('ensemble comp-teur-decodeur IC4/1C6 poursuit inlas-sablement son cycle.Lorsque l'etat « haut » atteint la sortieS1, correspondent par convention auNORD-EST, c'est-a-dire la positionprecedent l'EST, iI est possible de

n° 325 www.electronquepratique.com ELLC[RONIOUE PRAlICIUE

I

Transfo

220 V2 x 6 V1.5 VA

+9 V

16

14

2

15

IC6CD4028

9 11 12 13 10

6

7

4

S

S2

D1 R1/10 kit

02 R2/11 kU

D3 R3/12,1 kS2

04 R4/13 kit

D5 R5/14

D6 R6/15 1(0

D7 R7/16,2 kU

D8 R8/17,4 kit_SL7

+9 V---U/D

S8

PE

C B A

1

J2

J3

8 x 1N4148

NE E SE

CS/

D9

v2cc e co 2

cc

Domotique

SO O NO

CC 0t-

(.6

+9 V

1N4148

J4

04 Q3 Q2 Q1

16 10 1 2 14 11 6

15

IC4CD4029

8 3 13 12 4 5 9

J4 J31 J21 J1 CI B/D

12

13IC5

CD4029

8 15 5 9 10 2

CL CI B/D U/D

9777

04

D

16 PE

li4

e+

U1

e -

ICILM358

'777:

+9 V

R1422 kit

C5

I3

S2

cc 't

R10182 U

R1210 ki2

11 1/2 IC2

8 9CD4011

(1..tfriL

10

2,2 iF R164.7 kit

1/2 IC3C7 C4

I1 nF CD4001NF

14 11

Q3

C

02

B

01

A

+9 V--11 12 13 10 16

IC7/CD4028

3 14 2 15 1 6, 7 4

SO S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8

CL 1

1/2 IC3CD4001

C81 nF

R181 kU

100 kit

C62,2 NF

8 x Leds rouges

1/2 IC2CD4011

5

6

R1522 kU

R17220 kS2

re 325 vcrvvvcr. elertroniquerwnt Ique .com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Position Sortie Comparateur I Comparateur II Sortie

de Ia active e- e* Niveau e- e+ Niveau porte

girouette de IC6 (v) (v) logique

sortie

(v) (v) Iogique

sortie

NANDIV

EST S1 3,966 3,838 0 3,770 4,038 1 0

EST S2 3,770 3,838 1 3,770 3,838 1 1

EST S3 3,624 3,838 1 3,770 3,689 0 0

Tableau I

Tableau II

Orientation de la girouette Sortie active de IC6 Sortie de Ia porte NAND IV

NORD SO 1

NORD EST S1 1

EST S2 1

SUD EST S3 1

SUD S4 1

SUD QUEST S5 1

QUEST S6 1

NORD OUEST S7 1

calculer de la meme maniere, le

potentiel U3 sur ('entree . inver-seuse » du comparateur (I) :

10U3= x 8.4 = 3.966 V

11 + 0.182 + 10

Et sur ('entree « non inverseuse » ducomparateur (II) :

10 + 0,182U4 - x 8,4 = 4,038 V

11 + 0,182 + 10

Ces resultats sont consign& dans letableau I.Pour un comparateur donne, la reglede fonctionnement est fort simple :- Si le potentiel de ['entrée a noninverseuse » est superieur a celui de('entree « inverseuse », Ia sortie pre-sente un etat considers commea haut », c'est-e-dire proche de 9 V- Dans le cas inverse, Ia sortie pre-sente un etat . bas » a Ia tension dedechet ores qui est de l'ordre de 1,8 V.En appliquant ce principe, la sortie ducomparateur (I) presente un etat« bas », tandis que celle du compara-teur (II) est a l'etat a haut ». La sortiede la porte NAND (III) de IC2 presen-te alors un etat « haut » et celle de laporte NAND (IV) est a l'etat « bas ».Nous verrons au paragraphe suivantque dans ce cas, it ne se passe riende particulier : l'etat « haut » presentcur la sortie S1 de IC6 n'est suivid'aucun effet.Placons-nous maintenant dans le cas

oil l'etat « haut » se transpose sur lasortie S2 de IC6. Les resultats descalculs sont repris dans le memetableau. Nous sommes dans le casparticulier pour lequel les deux pontsde resistances comportent desvaleurs respectives rigoureusementegales. II en resulte un etat « hautsur Ies sorties des deux compara-teurs et un etat « haut . sur la sortiede Ia porte NAND (IV). Cet etata haut » sera exploit& comme nous leverrons plus loin.Enf in, Iorsque l'etat « haut a arrive surla sortie S3, la troisieme ligne dutableau I nous montre des resultats.La sortie de la porte NAND (IV) repas-se a l'etat « bas a.En definitive, la sortie de la porteNAND (IV) presente seulement unetat « haut a pour la position particu-Here pour laquelle l'etat « haut » estsur S2. Dans tous les autres cas,cette sortie est a l'etat « bas ».Bien entendu, cette logique est trans-posable a tous les cas de figuresd'orientations de l'axe de la girouettedans le respect des relations reprisesdans le tableau II.

Remarques sur le fonctionne-ment de Ia detectionL'importance du pouvoir discrimina-toire de cette logique de detectionest due a la valeur relativement faiblede R9 et R10 (182 Q) par rapport aux

valeurs des autres resistancesentrant dans les ponts diviseurs.La fenetre reservee a la reconnais-sance d'une position dorm& de l'axede la girouette etant tres restreinte, itest necessaire de faire appel a desresistances a a faible tolerance » defabrication. C'est la raison pourlaquelle des resistances a 1 % detolerance ont ete utilisees.Par ailleurs, l'etagement des valeurssuccessives des resistances R1 a R8doit repondre a la double conditionsuivante :- Une difference sensible de valeurentre deux resistances correspon-dent a des positions successives del'axe de la girouette- La derniere valeur doit rester infe-rieure au double de la premiere pourla raison que nous evoquons ci-des-sous.Au niveau de la realisation pratique, it

est mecaniquement impossible, lorsdes transitions d'une direction duvent a Ia direction immediatementvoisine, d'obtenir simultanement l'ou-verture de ('ILS de rang a n a et la fer-meture de ('ILS « n +/- 1 a.Dans le cas cette transition se tra-duit par la fermeture simultanee dedeux ILS voisins, la valeur de Ia resis-tance inseree dans le pont diviseurcorrespond alors a la resistance equi-valente de deux resistances voisines.Par exemple, si on retenait un pas de2 kQ. avec R1 = 10 kg -2 on aurait Iesvaleurs R7 = 22 kg2 et R8 = 24 kaSi les ILS 7 et 8 sont simultanementfermes, la resistance equivalente estde :

22 x 24R

22 + 24= 11,47 k

Cette valeur &ant fres proche de 12 kQ,it y aurait donc risque de confusionavec la fermeture d'ILS 2. Le lecteurpourra verifier que les valeurs rete-nues dans le montage n'entrainent,en aucun cas, de telles ambigultes.Si deux ILS voisins sont 'term&simultanement, la sortie de la porteNAND (IV) reste a l'etat . bas a.Nous verrons plus tard que celan'aboutit pas a une indication erroneede la direction du vent qui reste sim-plement celle qui a precede la ferme-ture simultanee des deux ILS.De meme, si pour une position angu-

n° 325 wwvv.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

laire particuliere de l'axe de la

girouette aucun ILS n'est feral& ('en-tree « non inverseuse » du compara-teur (I) est soumise a un potentiel nul.Sa sortie presente donc un etat « bas »tout comme celle de la porte NAND(IV). Comme pour le cas precedent,('indication reste alors celle qui a pre-cede cette situation particuliere.

Memorisation de la detectionA chaque fois que la sortie de la porteNAND (IV) presente un etat « haut »de reconnaissance d'une positionangulaire de l'axe de la girouette, labascule monostable formee par lesportes NOR (I) et (II) de IC3 delivre sursa sortie un etat « haut » d'une dureed'environ 30 ms. Cet etat « haut » estpresente sur l'entrée <, Preset Enable -d'un second compteur IC5 de typeCD 4029. Mais ce dernier ne travaillepas en tant que compteur. II se

contente de memoriser les niveauxbinaires presents a ce moment surles entrées JAM 1, JAM2, JAM3 etJAM4 respectivement reliees aux sor-ties 01, Q2, 03 et 04 du compteurIC4. Les sorties 01 a 04 de IC5 pren-nent aussitot ces mernes valeursbinaires et les gardent.La valeur binaire ainsi memoriseepeut etre reconfirmee 0,8 s plus tardsi l'axe de la girouette n'a pas chan-ge de position angulaire.Elle peut egalement etre changee sil'axe a subi une rotation.

Elecodage et affichageLe circuit integre reference IC7 estencore un CD 4028, c'est-a-dire undecodeur BCD/decimal. Chacune deses sorties SO a S7 est reliee a uneled de signalisation. La resistanceR18 limite le courant d'alimentationde la led concernee par l'etat « haut »present sur la sortie Si correspondan-te. La led L1 correspond au NORD,L2 au NORD-EST et ainsi de suitepour terminer avec la led L8 quisignalise le NORD-OUEST.

Realisation pratique

Circuits imprimesLa realisation des circuits imprimesn'appelle pas de remarque particulie-re, du moins en ce qui concerne leC.I. principal (figure 2a).

2a

0

Pour le C.I. « capteur », it convient dese procurer auparavant le boitier des-tine a le recevoir, afin d'adapter le casecheant ses dimensions (figure 2b).Apres gravure, les plaquettes sont arincer abondamment a ('eau tiede.Par la suite, toutes les pastilles sontpercer a ['aide d'un foret de 0 0,8 mm.Certains trous sont a agrandir enfonction des diametres des conne-xions des composants les plus volu-mineux.

2b

Implantation des composantsII convient de commencer ('insertiondes composants les moins epais telsque les straps. les diodes et les resis-tances, pour terminer par ceux qui secaracterisent par des hauteurs plusimportantes (figures 3a et 3b).Attention au sens d'implantation despolarites des composants polarises.Pour les ILS, it est necessaire d'ap-porter un soin tout a fait particulierlors du preformage des connexions.

re 325 vvvvw.electroniquepratique.rom ELECTRONIQUE PRATIOUE

Domotique

NomenclatureMODULE PRINCIPAL

Resistances21 straps (8 horizontaux, 13 verticaux)R1 (") : 10 kS-2 (marron, noir, noir, rouge)R2 ("): 11 kS2 (marron, marron, noir, rouge)R3 ('): 12,1 kQ (marron, rouge, marron, rouge)

R4 (*) : 13 kS2 (marron, orange, noir. rouge)R5 (*) : 14 k52 (marron, jaune, noir. rouge)R6 (') : 15 kS2 (marron, vert, noir, rouge)R7 (') : 16,2 kQ (marron, bleu, rouge, rouge)R8 (") : 17,4 kQ, (marron, violet, jaune, rouge)

R9, R10 ('): 182 Q (marron, gris, rouge, noir)R11, R12 (') : 10 kS2 (marron, noir, noir, rouge)

R13 : 10 kS2 (marron, noir, orange)R14. R15 : 22 kQ (rouge, rouge, orange)R16 : 4,7 kQ (jaune, violet, rouge)R17 : 220 kQ (rouge. rouge, jaune)R18 : 1 kS-2 (marron, noir, rouge)R19 : 100 kQ (marron, noir, jaune)(') : Resistances a 1 % de tolerance

CondensateursC1 : 2200 pF/25 VC2 : 100 pF/16 VC3, C4 : 0,1 pFC5, C6 : 2,2 pFC7, C8 : 1 nF

SemiconducteursIC1 : LM 358IC2 : CD 4011IC3 : CD 4001IC4, IC5: CD 4029IC6, IC7: CD 4028D1 a D9 : 1N 4148L1 a L8 : Leds rouges o 3REG : Regulateur 9 V - 7809Pont de diodes

Divers1 support 8 broches2 supports 14 broches4 supports 16 brochesTransformateur 220 V/2 x 6 V/1.5 VA2 borniers soudables de 2 plots

NomenclatureMODULE CAPTEUR

ResistancesR1 (') : 10 kS2 (marron, noir, noir, rouge)R2 (') : 11 kS2 (marron, marron, noir, rouge)R3 ('): 12,1 kS2 (marron, rouge, marron, rouge)

R4 ("): 13 Id2(marron, orange, noir, rouge)R5 (*) : 14 kQ (marron, jaune, noir, rouge)R6 (") : 15 kQ (marron, vert, noir, rouge)R7 : 16,2 kS2 (marron, bleu, rouge, rouge)R8 (') : 17,4 kQ (marron, violet. jaune, rouge)(') : Resistances a 1 % de tolerance

DiversILS1 a ILS8 : ILS (long. 13, o 2)Bornier soudable 2 plots

()L.)

Pont

_L

ca

-I R8 I-

Ll 0 -f R6

R7 1--r L8 1.2 R11-

0

_L

-r"

L7

L5

0

6V

TRANSFO

220 V

6V

L3

R16 I-

CO( )

ml

sL

( R3

R5

-I 0711-

-1 De II--4 08 II-

-01-I 04--I DC 11-

-4 R4

-I R2 I -

J_

CC CC

.1. 9 V

D9

re 325 wwvv.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Domotique

II est vivement conseille de maintenirla connexion avec une pince a becsronds et de proceder au pliage a ('ai-de d'une autre pince. Si cette precau-tion n'est pas prise, vous risquez fortde casser la fragile ampoule de verreau niveau de l'entrée de la connexion.

Realisation de Ia girouetteLa figure 4 et la photo B illustrent unexemple de realisation.Le point delicat » est celui du posi-tionnement de l'aimant permanentavec cette double contrainte : soneloignement par rapport a ('axe derotation de la girouette et la distanceseparant les ILS de celle de la trajec-toire circulaire de l'aimant.II conviendra de proceder a desessais en se servant d'un ohmmetrepour mettre en evidence les ouver-tures et les fermetures des ILS.L'objectif consiste a obtenir I'ouvertu-re de ('ILS de rang n », en memetemps que la fermeture de ('ILS derang n +/- 1 » ou, du moins, de s'enapprocher le plus possible.Attention egalement a ('orientation dubras supportant l'aimant par rapporta I aileron de la girouette. Ces deuxelements doivent etre en opposi-tion. En effet, lorsque le vent vient,par exemple, du NORD, ('aileron sepositionne en direction du SUD.La conception mecanique de ('en-semble doit etre vue sous ('aspectd'une exposition du boltier auxintemperies. II convient donc de pre-voir une etancheite adaptee auniveau de la fermeture du couvercle,en posant, par exemple, un joint en

Support girouette

1 I-.

III

Colle epoxy

Roue support

ILSlITole alu collee

Couvercle

-- Palle( plastique

Axe laiton 0 3

BoisAimant

Pr

4

Joint silicone

y_I1

Boitier

silicone. La merne remarque s'ap-plique a ('orifice de passage du cablede connexions.Pour ('installation de la girouette, it

est necessaire de se munir d'une

LINJ

Module (capteurs

boussole afin de reperer le nord geo-graphique. Une mise en place sur unpoteau ou sur une toiture peut etreune bonne solution.

R. KNOERR

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Micro/Robot

Testeur de servomoteurspour modelisme

Dans ce meme num6ro,nous proposons Ia reali-sation d'un variateur devitesse pour modelismeau sein de notre rubrique« Retro-Circuits ».Or, ce type de montage, aI'instar des servomoteurs,fonctionne a partir designaux particuliers,specifiques a Ia radio-cornmande.

I est bien pratique de pouvoireffectuer les reglages electro-niques d'un variateur ou l'ajus-tage mecanique des servomo-

teurs sans avoir a utiliser tout ('en-semble d'emission et de reception,mais en faisant appel simplement autesteur etudie ci apres. Sa mise enceuvre ne presente aucune difficult&pas merne un reglage. De plus, it aAte concu a partir de composantsfres courants pour un cout derisoire.

Signaux de commandedes servomoteursUn servomoteur comporte un stagedestine a alimenter avec precision lemoteur interne. Toute rotation de ce

dernier entraine mecaniquement unminuscule potentiornetre chargé d'in-former le circuit de gestion de la posi-tion du palonnier (bras de sortie).La commande d'un servomoteur oud'un variateur de vitesse ne secontente pas d'un niveau logiquesimple ou d'une grandeur analo-gique. En radiocommande, le signalprend une forme bien particuliere. II

faut envoyer une impulsion de dureevariable (entre 1 ms et 2 ms) toutesles 20 ms, autrement dit, a une fre-quence reguliere de 50 Hz.La figure 1 montre la correspondan-ce entre la largeur de ('impulsion etI'effet obtenu.II va de soi que le sens de rotation etla direction indiques sont arbitraires

et dependent du cabiage du moteurou de ('implantation mecanique duservomoteur. Les valeurs comprisesentre 1 ms et 1,5 ms et entre 1,5 mset 2 ms donnent une vitesse reduiteen " avant » ou en « arriere » pour unvariateur et une position intermediai-re a - droite » ou a - gauche - sur unservomoteur.

Schema de principeLa figure 2 differencie bien troisstages. L'oscillateur astable fournitun signal came a une frequence bienstable de 50 Hz. Ce montage particu-lier de C11, un NE555, donne en sor-tie sur la broche (3) un rapportcyclique de 50 % (la duree au niveaulogique « haut » est egale a celle auniveau . bas »). La resistance R1 et lecondensateur C1 fixent la frequencepar des cycles de charge et dechargede C1 au travers de R1 selon la for -mule approchee ci-dessous :F = 0,72 (R1 x C1)ou la frequence est exprimee en hertz« Hz », R1 en « MQ » et C1 en « NF ».Nous obtenons le resultat suivant :F = 0,72 (0,043 x 0,33) = 50,73 HertzLa sortie de l'oscillateur (broche 3 deC11) declenche le monostable consti-tue des portes logiques N3 et N4,celles-ci sont de type « NON-OU ».Le condensateur C3 et le potentio-metre P1 determinent la duree du

Fonctions Diagrammes des signaux

Variateur Marche avant maxi

Servomoteur . Position extreme gauche

2 ms N.-

5 V

0 V

-4

1 T-20 ms

. 3.4t-4 (Frequence de repetition 7.-

des impulsions = 50 Hz) * *

20 ms

ric 2 ms -4V Y

2 rns

,---.

Variateur . Arret du moteur

Servomoteur I. Position centrale

1.5 ms a-

5 V

0V

T-20 ms

-4 (Frequence de repetition --).4

Y des impulsions = 50 Hz) '4' 1

20 ms _

..- 1.5 ms 44- 1,5 msV

Variateur»Marche arriere maxiServomoteur » Position extreme droite

-41 ms ).-

V5 V r -r

0V

20 ms ..4.4

-4-- (Frequence de repetition -.Jr -14E-V Ydes impulsions = 50 Hz)

20 ms

1 msV -

- 1 ms

re 325 wvvvv.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Micro/Robot

C4 +5100 nF

111181 4

Vcc R- DC a

R1 C11

43 kit NE555

6 TH CV2 TR

Gnd

CI330

3

+5 V

R41,31(52

C210

R2120 kit

8

1 N3

10 C3

R324 MI

N412 -13

10 nF

>1

P1

10 kSI

7

P7,7;

2 4

1

+5 V R5

° 680 014

J 63

csT100 nF

N1

R6470 0

Del

+5 V2

D1

1N4007Alimentation

+5 VSortie

N1 a N4 = Cl2 : CD4001

5V

S

monostable non redeclenchable.Les resistances R2, R3 et R4 condi-tionnent les butees a ne pas depas-ser pour obtenir une largeur d'impul-sion comprise entre 1 ms et 2 ms.II va de soi que la precision de cesdelais est fonction de celle des corn-posants utilises.Attention ! Un servomoteur, pour sasauvegarde, ne dolt pas travailler aumaximum de sa course, a droite ou agauche (surcharge de relectroniqueet forcage mecanique).La sortie du monostable commande('entree du servomoteur via Ia resis-tance de protection R6. Observez ladisposition normalisee des fits sur leconnecteur de sortie, le positif aucentre evite un eventuel court -circuit.L'inversion entre la masse et le signalne provoque pas de degat.Nous avons mis a profit les porteslogiques non indispensables, N1 etN2 de type « NON-OU montees eninverseur, afin de visualiser, avec ladiode electroluminescente, le bonfonctionnement de l'appareil par unclignotement tres rapide.La resistance R5 limite le courant cir-culant dans la Del.La diode D1 protege le testeur duneaccidentelle inversion des polaritesde ['alimentation provenant, parexemple, d'un pack de batteries dontla tension n'excede pas 5,5 V.

RealisationUn circuit imprime simple face dedimensions reduites (71 mm x 33 mm)supporte tous les composants de cetesteur de servomoteurs.La figure 3 donne le dessin du typonen vue de son transfert selon Ia

methode photographique. En suivantIa procedure habituelle, reveler etgraver le circuit imprime. Avant le tra-vail de percages des pastilles cui-vrees, nous vous recommandonsvivement de vous procurer tous lescomposants. Utiliser un foret de o 0,8,puis aleser certains trous a un dia-metre superieur, notamment celuiprevu pour le passage de la fixationdu potentiornetre a a 10 mm.Respecter le plan d'insertion de lafigure 4 pour cabler les composants.Commencer par souder ('unique pontde liaison (strap) et poursuivre le tra-vail dans cet ordre : les resistances, Iadiode, les supports de circuits inte-gres, le connecteur de sortie consti-tue de trois broches de barretteseeable SIL, les condensateurs aumylar, la Del, le bornier a deux vis et,enfin, le potentiornetre visse a mernela platine.Des le montage termine, effectuer lescontroles habituels avant Ia premiereutilisation. Verifier l'etat des sou-dures, des pistes cuivrees, ainsi que

NomenclatureResistances 5 %R1 : 43 k52 (jaune, orange, orange)R2 : 120 k0 (marron, rouge, jaune)R3 : 24 kS2 (rouge, jaune, orange)R4 : 1,3 1c4 (marron, orange, rouge)R5 : 680 0 (bleu, gris, marron)R6 : 470 0 (jaune, violet, marron)

PotentiometreP1 : Potentiometre simple lineaire

de 10 1(52 (axe de 6 mm)

CondensateursCl : 330 nFC2, C3 : 10 nFC4, C5 : 100 nF

SemiconducteursC11 : NE555Cl2 : CD4001D1 : 1N4007DEL : Del a 5 mm

Divers1 Support de circuit integre a 8 broches1 Support de circuit integre a 14 broches1 Bornier a 2 vis au pas de 5,08 mm1 Bouton pour potentiometre

avec axe de 6 mmBarrettes secables SIL femelles

Ia valeur et le sens des composants.Le testeur ne necessite aucun regla-ge et peut immediatement serviressayer et *ler vos servomoteurs etvariateurs de vitesse pour moteurscourant continu de modelisme.

Y. MERGY

n° 325 www.electronlquepratlque.com ELECTRON1QUE PRAI IQUE

Ce montage permetde deceler les incendiesnaissants parIa recherche de deuxcriteres essentiels : Iafumee ou ('augmentationde la temperature.C'est le premier indicereleve qui declencheaussitot I'alarme.

n petit ventilateur fait cir-culer lair ambiant a l'in-terieur d'un conduitd'une longueur de vingt

centimetres environ. A l'entrée, unediode infrarouge &net en permanen-ce une suite de breves impulsions endirection d'une photodiode situeevers la sortie de celui-ci.Le moindre obscurcissement provo-que par ('entree de la furnee diminuel'intensite du rayonnement infrarougepercu par la photodiode (figure 1).Cela a pour resultat la mise en posi-tion active d'une bascule dont la sor-tie commande, d'une part, un buzzerde puissance et, d'autre part, la fer-

meture d'un relais d'utilisation pou-vant commander d'autres servitudes.Toujours a ('entree du conduit, estegalement disposee une CTN (resis-tance a Coefficient de TemperatureNegatif) qui reagit a tout depasse-ment de temperature par rapport aune valeur normale prealablementfixee. Une seconde bascule enre-gistre l'anomalie et entraine lesmemes consequences : mise enaction du buzzer et fermeture durelais.

Fonctionnement

AlimentationLa tension primaire du secteur 230 Vest abaissee a 12 V par un transfor-mateur d'une puissance de 2,5 VA(figure 2).Les deux alternances sont redres-sees par un pont de diodes, tandisque la capacite Cl effectue un pre-mier filtrage.En sortie du regulateur, un 7809, onreleve un potentiel continu stabilise a9 V. La capacite C2 realise un filtragecomplementaire et C4 fait office decondensateur de decouplage.L'allumage de la led verte L1, dont le

courant est limite par R1, signalise lamise en service du detecteur.

Base de tempsde remission infrarougeLes portes NAND (Ill) et (IV) de IC1forment un oscillateur generant descreneaux de forme non carree &cantdonne le desequilibre introduit par lapresence de la diode D1.La duree des etats « bas » se deter-mine par la relation :

T1 = 1,1 x R7 x C7Ce qui correspond a environ une mil-liseconde (1 ms).De Ia meme maniere, on peut calculerla duree des etats « haut » en appli-quant Ia relation simplifiee

T2 = 1,1 x R13 x C7Le resultat obtenu est du dixieme demilliseconde, soit 100 ps.

Frequence porteuseLes portes NAND (I) et (II) de 101 for-ment egalement un oscillateur.A la difference de celui evoque ci-dessus, it est du type commande,c'est-a-dire qu'il n'est actif quelorsque son entrée (6) est soumiseun etat haut ».Pendant ces tres breves durees de

ri" 325 mrvvv.electroniquepratique.corn ELEC RONIQUE PRATIQUE

Domotique

Diode infrarouge Mini-ventilateur

CTN(controle

temperature)

R (Ke)

Rnominale

Obscurcissementprovoque par

la fumee

22.5 ° t ("C)

- ",,L-.7175.7.7

mom* Circulation air

fCanalferme

Photodiode

1

100 ps oif cette condition est respec-tee, on releve sur la sortie (3) des cre-neaux de forme carree, caracterisespar une periode dont la valeur se cal-cule en appliquant la relation :

T= 2,2 x R14 x C8Dans le cas present, Ia periode ainsiobtenue est de I'ordre de 20 ps. Celarevient a dire que lors des phasesactives de remission, on enregistrecinq impulsions caracterisees parune frequence porteuse de 50 kHz.

Emission infrarougeGrace a I'ajustable A1, it est possiblede prelever une fraction plus oumoins importante de ('amplitude desimpulsions delivrees par la sortie (3)de la porte NAND (I) de 101.Ce potentiel est ensuite dirige sur labase du transistor T1 monte en col-lecteur commun, c'est-e-dire en sui-veur de potentiel.Rappelons que ce type de montagerealise un important gain en courant,tout en presentant au niveau de sonemetteur le potentiel de base diminuede la tension de jonction de I'ordre de0,6 V. Par rintermediaire de la resis-tance de limitation R25, ce potentielalimente la diode infrarouge sousforme de courants impulsionnels fresintenses dont les valeurs de pointepeuvent atteindre 200 mA a 500 mA,suivant la position angulaire du cur-seur de A1. Afin de ne pas creer des

chutes de tension ponctuelles auniveau de ('alimentation du montage,Ia capacite C12, de par sa chargeperiodique a travers R34, accumulerenergie necessaire lors des tempsmots pour la restituer pendant lesphases actives du rayonnement.

Premiere amplificationdu rayonnement regupar la photodiodeLes impulsions infrarouges sontrecueillies au point commun de lachaine formee par la photodiode PHDet R26. Elles sont transmises a ren-tree inverseuse d'un ampli-op de IC3(qui en contient deux) par rinterme-diaire de R36 et C9. La sortie (7) pre-sente un niveau constant de repos de4,5 V, valeur imposee par le pont divi-seur R15 et R16.Les impulsions apparaissent alors surcette sortie sous la forme de petitsdecrochements negatifs par rapportau potentiel constant de 4,5 V. Cesimpulsions sont, bien evidemment, lereflet de Ia configuration donnee parIa diode emettrice, a savoir quelquescreneaux caracterises par une periodede 20 ps, *Dares par des repos deI'ordre de 1 ms (figure 3). Elles ontune amplitude relativement faible, deI'ordre du dixierne de volt. Le coeffi-cient d'amplification depend de laposition du curseur de I'ajustable A3et se determine par le rapport A3/R36.

Mise en forme du signalLes signaux sont ensuite transmis surla base du transistor PNP/T5, monteen emetteur commun. La polarisationde ce dernier est telle qu'a son etatde repos, son collecteur presente unpotentiel nul. En revanche, Ia recep-tion des impulsions negatives issuesde l'ampli-op par rintermediaire deC10 a pour consequence ('apparitiond'impulsions positives sur le collec-teur de T5.Etant donne rintegration apporteepar C15, la composante de 20 ps adisparu. II reste donc une suite d'im-pulsions d'une duree d'environ 100 psseparees par des pauses de 1 ms.

Calibrage du signalLe second ampli-op de IC3 est monteen comparateur. L'entree inverseuseest soumise en permanence a unpotentiel fixe de 4,5 V, grace au pontdiviseur R17/R18. Dans ces condi-tions, deux cas peuvent se presenter :- les cretes des impulsions positivesdelivrees par le collecteur de T5 secaracterisent par une valeur inferieurea 4,5 V : la sortie (1) du comparateurpresente un etat « bas » permanent.- les memes cretes depassent labarre des 4,5 V : Ia sortie presentealors des etats . haut » de duree tresbreve et d'une periodicite de 1 ms.En fait, c'est le *lege du curseur deI'ajustable A3 qui est determinant.Comme nous le verrons ulterieure-ment, ce *lege doit etre tel que cesetats haut » se produisent, maisqu'un obscurcissement, meme lager,de I'espace compris entre la diodeinfrarouge et la photodiode, ait pourconsequence immediate la dispari-tion de ces etats . haut ».

Integration du signalLes portes NOR (III)et (IV) de IC4,avec R10 et R19, constituent un trig-ger de Schmitt. Ce dernier delivre sursa sortie des etats . haut » et « bas »nettement marques, avec des frontsmontants et descendants bien verti-caux, grace a la reaction positiveintroduite par R10 lors des bascule-ments.Ces brefs etats « haut » sont ensuiteachemines sur l'entrée d'une basculemonostable formee par les portesNOR (I) et (II) de IC4. Pour cheque

n' 32S wwvv.eleLtroniquepratIque.corn ELECT [-UNIQUE PRATIQUE

TransfoO

220 V2x 6V2,5 V

A

11PH

D

BP

W41C

9

R361 nF

111

1(0II

R26

220 kit

717

+20 V

E

Pont

Reg

7809

+9 V

R34/220 L2

= C

l2200 iF

25 V

M

C2

100 pF

+9 V

R1

1 kit

0.1C4pF

Llverte

T

R5

1 MO

R7

100 kt2

I1N4148

D1

R13

10

IC1

CD

4011

10.6

C7

10 nrr

R8100 kit

R14

C8

1 nF10 1(0

Al

4,7 kit

R15

10 kt2

A3

470 kitR

274.7 kit

e+

R16

10 kit

C10

II1 nF

R9

100 kit

R29

330 0

15BC

557C15

4.7 nF

T T

TR

3033 Id/

R17

10 kit

e+1/2 1C

3LM

358

R18

10 kit

R10

100 Id/

IC4

CD

4001

R31

12 1(0

R25

10 0

DIR

LD271

T1

BC

547

C12

2,2 pF

A2

10 kit

R11

100 kt2C

132,2 trF

1/2 IC5

CD

4001

C5

T9,1 N

F

R22

10 kit

A4

100 kit

LM741

CT

N- 10 kit

1/2 C2

12D8C

D4011

11

139

10 1312

810

II

9

L4R

23R

4rouge

10 425

1 1(0fikE6

3/4 106C

D4001

TC

R32

470 0

RE

L

__T

4B

C547

R35

10 1(0

D61N

4004

Buzzer

R24

10 kS2

13B

C547

1/2 IC2

CD

4011

1

R12

1001(0

ITC14

2.2 pF

R6

1 MO

C3

TO

O pF

D4

1N414

C11

R21

11 nF

10 1(0

oB

P 011

D3

1N4148

TC

D4001

1/4106

051N

4148

R3

1 kit

2R

2010 kit

9777!

L3

rouge

Domotique

10

IC1

DIR

111IC3

ColT5

10

IC4

IC4

8 9

IC5

=1IC5

1 ms-3.1-14- 100 ps

20 ps

0111

1111k

MM

4.5 V

0,8 ms

4,5V

9v

3

front montant present& elle delivresur sa sortie un (tat « haut » de dureefixe, determinee par Ia relation :

T= 0,7 x R31 x C6Dans le cas present, cette derniereest de l'ordre de 0,8 ms.Enfin, le dispositif integrateur D2,R28, R11 et C13 prend en comptecette succession d'etats « haut »

pour presenter en definitive, sur les

entrées reunies de la porte NOR (III)de IC5, un (tat pseudo « haut ».En effet, lors des (Rats « haut » deli-vres par la bascule monostable, lacapacite C13 se charge rapidementtravers D2 et R28. Elle se dechargelors des (tats « bas », mais a une allu-re plus moderee, etant donnee lavaleur plus grande de R11, si bienque les entrées de la porte NOR (III)

restent soumises a un (tat « haut ».La sortie de la porte (IV) de IC5 pre-sente alors un (tat . haut » qui est al'origine de l'allumage de la led jauneL2, signalisant ainsi le fonctionne-ment correct de la transmission infra -rouge.

Detection de Ia fumeeEn situation normale, la sortie de laporte NOR (III) presente un (tat

bas >>.

En cas d'obscurcissement du conduitpar de la fumee, la detection infrarou-ge cesse. La led jaune L2 s'eteint etIa sortie de la porte NOR (III) passe al'etat « haut ». Plus exactement, lefront montant qui en resulte est prisen compte par le dispositif derivateurC5, R20 et D3. Au niveau de la catho-de de D3, on observe une breveimpulsion positive.Les portes NOR (I) et (II) de IC5 consti-tuent une bascule R/S (Reset/Set)dont it n'est peut etre pas inutile derappeler le fonctionnement.Toute impulsion positive, meme tresbreve, sur Fent& (1) a pour conse-quence le passage a un (tat « haut »permanent de la sortie (4) de la bas-cule.De meme, toute impulsion positivesur ('entree (6) remet la bascule sur saposition de repos. La sortie repassel'etat « bas ».A la mise sous tension du montage, lacapacite C3 se charge a travers R23.II en decoule ('apparition d'une breveimpulsion positive au niveau de ['ar-mature negative de C3 et donc de('entree (6) de la bascule.Ce phenomene s'accompagne ainside ['initialisation de Ia bascule, asavoir la presentation d'un (tat. bas » sur sa sortie.A noter que l'appui sur le bouton-poussoir BP produit le meme resultat.

Mais revenons a la detection d'unefumee.L'impulsion positive disponible sur lacathode de D3 arme la bascule. Lasortie de cette derniere passe alorsl'etat « hautII en est de meme en ce qui concerneIa sortie de la porte NOR (I) de IC6. Laled rouge L3 s'allume et signalise, parla meme occasion, la mise en alarmedu systerne, suite a une detection defumee.

re 325 vvvvvv.electroniquepratique.corn ELECTRONIQUE PRATIQUE

Entree du canal d'aspiration avec presence desdetecteurs : une diode infrarouge pour la fumeeet une CTN pour la temperature

Detectiond'une temperature anormaleA ('entree du canal d'aspiration, setrouve disposee une CTN. II s'agitd'une resistance a coefficient de tem-perature negatif : sa resistance dimi-nue lorsque la temperature augmenteet inversement.L'entree non inverseuse de l'ampli-opIC7 est soumise a un potentiel fixeimpose par Ia position angulaire ducurseur de l'ajustable A4.Lent& inverseuse est en relationavec le point de jonction R22/CTN.Tant que Ia temperature reste infe-rieure a une valeur de reglage don -née, le potentiel auquel est soumisel'entrée inverseuse est superieurcelui qui caracterise l'entrée noninverseuse. ll en resulte un etat

bas » sur la sortie (6) de I'ampli-op,a la tension de dechet ores, c'est-e-dire environ 1,8 V.En revanche, lorsque la temperaturede ('air ambiant en contact avec laCTN augmente, la resistance ohmiquede la CTN diminue. II en est de memeen ce qui concerne le potentiel pre-sente sur l'entrée inverseuse.A partir d'une limite donnee, la situa-tion comparative des potentiels surles entrées de I'ampli-op, s'inverse. IIs'en suit la presentation d'un etat

haut » sur Ia sortie de l'ampli-op.Le trigger forme par les portes NAND(III) et (IV) de IC2 presente alors sur sasortie un etat « haut » nettementcaracterise, aussitot transmis a ('en-tree d'une seconde bascule R/Sconstituee des portes NOR (Ill) et (IV)

Ventilateur monte en aspirateur Derriere Id, on peut observerles deux pattes de la photodiode PHD

de IC6. La sortie de la bascule passea un etat . haut » stable et, commec'etait déjà le cas pour Ia basculed'enregistrement de la detection defumee, la sortie de Ia porte NOR (II)de IC6 passe egalement a l'etat

haut », d'oCi l'allumage de la ledrouge L4, signalisant ainsi le declen-chement d'une alarme ayant pourcause une elevation de la temperature.Comme pour le cas precedent, cetenregistrement peut etre efface enappuyant sur le bouton-poussoir BP.

Emissiond'un signal sonore d'alerteQuelle que soit I'origine de la detec-tion, un etat « haut » apparait sur lescathodes reunies des diodes D4/D5.L'oscillateur forme par les portesNAND (I) et (II) de IC2, qui presente unetat « bas » sur sa sortie a l'etat derepos, devient alors actif.On releve sur sa sortie des creneauxde forme carree d'une periode del'ordre de 0,5 s.Lors des etats . haut », le transistorT3 se sature en alimentant le buzzermonte dans son circuit collecteur.Ce dernier emet alors un son discon-tinu.A noter que le buzzer peut etre neu-tralise en ouvrant l'interrupteur « I ».

Fermeturedu relais d'utilisationLe meme etat « haut » disponible surles cathodes de D4 et D5 sature ega-lement le transistor T4. II comportedans son circuit collecteur la bobine

du relais d'utilisation. S'agissant d'unrelais prevu pour fonctionner sousune tension nominale de 12 V, it estaliments par le potentiel present sur('armature positive de C1, c'est-e-dire environ 18 V a 20 V.C'est Ia raison pour laquelle il a etenecessaire d'inserer R32 dans le cir-cuit afin de produire la chute de ten-sion adaptee.L'allumage de la led jaune L5 signali-se la fermeture du relais. La diode D6protege T4 des effets lies a Ia surten-sion de self qui se manifestent lorsdes coupures de ['alimentation de labobine.Les contacts C/R/T (Commun/Repos/Travail) peuvent etre utilises pourcommander d'autres servitudes : allu-mage de points lumineux, mise enaction d'une sirene, voire enclenche-ment d'extincteurs.

Alimentationdu moteur de ventilationLe ventilateur utilise est prevu pourfonctionner sous 12 V. Mais comptetenu de son utilisation dans la pre-sente application, it n'est pas neces-saire de le faire tourner a sa vitessemaximale.Grace au curseur de I'ajustable A2, itest possible de presenter a Ia basedu transistor T2 une tension reglablede 0 a 9 V.Etant donne que T2 est monte en sui-veur de tension, on recueille sur sonemetteur cette meme tension dimi-nude de 0,6 V, en raison du potentielde jonction base/emetteur.

n° 325 vkiww.electroniquepratique.com ELECTRONIQUE PRAT1QUE

Realisation

Circuit imprimeLe circuit imprime est prevu pour ser-ver egalement de support au tunneld'aspiration. C'est la raison pour laquel-le son dimensionnement est plus impor-tant (figure 4). II regoit aussi le buzzerde puissance. Pour le reste, it n'ap-pelle aucune remarque particuliere.Toutes les pastilles sent a percer au

depart avec un foret de 0,8 mm dediametre. Certains trous seront ensui-te a agrandir a 1, voire 1,3 mm, pourles composants les plus volumineux.

Implantation des composantsApres la mise en place des straps, onimplantera d'abord les diodes et lesresistances, puis on passera auxsupports des circuits integres, auxleds et aux capacites. On terminera

I implantation par les composants lesplus volumineux (figure 5). II convientd'apporter un grand soin au respectde ('orientation des composantspolarises et particulierement a la

diode infrarouge et la photodiode.C'est la cathode qui est a relier au

+ » de ['alimentation et non ('inverse.Dans un premier temps, la CTN nestpas montee. Nous en reparlerons lorsdes mises au point. De merne, et tou-jours avant les reglages, les curseursdes quatre ajustables sont a placerprovisoirement dans la position mini,c'est-a-dire a fond dans le sensinverse des aiguilles d'une montre.Le buzzer utilise est un modele relati-vement sonore. II comporte un oscil-lateur integre et peut ainsi etre ali-mente directement par la tensiond'alimentation du montage.Le ventilateur est du type de ceux uti-lises pour ('aeration des alimenta-tions. II s'agit du plus petit modele.Le tunnel de passage de ['air a sim-plement ete realise avec du cartonrigide. II se caracterise par une sec-tion carree et epouse de ce fait lescontours du ventilateur.

ReglagesLes mises au point consistent essen-tiellement a agir sur les curseurs desajustables pour aboutir a un fonction-nement optimal du montage. Ajustable AlII est destine a ajuster la puissancede la diode infrarouge emettrice. Lapuissance augmente si on tourne lecurseur dans le sens horaire. La posi-tion mediane convient generalement. Ajustable A2La position angulaire du curseurdetermine la vitesse de rotation duventilateur. Cette derniere augmentesi on tourne le curseur dans le senshoraire. Une rotation de l'ordre de75 % dans le sens horaire suffit gene-ralement pour obtenir une efficaciteacceptable de ('aspiration de l'air. Ajustable A3Le bon reglage de cet ajustable estdeterminant. Pour l'effectuer, it convientde tourner tres lentement le curseurdans le sens horaire jusqu'au mo-ment 00 la led jaune L2 s'allume.Alors, on peut meme essayer derevenir tres legerement en arriere touten conservant l'allumage de la led. Le

Inc 325 www.electronlquepratique.corn ELECTRON1QUE PRAFIQUE

Domotique

NomenclatureResistances9 straps (8 horizontaux, 1 vertical)R1 a R4 : 1 kS2 (marron, noir, rouge)R5, R6 : 1 M52 (marron, noir, vert)R7 a R12 : 100 k52 (marron, noir, jaune)R13 a R24 : 10 kf,2 (marron, noir, orange)R25 : 10 52 (marron, noir, noir)R26 : 220 1(52 (rouge, rouge, jaune)R27, R28 : 4.7 k52 (jaune, violet, rouge)R29 : 330 52 (orange, orange, marron)R30 : 33 kS2 (orange, orange, orange)R31 : 12 kS2 (marron, rouge, orange)R32 : 470 52 (jaune, violet, marron)R33 : 1,8 kS2 (marron, gris, rouge)R34 : 220 0 (rouge, rouge, marron)R35 10 kQ (marron, noir, orange)R36 : 1 kS2 (marron, noir rouge)CTN : Resistance a coefficientde temperature negatif : 10 k52Al: Ajustable 4,7 k5-2A2: Ajustable 10 k52A3: Ajustable 470 k52A4: Ajustable 100 k52

SemiconducteursD1 a D5 : 1N 4148D6 : 1N 4004Ll : Led verte o 3 mmL2 : Led jaune o 3 mmL3, L4 : Led rouge o 3 mmL5 : Led jaune o 3 mmDIR : Diode infrarouge a 5 mm - LD271 - IRS 5PHD : Photodiode - BPW 41 - BP 104T1 a T4 : BC 547T5 : BC 557IC1. IC2 : CD 4011IC3 : LM 358104, IC5, IC6 : CD 4001IC7 : LM 741Pont de diodesREG : Regulateur 9 V - 7809

CondensateursC1 : 2200 pF/25 VC2, C3 : 100 pF/16 VC4, C5, C6 : 0,1 pFC7 : 10 nFC8 a C11 : 1 nFC12, C13, C14 : 2,2 pFC15 : 4,7 nF

Divers2 supports 8 broches5 supports 14 broches1 support 16 brochesMini ventilateur 12 VTransformateur 220 V/ 2 x 6 V/ 2,5 VABornier soudable 2 plotsBornier soudable 3 plotsRelais FINDER 12 V / 2 RT - Serie 3022Buzzer 9 - 12 V a oscillateur incorporeI : Interrupteur unipolaire DILBP : Bouton-poussoir a contact travail

reglage peut etre considers commecorrect lorsque le relais d'alerte seferme suite a ('introduction d'un peude fumee de cigarette, par exemple,dans le tunnel d'aspiration.

UTILISATION 220 V ALT 5

0 0 0C3 C) 33

REL75 -I

Ka NJ n3

17, R32 1

o CD, R33 I-

-I R35 I -

o.

a,

-4

(/)

0

0

REGM S I

Ill

CO

T

H R21 I -

R27R29 R16 I- -I R15 I-

-I R17 I- -4 R18 I- -I R19 I -

-4 R22 I-

0

VENTILATEUR

Ajustable A4Cet ajustable permet le reglage duseuil de la temperature considereecomme trop elevee. Un exemple detemperature limite peut etre la valeurde 35°C.Une methode simple de reglageconsiste a enfermer la CTN, preala-blement reliee au module par des fits

souples, dans un sachet plastiqueetanche, que Ion plongera dans unbain d'eau a 35°C. II suffit alors detourner le curseur de l'ajustable dansle sens horaire jusqu'a la fermeturedu relais d'alerte.Par la suite, la CTN sera implanteesa place definitive sur le module.

R. KNOERR

ra" 325 www.electronlqueproUque.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Et si on parlait tubes...

ANALYSE DES MONTAGES EPROUVESConrad Johnson

Amplificateur MV75

G 8 C C

CHANNEL 2

eOnlA(l-)ohni*on elvralmn.

CHANNEL I

1 I

GI 4q 1 C C 8 /ti

WARNING:WIRRAL,' leiwa vw,IAJts WINO/ e v

CO NOT 080801fAITH10100M NAG 0!!011 60 H

11(14.8 1[118:01.8 TO UYAll1IIO /14104/Ift

L'analyse des celebrescircuits electroniquestubes faisant partie desapplications pratiques denotre serie de cours, nousallons etudier, en deuxnumeros consecutifs, leMV75 de Conrad Johnson.Lequel constitue une belleillustration de notre coursn°26 (EP n°308) qui traitaitdes amplificateurs fonc-tionnant en ultra-lineaire.

vant de reviser ce clas-sique, un peu d'histoireest necessaire. Outre-atlantique, la marque qui

remit au gout du jour » les tubeselectroniques en audio fut Audio

Research, en 1972, avec la naissancede la celebre serie D » (D75, D76 etD79). Audio Research avait prouve, al'ere du tout transistor », que le tuben'etait pas mort, au prix it est vrai,d'un circuit extremement complexe.Pendant ce temps, quelques petitsconstructeurs britanniques et amen-mins, consideres comme under-ground », se lancerent a leur tourdans la fabrication d'electroniquestubes destinees a l'audio dont lesperformances subjectives devaientetre superieures aux electroniquessemiconducteurs de l'epoque.

Pourquoi le MV75de Conrad JohnsonNous avons choisi le MV75 pour deuxraisons.La premiere reside dans son circuitqui perdure encore de nos jours. II n'ya, en effet, que quelques differences

minimes entre un Conrad Johnson de1975 et celui fabrique aujourd'hui.C'est remarquable. cela signifie qu'ils'agissait d'un bon circuit (dont onpeut s'inspirer !). Les utilisateurs nes'y sont pas trompes puisque la

marque existe toujours et s'est impo-see dans le club (tres ferrne !) desgrands de l'electronique a tubes.La seconde raison est plus didac-tique. Nous avons etudie l'amplifica-teur classe B (Mc Intosh) et de mul-tiples amplificateurs en classe AB(voir precedents numeros). Si nouschoisissons aujourd'hui le MV75,c'est, certes, parce qu'il fonctionneen classe AB, mais surtout parce qu'ilutilise le celebre montage ultra -lineal -re invente par David Hafler et HerbertKeroe en 1951.Ce montage est tombe en desuetudeen 1975, date de la creation duMV75, bonne occasion pour nousd'effectuer une petite revision.

n' 325 wwvv.electronicp.Jepreitique.corn ELECTRONIQUE PRATIOlJE

43e partie (1)

1ba

Tetrodemontee en triode

Courbe la = f(Va)a Vg = constantedu montage triode

Ja

Montage classiqueen tetrode

2b

Courbe la = f(Va)a Vg = constante

du montage tetrode

Va

Montageultra-lineaire »

3bIa

Va

la = f(Va)en « ultra-lineaire

la

HT (Va)

Montageexperimental

4bIa

Va

Droite en e( ultra-lineaire »

Le montageultra-lineaireS'il existe un circuit qui a fait coulerdes hectolitres d'encre de la part detheoriciens plus ou moins inspires etde mathernaticiens fameux, c'estbien celui-la ! Le seul concurrent res-ponsable d'autant de « degoulinades »d'encre est, a notre connaissance, lemontage SRPP !II faut bien avouer que ('etude theo-rique du fonctionnement de ce circuit(surtout en classe AB) est particulie-rement « torturante » si on veut entrerdans les details. Mais comme touteidee geniale, le point de depart deHafler et Keroe etait d'une simpliciteenfantine. Elle etait mathematique-ment fausse, mais cela a fonctionnedu premier coup ! La fortune souritaux audacieux... A mediter...L'idee est la suivante : regardonsensemble les figures 1 a a 4 a.Nous avons reproduit les schemas dela communication originale de Hafleret Keroe en 1951 (Audio Engineering).

En figure 2a, est represente un mon-tage push-pull classique de deuxtetrodes a faisceau dirige (ici des6L6/KT66).Si on examine les courbes caracteris-tiques dune des tetrodes du monta-ge, on obtient le reseau de courbesconvexes en figure 2b, caracteris-tiques des tetrodes (generatricesd'harmoniques d'ordre impair).En figure la, on a reuni les grilles

ecran » aux plaques transformantles tetrodes en pseudo triodes.En figure ib, on observe le reseau decaracteristiques typique dune triode: courbes concaves generatricesd'harmoniques pairs.C'est d'ailleurs pour cette raison queIon prefere les triodes aux tetrodesen hi-fi, le montage push-pull annu-lant (en theorie) cette distorsion, si lestubes sont parfaits, si le transforma-teur est parfait et si le circuit est par-fait (ce qui est malheureusement rare-ment le cas !).Le raisonnement elementaire deHafler et Keroe fut le suivant : puis-

qu'en deplacant la prise « ecran » auxdeux positions extremes, on obtientdes caracteristiques a courbureinverse, it doit exister un point inter-mediaire de la prise « ecran » sur letransformateur de sortie qui peut lais-ser esperer des courbes super »droites (ultra-lineaires) ! Vous pouvez('observer en figures 3a et 3b.Apres avoir fabrique un transforma-teur d'essais (figure 4a), les deuxcomperes fabriquerent un transfor-mateur a prises medianes... Et cela afonctionne ! Ils prirent rapidement unbrevet et fonderent en 1951 la socie-teGrace a leur montage, ils avaient creeun nouveau tube, une sorte de supertriode, possedant tous les avantagesde la tetrode, en particulier une gran -de sensibilite d'entree (ce qui soulagel'etage driver).Surtout, ils constaterent, qu'endeplacant la prise « ecran » le long del'enroulement du transformateur, plu-sieurs phenomenes se produisaient : L'impedance interne du montage

re 325 vomv.electroniquepratique.com ELECTRONIC -DUE PRATIOLIF 49

30 -

1 %

40 % - 80 0 - 20 W - 0,8

30 % - 60 S2- 15- 0,6

20 - 20 % - 40 S2 - 10 - 0.4

10- 10%-200- 5- 0.2

0- 0- 0- 0 -

5

0.2 0.4 0.6 0,8

0

Rapport entre ['impedance ecran a ecran et ['impedance plaque a plaque

--r-I Impedance interne

0,2

20 %

0,440 %

6L6GC Classe Aultralineaire

Distorsionniv

0,6

faible

60%0,8

80%

01-

%

Courbes de puissance, distorsion, resistance interne. Push-pull classe A, 6L6GC ultra-lineaire prises « ecran »a 20 % (d'apres Haller et Keroe)

chutait brutalement et se maintenaitune valeur voisine de celle de la triode. La puissance de sortie maximumsans distorsion, c'est-à-dire avantecretage, augmentait doucement,puis redescendait environ au tiers dece que l'on peut obtenir en montagetetrode. La distorsion d'intermodulationfaible niveau chutait brutalement,puis restait constante a une valeurmoitie de celle du montage tetrode. A pleine puissance, cette memedistorsion d'intermodulation dimi-nuait legerement, passait par un mini-mum pour une position de la prise

ecran »sur le transformateur a envi-ron 20 % de Ia valeur de l'enroule-ment (figure 5), puis croissait brus-quement jusqu'a atteindre les valeurselevees qui caracterisent les triodes(voila pourquoi vous verrez rarementdes mesures de distorsion d'intermo-dulation publiees pour les amplifica-

teurs a triodes... c'est anti -commer-cial !).Hafler et Keroe procederent a unemultitude d'essais avec differentestetrodes (6V6, 6L6/KT66, 6550/KT88,807, etc.) et arriverent, en classe tc A »,toujours au meme resultat : la priseecran dolt se trouver a environ 20 %de l'enroulement du transformateurde sortie par rapport a la haute ten-sion pour un fonctionnement push-pull classe (c A » (figure 6).En classe « AB », la position moyen-ne de la prise « standard » se situeenviron a 43 % du point milieu dutransformateur. La figure 6 (reprise de['article original pour 2/6L6 en push-pull classe A) resume les conclusionsenoncees plus haut.II est spectaculaire de constater que['impedance interne du montagechute vers des valeurs tres faibles(0,5 52), ce qui assure un parfait amor-tissement du haut-parleur.

Tetrodes en pentodes ?

Ouvrons ici une parenthese : le mon-tage ultra-lineaire a ete concu pourdes tetrodes a faisceau dirige et uni-quement pour elles. En effet,comme vous le savez (lire cours pre-cedents), contrairement a une pento-de, la tetrode a faisceau dirigeconsomme un courant d'ecran tresfaible (2 mA a 10 mA), voire quasi nulsi elle est bien construite ! Cette bou-gresse est cependant tres difficile abien fabriquer !La grille « ecran » dolt se situer rigou-reusement a la distance critique etdoit etre bobinee au meme pas que lagrille de « commande ».Comme ('ecran est place tres pros dela grille de « commande », elle doitavoir ses spires rigoureusement all-gnees sur cette derniere afin de necapter que tres peu d'electrons.Ce type de tube, cree en 1936 avec Ia

re° 325 www.electrontquepratique.corn ELECIRONIQUE PRATIQUE

6L6 et derive depuis d'apres le memegabarit en 6550/KT88, 807, etc., pre-sente tous les avantages de Ia pento-de (grande sensibilite), sans en avoirles inconvenients en audio, surtouten terme de distorsion harmonique(harmoniques pairs dominants commepour la triode).Mais attention au tube qui est malconstruit (c'est malheureusementsouvent le cas aujourd'hui avec lesnombreux tubes affubles de marquesronflantes et fabriques a la va-vite, onne sait trop ou !) ou qui a mal vieilli.Dans ce cas, les spires de ('ecran nesont plus dans l'axe des spires de Iagrille de « commande avec pourconsequences un fort courantd'ecran et un taux d'harmoniquesimpairs qui grimpe comme unefleche.II arrive meme parfois que, dans untube mal construit, les spires de('ecran portees a haute tension vien-nent au contact de la grille de « com-mande » en se dilatant avec la tem-perature... Bonjour les degats !Certaines marques de tubes sont deveritables tueuses d'amplificateurs.Aussi, ne les achetez pas n'importe00. Faites confiance au constructeurde votre appareil qui, lui, a tout inte-rat a vous les fournir en parfait etat defonctionnement.L'ultra-lineaire peut etre utilise avecdes pentodes (EL34), la prise

ecran » sur le transformateur sesitue entre 30 % et 40 %, selon Iaclasse de fonctionnement (A ou AB).Conrad Johnson utilise souvent desEL34 sur ses amplificateurs avec desresultats plus que positifs.

Le transformateurultra-linealreLa marque de transformateurs Acro-sound creee en 1951 par Hafler etKeroe devint célèbre dans le mondeentier. Ils sont encore fres recherchesaujourd'hui.Si vous en trouvez un qui traine surun amplificateur, empressez-vous dele recuperer et fabriquez-vous unultra-lineaire en vous inspirant desschernas « Dynac autre firme creeepar David Hafler apres son divorced'avec Keroe.On a fait peu de progres aujourd'hui,

fabriquer un bon transformateurultra-lineaire demeure un vrai casse-tete !De nombreuses firmes et non desmoindres se sont casse les dents surce principe apparemment simple,mais qui, en realite, est bougrementcomplique.II faut bien le dire, ('explication sim-pliste qui est a l'origine de la decou-verte, si elle est physiquement exac-te, est mathematiquement archi-faus-se ! D'ou les centaines d'articlespublies par la suite. Ce qui, entrenous soit dit, devait bien faire rireHafler et Keroe qui avaient peut-etre(on ne le saura jamais) tout compris !Quelle importance ?Pour resumer, it faut comprendre quele - basculement ultra-lineaire » de lacaracteristique de Ia tetrode a cellede la triode n'est pas uniquement dGa une contre-reaction sur la grille

ecran » du tube, comme on lecroyait au depart, mais a une combi-naison complexe reaction/contre-reaction dependant d'une masse defacteurs eminemment variables !

Cette reaction/contre-reaction est, eneffet, prelevee aux bornes d'uneinductance, elle-meme parcourue parune composante qui est une resul-tante de l'effet meme de cette reac-tion complexe (c'est le chien qui semord la queue...).De quoi s'arracher les cheveux !Plus grave encore, si la composantede reaction prend le dessus (transfor-mateur mal « fagotte »), vous aurezcree un parfait oscillateur. Et pourcouronner le tout par le couplageentre les deux demi-primaires dutransformateur, vous aurez de toutefacon une reaction sur la grille oppo-see de la deuxierne branche du push-pull... re -oscillation ! Je pense quevous comprenez maintenant pour-quoi les mathematiciens se sont frot-te les mains et casse le nez...

L'entree en oscillation a haute fre-quence de ce circuit est la terreur desconcepteurs d'amplificateurs ultra-lineaires et celle des fabricants detransformateurs. Mais le principedonne des resultats tellement extra-ordinaires lorsqu'il est bien maitriseque William Conrad et Lewis Johnsondeciderent, en 1975, de le reactuali-ser, parce que des solutions existent.

Montage ultra-lineaire de deux6L6GC/KT66 en classe A avec la

valeur optimale des impedances decharges, transformateur 6600 S2,

prises « ecran )0 A 20 %, soit 1320 SI(d'apres ('original de Hafler et Keroe)

Les solutions Tout d'abord, le transformateur.II faut que les deux demi-primairessoient couples de Ia facon Ia plus

lache » possible, sans toutefoisnuire au principe du push-pull afind'eviter l'effet de reaction d'un ecransur l'autre... Plus facile a dire qu'afaire ! Ensuite, le circuit.II devra etre etudie afin que, par le jeud'une ou plusieurs lignes de contre-

de phase introduites a dessein dansle circuit, on puisse compenser laphase de la reaction/contre-reactionappliquee sur les ecrans par la priseintermediaire du transformateur desortie (realisable uniquement partatonnements et experimentations,ce qui demande une certaine dose depatience...).Apres avoir triomphe de cesepreuves, qu'obtient-on ? Un resul-tat incroyable !Lorsqu'on regarde le schema d'unamplificateur ultra-lineaire, on esttoujours surpris par ('extreme sim-plicite apparente du circuit. Commeit a tits peu de composants, ce sontdes amplificateurs d'une robustesseet d'une fiabilite a toute epreuve. Lapiece maitresse est Ie transformateurde sortie. Lequel, bien entendu,cache jalousement ses secrets defabrication.Dans notre prochain numero, nousetudierons dans le detail le circuit duMV75 dont la simplicite apparentecache de nombreuses astuces.

A bientotR. Bassi

n° 325 www.electroniquepratIque.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

Les filtres en audioLes lignes qui vont suivreeclaireront quelquesfacettes cachees desfiltres utilises en audio.Si la combinaison defiltres mal elabores peuts'averer nefaste a lalinearite en amplitude,elle peut se reveler catas-trophique quant aux rota-tions de phase et ruinerala restitution spatiale de('installation audio.

i le concept d'amplitudeou de volume est bienapprehend& par tous,celui de phase l'est beau -

coup moins. La phase est indisso-ciable de la longueur d'onde et dusupport de diffusion qu'est ('air.C'est la phase qui permet a tout etrede localiser la source d'un bruit etpartant, de choisir Ia direction pours'y rendre ... ou pour fuir en directionopposee. C'est ce que Ia stereopho-.nie a tente de reproduire en dispo-sant deux enceintes judicieusementespacees. Encore faut-il que chaquecanal reproduise le signal sans endistordre la phase originelle et cela secomplique encore lorsque, danschaque enceinte, on dispose dedeux, trois, voire quatre canaux dediffusion.

Amplitude et phaseConsiderons un signal periodique :

vi = Vi sin wtApres passage dans un filtre, it subitune rotation de phase. Ce memesignal devient alors :

vo = Vo sin (wt + (p)avec w = 2.3t.fet 4) = dephasage (avance ou retard)Cette meme relation peut s'ecrire :

vo = Vo sin w (t + cl)/w)et vo Vo sin w (t + r)

avec T = 4/wOn voit que « T » est de meme nature

que « t » et s'exprime donc en unitede temps.

» est appele le Temps dePropagation de Groupe » (TPG) ou« Group delay » (en anglais) et s'ex-prime en millisecondes dans le

domaine audio.Or, ce TPG depend du type de filtre,mais est aussi fonction de Ia frequen-ce, ce qui signifie qu'a differentes fro-quences le TPG n'est pas le meme !Le signal musical resulte de la combi-naison d'une multitude de frequencesenvoyees simultanement. II en res-sort que les differentes composantesde ce signal vont « sortir » dissocieesde ce filtre. Ce phenomene engendreune distorsion spatiale. Or tout filtre,a ('exception des Bessel et des filtresdu premier ordre, presente Ia facheu-se tendance a affecter le signal tern-porellement, ceci d'autant plus quel'ordre du filtre est eleve.En pratique, cela se traduit par desrotations de phase, previsibles maisparasites, qui brouillent la restitutionspatiale.En conclusion, vous comprendrezrapidement que des qu'il y a filtre, lalinearite en amplitude est incompa-tible avec le TPG, donc Ia reponseaux transitoires.La figure 1 illustre bien le phenomene.II s'agit de la re-combinaison desdeux voles d'une enceinte equipeed'un filtre attaque par un signal carre.Dans la conception de toutes les

enceintes, la linearite en amplitudeprendra toujours le pas sur Ia lineari-te de Ia phase. C'est la que reside('explication de I'excellente imagestereophonique que restituent les

enceintes equipees d'un unique haut-parleur a large bande.Toutefois, it nous faut un peu relativi-ser ['impact de cette distorsion,l'oreille humaine y est peu sensiblepour autant que les valeurs restentsous une limite.Le tableau en figure 2 reprendquelques valeurs communementadmises... et aujourd'hui contestees IElles ont etc') publiees, en 1978, parJ. Blauert and P. Laws dans ('article

Group Delay Distortions in Electro-acoustical Systems », du Journal ofthe Acoustical Society of America.Les processeurs numeriques de fil-trage permettent d'eliminer ce TPGen le rendant constant pour toutes lesfrequences.

n* 325 www.electroniquepratique. cam LLLC T [-UNIQUE 1'14A IQUF

FrequenceSeuil dedetection

500 Hz 3,2 ms1 KHz 2 ms2 KHz 1 ms4 KHz 1,5 ms8 KHz 2 ms

3

Ordre 1 2 3 4 5 6

ButterworthLPF

AmplitudePhase

0,707-45°

0,707+45°

0,707-90°

op; ,0._ , tiu, ,

0,707+90°

0,707-135°

0,707+135°

0,707-180°

Phase0,707+180°

0,707+45°

0,707-45°

0,707+90°

Oepo;..tic .11

0,707-90°

E AmplitudePhase

HPFAmplitudePhase

Linkwitz-RIleyLPF

AmplitudePhase

E AmplitudePhase

HPFAmplitudePhase

Les filtres en audioBien que le filtre de Bessel n'alterepas le TPG, son amplitude decroitlentement tout au long de la bandeactive, ce qui le rend impropre au fil-trage audio.Les deux filtres incontournables enreproduction de haute fidelite ont etemis au point l'un par l'ingenieuranglais Stephen Butterworth et publiedans Ia revue Wireless Engineer en1930, l'autre par Siegfried Linkwitz etRuss Riley et publie en 1976 sous letitre « Butterworth Squarred FilterCes derniers, comme leur titre l'in-dique, ont revolutionne, sur base duprecedent, la technique des « filtres .a plusieurs voles.Depuis 1983, seul le Linkwitz-Riley(LR) est utilise dans les enceintesmodernes.Le tableau en figure 3 met en lumie-re ('impact des deux types de filtresen fonction de leur ordre.Les lignes « E » traitent de ('amplitudeet de la phase a Ia frequence de croi-sement des deux filtres.L'amplitude du filtre Butterworth a lafrequence de coupure (Fc) chute de3 dB (ou 0,707).Au croisement des filtres passe -baset passe-haut, les amplitudes s'addi-tionnent (0,707 + 0,707 = 1,41), ce quicree une bosse de + 3 dB (figure 4).C'est le cas de l'ordre 4 et des ordres2 et 6, apres inversion d'une desdeux voles.Dans le cas des ordres impairs,comme it y a quadrature de phase(-45° et +45°) entre les deux voles,('amplitude au croisement est attenueed'un facteur 0,707 pour chaque vole.Ceci donne une amplitude sommeede 0,707 x 0,707 + 0,707 x 0,707 = 1.II faut noter que le filtre du premier

-

-

0,5-90°

-

-

0,5-180°

-

-

0,5+90°

- 1 ( ) 1 I I.)Opposilloo - Phase - Opposition

- 0,5 - 0,5 - 0,5+90° +180° -90°

(°) Apres inversion dune des deux voles

ordre a encore la faveur de nombreuxaudiophiles. En effet, le TPG n'etantpas affects, Ia restitution des transi-toires est excellente (figure 5).La figure 6 presente le comporte-ment aux transitoires de ce filtre dupremier ordre, du haut vers le bas : lesignal carre d'excitation, la sortiepasse-haut, la sortie passe -bas et lesignal recombine. On remarque quele signal recombine restitue integrale-ment le signal d'excitation. Toutefois,Ia faible pente de 6 dB par octavepeut engendrer d'autres conflits entreles tweeters qui descendent trop baset les boomers qui montent trop haut...Avant que Linkwitz et Riley ne met -tent au point leur filtre, les enceintesutilisaient le Butterworth d'ordre 2 enmettant en oeuvre une self a air et unecapacite. La bosse de 3 dB a la fre-quence de croisement se retrouvaitdans la courbe globale dont la linea-rite en amplitude etait rarement infe-rieure a une fourchette de 6 dB !Toutefois, les constructeurs moder-nes produisent des enceintes forte-ment amorties d'un rendement sou -vent inferieur a 80 dB/1W/1m dont Ia

linearite en amplitude est ecrasee pouratteindre une fourchette inferieure a3 dB. La bosse de 3 dB du Butter-worth est devenue inacceptable.Linkwitz et Riley ont constate qu'entransitant par deux filtres Butterworth

5 6

re 325 www.electronIquepratIque.com ELECTRONIQUE PRATIQUE

7

de merne frequence de coupure, Iachute d'amplitude a Ia frequence decoupure n'est plus de 3 dB (0,707),mais de 6 dB (0,5), ce qui a pourresultat qu'a la re-combinaison desdeux voles ('amplitude sommee estunitaire (0,5+0,5), comme le montre Iafigure 7.Comme Ia phase entre les deuxcanaux est en concordance ou oppo-sition (a inverser), on comprenddirectement I'avantage que les fabri-cants ont pu tirer de ce type de filtre.Le LR2 est universellement utilisedans les filtres des enceintes et leLR4 dans les filtres actifs destines a('amplification par voles multiples.Un autre point souvent elude concerne('opposition de phase dans les filtresd'ordres 2 et 6, comme montre dansle tableau en figure 3.Si on considere les schemas desfabricants d'enceintes, on constateque le tweeter est - souvent - cable

8

en inverse, ce qui restitue Ia concor-dance de phase au croisement.Le probleme est identique pour ('am-plification a deux canaux. Toutefois, it

faudra considerer ('ensemble de lachaine et verifier si un des deuxamplis n'inverse pas le signal. En casd'opposition de phase, le resultat serevelera... desastreux (figure 8).Notons egalement qu'a 1000 Hz, lalongueur d'onde est de 34 cm etqu'au long de ces 34 cm, it y a unerotation de phase de... 360° !La position du transducteur aigu parrapport au plan du medium -grave aaussi son importance dans la restitu-tion spatiale, de meme que la hauteurde ('enceinte par rapport a l'auditeur.La mise au point de ('installation estgrandement facilitee si la frequencede croisement est basse : a 200 Hz, lalongueur d'onde mesure 1,72 m. Vousl'avez compris, c'est le concept ducanal unique de restitution des graves.

Filtre passe -bas en configuration "SaIlen-Key"

Ra Rb

10

Notre etude

Pour faire simple, nous en resterons['etude des filtres analogiques a deuxvoles : grave par filtrage passe -bas etmedium-aigu par filtrage passe-haut.Le concept, qu'il soit etudie pour un

filtrage » classique d'enceinte oupour la separation de deux voles envue d'une biamplification, est iden-tique.II existe sur la toile nombre de sitesproposant le calcul des differentstypes de filtres passifs et de filtresactifs qui font tous appel aux AOPdans la configuration « Sallen-Key .ou « Rauch » .Desireux de ne pas rester unique-ment sur un plan theorique, nousvous presentons le projet d'un filtreactif de type Linkwitz-Riley d'ordre 4

re 325 www.plectroniquepratique.corn ELECTRONIOIJE PRATIOLJF

N10000

8

10000

ce qui restitue la concor-ihase au croisement.

le est identique pour Pam-

deux canaux. Toutefois, it

isiderer ('ensemble de Iaverifier si un des deuxterse pas le signal. En casn de phase, le resultat sedesastreux (figure 8).

element qu'a 1000 Hz, Ial'onde est de 34 cm etde ces 34 cm, it y a unephase de... 360° !

du transducteur aigu parplan du medium -grave ariportance dans la restitu-e, de meme que la hauteurto par rapport a l'auditeur.I point de ('installation estt facilitee si la frequenceent est basse : a 200 Hz, la

onde mesure 1,72 m. Vous

pris, c'est le concept due de restitution des graves.

Canalgaud*

1Vac0-PI

r 11

47K 0,1gLog

'OK

=50V

47K1W

1K

Filtre passe -bas en configuration "Sallen-Key"

Ra Rb

10

Notre etude

Pour faire simple, nous en resterons('etude des filtres analogiques a deuxvoies : grave par filtrage passe -bas et

medium-aigu par filtrage passe-haut.Le concept, qu'il soit etudie pour un

filtrage » classique d'enceinte oupour la separation de deux voles envue d'une biamplification, est iden-tique.

II existe sur Ia toile nombre de sitesproposant le calcul des differentstypes de filtres passifs et de filtresactifs qui font tous appel aux AOPdans la configuration « Sallen-Keyou « Rauch » .

Desireux de ne pas rester unique-ment sur un plan theorique, nousvous presentons le projet d'un filtreactif de type Linkwitz-Riley d'ordre 4

485Vdc6Vac

0,10F

100y

ur10µF100y

10K2W

TR1Nuvotem70015K

Direct I Inverse

111.41111

470K

R60 Ft61 me 7(1;

470KC7

1100°g:

Cx

Rx

C I I

10µFT0,1pF100V 10V

Rx

C62

Cx

Rx

Rx

pour amplification a deux voles.II donne la possibilite d'inverser unevole et peut etre adapts pourdiverses frequences de croisement.L'amplitude est reglable par unpotentiornetre unique, la sortie abasse impedance est exempte detout bruit. Les deux canaux gravespeuvent etre mis en commun afin depiloter un unique caisson de graves.Dans ce cas, la frequence de coupu-re sera placee assez basse. Cetterealisation a tubes peut aisement etretransposee en semiconducteurs.

Le schema Le preamplificateurLe schema est en figure 9. Le signalest d'abord mis « a niveau » par unpotentiometre de 47 kQ. II est ensui-te route vers un amplificateur de gain

22K

I22K2W

.83Vdc

22K2W

V3

8022

'I

de 32 dB. L'anode de la prede est couplee directemenide la deuxieme et la sortiede suiveuse pilote a bassece le transformateur de sepLe signal issu d'un des seest reinjects a la cathodemiere triode afin de fixer15 dB. Le merne signal est Ile filtre passe-haut.

L'autre secondaire pilotepasse -bas et afin de corphase en fin de chaine at_avons prevu la possibilitela phase du canal grave.

Le transformateur toriqueque par Talema et porte la70015K. II est disponible cfspares (voir fin d'article) ereference 223-9109. La bEsante de ce preampli s'

.A.11: PRA! IQUL re° 325 www.

.85VW6Vae

7R1Nuvotom70015K

11

0.1pF100y

n

10K2W

10pF10011

470KC7

=100F100y

,1 CI I

pour amplification a deux voies.II donne la possibilite d'inverser unevoie et peut etre adapts pourdiverses frequences de croisement.L'amplitude est reglable par unpotentiornetre unique, la sortie abasse impedance est exempte detout bruit. Les deux canaux gravespeuvent etre mis en commun afin depiloter un unique caisson de graves.Dans ce cas, Ia frequence de coupu-re sera placee assez basse. Cetterealisation a tubes peut aisement etretransposee en semiconducteurs.

Le schema Le preamplificateurLe schema est en figure 9. Le signalest d'abord mis n A niveau » par unpotentiometre de 47 ka II est ensui-te route vers un amplificateur de gain

R21 2

10K

V2

8922

R62 R63 R17

Rx Rx 22K

Cx

> ;:tem.OAVdc

CI7

3 0,1pF+86Vdc ff, 100V 2.2K

C65

Cx

0

.ua10pF100y

1 22K2W

V+

Rx

Rx

LC I2

?ig

3+83Vdc

El

I 22K 'I2W

V3

6922

Cz

220K

220K

R20

471<

R25

71)0.110loov

2,2K

Cx

Rx

10K

8+83Vdc5to

.um108F R29

CO Rx 100yCC

Rx1 220K

C13 C141 22K co

2W 1 22°K g I47K

100V10pF1.1pF100V 9

de 32 dB. L'anode de Ia premiere trio-de est couplee directement a la grillede la deuxieme et Ia sortie en catho-de suiveuse pilote a basse impedan-ce le transformateur de separation.Le signal issu d'un des secondairesest reinjects a la cathode de la pre-mière triode afin de fixer le gain15 dB. Le merne signal est dirige versle filtre passe-haut.L'autre secondaire pilote le filtrepasse -bas et afin de conserver laphase en fin de chaine audio, nousavons prevu Ia possibilite d'inverserIa phase du canal grave.Le transformateur torique est fabri-que par Talema et porte la reference70015K. II est disponible chez Radio -spares (voir fin d'article) et porte Iareference 223-9109. La bande pas-sante de ce preampli s'etend de

10 Hz a 100 kHz a -1dB pour untemps de montee de 3 ps.

Les filtresLes quatre triodes des filtres fonc-tionnent en cathode suiveuse et sontpolarisees a la moitie de la tension d'ali-mentation de +160 Vdc. Nous avonsdonc des amplificateurs non-inverseurset de gain unitaire. La configurationdes filtres est du type « Sallen-Key ».

Un (tout petit) peu de th6orieComme ecrit plus haut, le Linkwitz-Riley, appele initialement , ButterworthSquarred Filter », est la mise en seriede deux filtres Butterworth de memefrequence de coupure.La figure 10 montre le schema d'unfiltre passe -bas d'ordre 2 en configu-ration Sallen-Key.

re 325 www.electroniquepratIque.com ELEC TRONIQUE PRA1 CUE=

12

Si

2Q'13

Fl

230Vac300mA Lent

4

0 5

Si

11

i8

TR230VA2x9Vac DI +10Vdc

C1

1N5401

I pF

C2±1pF

D2

TR130VAI 15Vac

1>1

1N5401

IC3 1C4

1K

IN

GN°DUll

4,7mF 0,1pF I S316V 50y

+175Vdc

6.2V Carte de Base2A

ICI78T05

C5

470pFT icy

Fittre Linkwitz-Riley - Ordre 4

Frequence Rx Cx

100 - Hz 24K 47nF150 - Hz 16K 47nF190 - Hz 27K 22nF320 - Hz 16K 22nF500 (511) Hz 22K 10nF750 (751) Hz 15K 10nF1000 (1023) Hz 11K 10nF1500 - Hz 7,5K 10nF2000 (1995) Hz 12K 4,7nF2600 (2630) Hz 9,1K 4,7nF3200 (3190) Hz 7,5K 4,7nF

Les coefficientsButterworth sont :ml = 0,707 et q1 = 1,414Les valeurs des composants sontinter-dependantes et definies par lesdeux relations :

pour un filtre

Ca -1, 414

Cb -0'707

2.7r.Fc.Ra 2.7r.Fc.Rb

Puisque nous avons deux equationsa quatre inconnues, cette relationentre la frequence et les composantsdu filtre permet le choix d'une infinitede combinaisons de valeurs.Si nous fixons Ra = Rb, nous obte-nons une relation particuliere entreCa et Cb.En effet, la resolution des deux equa-tions nous donne : Ca = 2 x Cb.La relation frequence-composantsdevient :

Fc -0,707

2.7r.Cb.R

TC282nF

131

C91=1

220250

21:I 33K

R44-1=110M

0 470KCC

C6=0,IpF 100pF50y 16V

1nF5 250V

6 BUZ80

1N4007

08

CIO CI 1 C12- - -T 250V 250V2gV

Cette equation a deux inconnuesnous donne encore une infinite desolutions pour les valeurs de R et C.Comme la diversite des valeurs descondensateurs est relativementfaible, nous fixerons d'abord ceux-ciet ce sera aux resistances de s'adap-ter :

R=0,707

2..'r.Cb.Fc

Exemple, pour une frequence de coupu-re de 190 Hz, nous fixons Cb = 22 nF,la resolution de requation nousdonne : R = 271c52 et Ca = 2 x 22 nF.Pour le filtre passe-haut, Ia marche asuivre est identique.De merne, les valeurs des compo-sants sont identiques pour une mernefrequence de coupure.Le tableau en figure 11 nous donneles valeurs des composants pourquelques frequences au choix.Vous remarquerez que pour obtenirdes resistances disponibles dans laserie a 1 %, it faut parfois decalerlegerement la frequence.II est possible de telecharger gratuite-ment un programme de calculs sur lesite www.sound.westhost.comLes valeurs retenues sont referen-odes Rx et Cx sur le schema.Les valeurs doubles sont realiseespar Ia mise en parallele de deuxvaleurs simples pour les condensa-teurs et en serie pour les resistances.

VIV2V3

I pF

T C20C21C22

0+160Vdc54mA

0 OV

II est imperatif d'utiliser des compo-sants a 1 %.Les sorties des filtres sont prises surles cathodes des dernieres triodes etisolees par une resistance de 2,2 k52,portant ('impedance de sortie a 2,5 k52.II est possible d'additionner les deuxfiltres passe -bas afin de realiser unevoie unique pour piloter un caissonde graves. II suffit de court-circuiterles deux sorties graves et de rempla-cer les deux resistances R20 de2,2 l<52 par des valeurs de 4,7 I<S2.Une cosse picot est prevue a cet effetsur le circuit imprime.Afin d'avoir un gain aussi proche quepossible de ('unite et une impedancede sortie faible, it etait important dechoisir un tube avec une resistanceinterne faible et une pente assezforte, celle-ci fait 12,5 mA/V.Tous les tubes utilises sont des 6922,la version professionnelle de la

ECC88. Ils fonctionnent avec unetension d'alimentation raisonnable de160 Vdc et leurs filaments consom-ment 300 mA (365 mA pour lesECC88).

L'alimentationNous avons choisi d'alimenter lestubes en courant continu (figure 12).Les six tubes consomment environ 2 A.La regulation est effectuee par un cir-cuit 78T05 de 5 V-3 A et decal& de1,2 V par les deux diodes D4 et D5.Le regulateur dissipe 8 W et doit etre

re 326 wuvw.electroniquepratique.corn ELECTRONIQUE PRATIQUE

N

0

N0

III I

-

-

--

-n

Aliment at ton1 I 9,5x63,5mm

Carte de Base199,5x150mm

-

-

--

-n

_ 1 _

-

--

Tr ansf o2x9Vac30VA

Tr ansf 02x115Vac30VA

-

--

-

13 14

NN

o I) 0

0 0dl 2mm

NN

NN

30 50 50 50 35303

refroidi. II est possible d'alimenter lestubes en 6,3 Vac, mais le rapportsignal/bruit sera de l'ordre de 66 dB,au lieu de 86 dB.La haute tension est obtenue a partird'un transformateur de separation230/2x115 Vac/30 VA disponible chezConrad sous la reference 514810.Les circuits fonctionnent dans unelarge fourchette de tensions, le

+160 Vdc n'est pas critique. La haute

tension n'est pas stabilisee, maisseulement filtree.La cellule R4 -C11 de 10 M4/1 pF aune constante de temps de dixsecondes et une frequence de cou-pure de 16 mHz. La tension atteintson maximum apres une minute,mais le preampli est fonctionnelawes une quinzaine de secondes.Le BUZ80 dissipe environ 1 W, l'on-dulation residuelle est de 150 pVac.

Mise en oeuvre La mecaniqueLe preampli est place dans un boitierde dimensions 305 x 280 mm et86 mm de haut. Le modele utilise estdisponible chez Radiospares (voir find'article) sous la reference 222-058.L'agencement des divers elementsest presente aux figures 13, 14 etphoto A.Les deux cartes sont fixees sur deux

n° 325 www.electroniquepratique.rom ELECT RON1QUE PRAPOLA

15profiles « alu » de 10 x 10 x 295 mm.II est preferable de realiser la meca-nique a ('aide des cartes non cablees.La position de la carte de « base » estsolidaire du passage des quatresocles RCA de sortie. Ces quatre per -gages dans la face arriere (figure 14,photo B) sont realises prealablement,ils sont les seuls a necessiter de laprecision.La carte de « base » est ensuite posi-tionnee sur les profiles et les trous defixations y sont marques. Les positionsde la carte « alimentation », des deux

325 vwvvv.elecrainiquepratique.com ELECTRONIQUE PFIATIQUE

socles RCA d'entree, du socle sec-teur, du fusible et du potentiornetrestir la face avant, ne sont pas cri-tiques. Le transformateur torique de

NomenclatureResistances 1/4 W - 1

R1, R13, R14 : 470 kS2

R2 : 62 kS2

R3, R21, R25 : 10 kQ

R4 : 1 MDR5, R20, R29 : 2,2 kS2

R6 : 47 kS2

R7 : 12 kt2

R8, R9, R10 : 1 ki?.

R12 : 2 kS2

R15, R17 : 22 kitR19, R30 : 47 kS2

R23, R24, R27, R28 : 220 kS2

R60 a R69 : voir tableau

Resistances 2 W - 5 %

R11 : 10 kS2

R16, R18, R22, R26 : 22 kS2

chauffage est place lateralement a('aide d'une visa t8te conique M6 de55 mm de long. Le transformateurHT est fixe au fond du boffier.

CondensateursC1, C5, C8, C9, C12, C14, C15 :

0,1 pF/100 V radialC2 : 1 pF/50 V radialC3 : 330 pF/250 V radialC4 : 2,2 pF/63 V radialC6, C7, 010, 011, C13, C16 :

10 pF/100 V radialC17 : 1 pF/250 V radialC18 : 10 pF/250 V radialC20. C21, C22 : 0.1 pF/50 V radialC60 a C69 : 1 %/100 V radial(voir tableau)

Divers

P1 : 2 x 47 k52 logV1, V2, V3 : 6922

TR1 : voir texte

Les circuits imprimesLa carte de <i base » mesure 200 mmx 150 mm (figures 16 et 17). On inse-re dans l'ordre : les 23 picots de 1,3mm et la cosse Faston, les 16 pon-tages, les 6 supports novel. Suivrontles composants par ordre de taille, enterminant par les deux transformateurs.Les composants R5, R10, R12 etC3 sont soucles sous la carte.La carte est equipee des composantsRx = 27 k52 et Cx = 22 nF pour unefrequence de coupure de 190 Hz.La sortie passe -bas est cablee pouretre en phase avec la sortie passe-haut. II n'y a pas de mise au point, lacarte est directement fonctionnelle :

alimentee, tout signal injecte enentrée se retrouve sur une des deuxsorties. Le gain hors frequence decroisement est de +2 dB et de -4 dBa la frequence de croisement.

16

n' 325 www.electroniqueprotique.com ELEC.; II -UNIQUE PRAT IQUE 61

Ea NovoTone

L

a

La carte <, alimentation » mesure 64 mmx 119 mm (figures 18 et 19, photo C).On soude dans l'ordre : les 5 cossesFaston, les 6 picots de 1,3 mm, lepontage et le reste des composantspar ordre croissant de grandeur.La diode D6 est soudee cote cuivre.Le refroidissement du regulateur estassure par un dissipateur « maison »

18

19

0 0 0ac ac O

constitue d'une tole d'aluminiumpliee en U dune hauteur de 60 mm.Le refroidisseur de 01 est un petitdissipateur ou morceau de tole bienequarri. Q1 n'est pas isole electrique-ment et la tension sur son dissipateurest de +175 Vdc. Leur temperaturepeut atteindre 70 °C sans dommage.Le montage final et les raccordements

NomenclatureResistancesR1 : 1 k52 -1/4 W - 5 %R2 : 33 kt..1 -1/4 W - 1 %R3 : 470 kQ -1/4 W - 1 %R4: 10 MO -1/2 W - 5 %

CondensateursC1, C2 : 1 pF/50 V radialC3 : 4700 pF/16 V radialC4, C6 : 0,1 pF/50 V radialC5 : 470 pF/10 V radialC7 : 100 pF/16 V radialC8 : 22 nF/250 Vac radialC9 : 220 pF/250 V radialC10, C11, C12 : 1 NF/250 V radial

SerniconducteursD1, D2 : 1N5401D3 : ledD4, D5, D6, D7, D8 : 1N4007IC1 : 78T05Q1 : BUZ80

DiversB1 : 200 V/1,5 A radialF1 : 300 mA lentTR1 : 230 V/2 x 9 Vac/30 VATR2 : 230V/230 Vac/30 VAS1 : switch DPDT

ni" 325 wvvw.electroniquepratiqt.le.corn ELECTRONIC X 1E PFIATIOLJE

NomenclatureDivers1 Coffret RS 222-0582 Profiles « alu - 295 x 10 x 10 x 1 mm1 Radiateur (1C1)1 Radiateur (01)4 Pieds 10 mm6 Supports tube Noval pour CI

(diametre de brochage : 18 mm)8 Entretoises 5 mm M-F/M34 Entretoises 10 mm M-F/M31 Coupelle de transformateur 50 VA1 Socle fusible chassis (20 mm)4 Socles RCA pour CI2 Socles RCA pour chassis29 Picots 1,3 mm29 cosses 1,3 mm6 Socles Faston6 Cosses Faston1 Socle 230 V/1 A pour chassis1 Dial volume1 Bouton volume1 Socle 8 mm pour led

22

411

, Ls/ ,,e/

se font comme indique sur la photo A.II est preferable d'effectuer la premiè-re mise sous tension a ('aide d'unVariac. Si ce n'est pas possible, onverifie d'abord si les tensions d'ali-mentations se stabilisent bien auxvaleurs du schema, ensuite on rac-corde le 6,2 V aux differents tubes.On place en serie avec le secondairedu transformateur HT une ampoulede 230 Vac - 40 W. A la mise soustension, it y a une pointe d'intensiteprovoquee par la charge de C9 et,apres une minute, la HT se stabilisevers +160 Vdc. Les cartes sont fonc-tionnelles et le secondaire du trans-formateur HT peut etre raccordedirectement. Ensuite, it est conseillede verifier les valeurs des tensionsreprises sur les schemes. Quelques mesuresLes essais ont ete realises pour desfrequences de croisement de 750 Hzet 1000 Hz. Les mesures sont effec-tuees pour la frequence 190 Hz.La figure 20A montre la concordanceexacte de phase et d'amplitude entreles sorties graves et aigues a la fre-

1 eS

A - Sorties Grave & Al. u au Croisenient

C DHT a 1 KHz - 500Hz Div

B DHT 50 Hz - 20Hz Div

D - DHT it 10 KHz - 5KHz / Div

A

MP'

weS

TAA - Pilote DIM SMPTE

C - Filtre Linkwitz Rile - Ordre 4

B - DIM - Fc: 7 KHz -20 Hz / Div

200rY

1

.111111111..- _ .

- Tem de montee : < 4 iiSec

quence de croisement. La superposi-tion des deux courbes est parfaite etla phase reste en concordance tout aulong de la bande audio. ['attenuation ala frequence de coupure pour chequevoie fait -6 dB +/- 0,5 dB et en addition-nant les deux sorties, la linearite enamplitude s'etend de 18 Hz a 40 kHz a-1 dB. L'attenuation hors frequence decroisement est de 24 dB par octave.Les trois autres oscillogrammes pre-sentent la distorsion harmoniquetotale de la sortie : figure 20B a 50 Hzen sortie passe -bas et figures 20C et20D en sortie passe-haut. La mesureau distorsiornetre a 1 Vac et 1000 Hzest de 0,15 %. Le debut de la satu-

ration se produit a partir de 18 Vpp.Les figures 21A et 21B montrent lesignal pilote et la mesure de la distor-sion d'intermodulation. La frequencebasse de 50 Hz est de 1 Vac et supe-rieure de 12 dB (4x) a la frequencehaute de 7 kHz.La DIM est inferieure a 0,3 %.La figure 21C presente le resultat dela re-combinaison des voles graveset aigues, excitees par un signal carrea la frequence de croisement.Ce graphe met en evidence la distor-sion temporelle due au Temps dePropagation de Groupe (figure 1).Le temps de montee s'eleve a 4 ps(figure 21 D).

21

ex" 325 vvvvvv.pipct rc emit imratique.corn ELECTRONICAJF PRATIQUI 63

Nom :

Adresse :

Caracteristiques TechniquesBande passante

Temps de montee - Sortie AigOesGainTaux de distorsion 100Hz --> 10KHz

Distorsion d'intermodulation (SMPTE)Signal de sortie maximumAttenuation a la frequence de croisementAttenuation des filtres (> -10dB)Dephasage entre les deux volesRonflement & Bruit - Sortie GravesBruit - Sortie AiguesRapport Signal/BruitImpedance d'entreeImpedance de sortieDiaphonie 100Hz 4 10 KHzConnecteurs entrées - sortiesConsommationDimensionsPoids

20 Hz 4 40 KHz a -1 dB7 Hz 4 80 KHz a -3 dB< 5 µSec-co 4 +2 dB< 0,5% a 1 Vac / (0,15% a 1 KHz)< 0,3% a 1 Vac6 Vac a 2% de DHT6 dB +/- 0,5 dB24 dB / Octave< 10°de Fc/10 3 10xFc< 4ORVac< 20 µVac> 80 dB pour 1 Vac en sortie47 KSZ

2,5 Ki21-> 60 dBRCA230 Vac/ 195 mA/45 VA300 x 280 x 86 mm4,0 Kg

La figure 22 montre l'ondulation resi-duelle presente a la sortie passe -bas,le niveau de reference est a -40 dBVet la visualisation de 0 Hz a 500 Hz.Au millivoltmetre, l'ondulation + le

'1

bruit en sortie passe -bas est de

40 pVac et de 20 pVac en sortiepasse-haut.Le rapport signal/bruit pour uneamplitude de 1 Vac en sortie est de88 dB au passe -bas et de 94 dB aupasse-haut.

ConclusionMalgre la complexite du concept, lamise en ceuvre est aisee et ne neces-site pas de grands moyens, ni unemise au point fastidieuse.En pratique, dans une installationaudiophile, la restitution des aiguspeut etre prise en charge par unamplificateur d'une dizaine de wattsa tubes et les graves par un ampli atransistors de 40 watts ou plus.En configuration - trois voies -, deuxpetits haut-parleurs large bande judi-cieusement espaces et un caisson degraves offrent une excellente imagespatiale. Cette solution presente lemerite de ne pas prendre beaucoupde place et le caisson, accessoireincongru dans la piece de sejour, peutaisement "etre dissimule.

J -L VANDERSLEYEN

Pour les donnees de fabrication, descartes imprimees ou quelque problemed'approvisionnement, n 'hesitez pas acontacter l'auteur a l'adresse jl.vandersleyen@skynetbe ou via son site internetwww.novotone.be/fr

Et si on parlait tubes...

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Oui, je desire recevoir le CD complet 33 premiers cours (fichiers PDF) <, Et si on parlait tubes... »France : 50 Union europeenne : 52 Autres destinations : 53

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France : 30 Union europeenne : 32 Autres pays : 33

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