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IL ÉTAIT UN PETIT NAVIRE !

Allusion à cette contine populaire dans laquelle le petit navire «n'avait ja ja jamais navigué». Mon petit démonstrateur non plus n'ira pas sur l'eau, c'est juste une maquette symbolique pour servir de prétexte à programmer un Arduino.



Avec mon post sur http://forum.arduino.cc/index.php?topic=217045.0 je vous avais présenté mon projet d'automatisation de la barre d'un supposé petit voilier. Et surtout posé de nombreuses questions, notamment relatives au choix Bâbord ou Tribord pour corriger le CAP.
C'est fait, mon projet est achevé et fonctionne divinement bien. Pour vous remercier de vos aides respectives, je me sentais un peu votre « obligé », et je croix normal de vous présenter les grandes lignes de cet amusement informatique. J'ai préféré ouvrir un nouveau sujet, car l'ancien « fil » est bien encombré.
Mon problème le plus épineux est résumé sur la Fig.1 qui montre la solution tout compte fait facile pour déterminer de quel coté tourner. En réalité mon problème résultait de calculs erronés suite à une non homogénéité des variables. (Mélange de int et de long dans une expression arithmétique)


La Fig.2 présente le comportement de la barre. Elle ne doit pas dévier le safran de plus de 30°. Pour des déviations de route correspondant « au neutre » elle est placée dans l'axe. Plus la route s'écarte du CAP désiré, plus le rappel de barre est énergique.
Comme montré sur la Fig.3, quand on donne au servomoteur la consigne de rappel central, le palonnier de ce dernier mécaniquement n'est pas forcément dans l'axe. Naturellement le programme effectue la correction qui s'impose.


Comme Arduino présente beaucoup plus d'E/S que je n'en avais besoin, j'ai ajouté des compléments lumineux. Par exemple les LED de la Fig.4 qui s'allument en fonction de la consigne de barre. Elles sont éteintes quand le safran est dans l'axe du bateau. Plus le gouvernail est décalé, plus la couleur de la LED est « chaude », et ce pour chaque coté de la correction de route.
Comme symbolisé sur la Fig.5 une option de correction de dérive permet de compenser la navigation « en crabe » qui résulte du dérapage dû au vent ou d'un courant traversier, car rien n'interdit de faire traverser une rivière à notre navire, surtout si à proximité un pont permet d'aller le récupérer en face. On peut compenser jusqu'à 15° de dérive ce qui doit probablement couvrir tous les besoins.


Pour le plaisir je vous livre ci-dessous l'organigramme qui décrit la logique de ma boucle de base. Comme en général sur presque tous mes programmes, la boucle principale ne présente qu'une suite d'appels à procédures. C'est fondamental pour la lisibilité d'un programme et facilite considérablement sa mise au point.

CONCLUSION : La première remarque concerne le concept. Il s'agissait de mettre en œuvre une boussole électronique et un servomoteur. Mais automatiser un voilier par son cap magnétique n'est pas une très bonne idée. Si le vent change quand il est au centre du lac et que notre beau navire se retrouve face au vent … YAPLUKA aller le chercher à la nage. Pour un voilier, il vaudrait mieux l'asservir sur l'amure … mais c'est un autre projet.
Il s'agissait d'un amusement informatique. Pari réussi, car j'ai avec ce prétexte à programmer appris beaucoup de choses sur Arduino, et tout particulièrement à me méfier et à traiter les problèmes d'homogénéité des variables dans les calculs.
VLA les Amis, encore merci pour vos remarques, conseils et aides diverses.
Amicalement : Nulentout.

source : http://forum.arduino.cc/


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07:28:00 | 0 commentaires

chariot qui avance, alors qu'aucune force motrice n'est transmise aux roues


même coup les vibrations qui sont la plaie de ces systèmes mécaniques.
De fait, aucun axe ne pourrait tourner dans un palier s'il n'y avait un petit écart entre les deux diamètres, un écart que l'on s'efforce de minimiser mais qui n'est jamais nul - s'il l'était les deux pièces seraient emmanchées, ce qui est un bon système de fixation mais pas de rotation.
Il n'y a donc pas d'assemblage mécanique sans un certain jeu entre tous les éléments mobiles mais ces éléments ne sont jamais géométriquement parfaits, et dès qu'ils sont mis en rotation apparaît la force centrifuge qui les tire en rond du côté où est le balourd. L'axe se met à battre dans le palier à la même cadence que la rotation, et ces chocs vibratoires sont une des causes majeures de fatigue et d'usure des organes.
Les mouvements de translation donnent lieu aux mêmes vibrations parce que les pièces ne sont jamais vraiment rectilignes, au sens mathématique du terme. On peut en apportant un soin extrême à l'équilibrage et à l'usinage des éléments, réduire ces vibrations et les maintenir dans des limites telles qu'elles ne nuisent pas trop, mais on ne peut pas les éliminer totalement. La chasse aux balourds et aux défauts d'alignement est une priorité dans l'industrie mécanique, mais on peut aussi, voie originale, chercher le déséquilibre pour créer le mouvement.
nous allons construire aujourd'hui. Il a ceci de particulier qu'il avance, alors qu'aucune force motrice n'est transmise aux roues, et qu'il n'a bien sûr ni voiles ni hélices.
En fait, il s'agit strictement d'un engin à réaction, mais au sens où l'entendait Newton quand il formula le principe d'action et de réaction : il n'y a ni tuyères ni fusée, mais plus simplement une masse lotte excentrée dont l'action horizontale provoque une réaction opposée et dans le sens de la marche.
L'engin est on ne peut plus simple : on monte sur un châssis comportant 4 roues libres, une masselotte excentrée, d'axe horizontal parallèle à l'axe des roues et entraînée par un moteur. N'importe quelle plate-forme à 4 roues convient, mais il faut que la masselotte soit proportionnée à la masse de cette plate-forme et que la vitesse de rotation soit accordée aux caractéristiques inertielles de la plate-forme - masse moment d'inertie, résistances à l'avancement dans un sens et dans l'autre.
Si tout va bien, dès qu'on lance le moteur on voit le châssis trépider, osciller, puis se mettre à avancer. A priori, il y a là quelque chose de tout à fait contraire aux lois de la physique : le balourd amène bien des oscillations, mais celles-ci sont égales vers le haut et vers le bas, vers l'avant et vers l'arrière.
Donc la voiture devrait commencer par se soulever quand la masselotte est en haut (la force centrifuge la tire à ce moment vers le haut, entraînant l'axe et tout le bâti), puis avancer un peu quand, dans sa rotation, elle passe à l'avant, s'écraser quand elle vient en bas et reculer d'une quantité égale à l'avance quand elle se retrouve à l'arrière.
Cette oscillation en rond est effectivement ce que l'on observe en général : le châssis se secoue de haut en bas et d'avant en arrière autour d'une position moyenne sans progresser vraiment d'un côté ou de l'autre. Mais il arrive aussi que la plate-forme portant l'excentrique sur le dos se mette à avancer - ou à reculer, ce qui revient au même : une voiture qui recule n'est jamais qu'une auto qui avance dans le sens du coffre.
En principe, aucun couple ne s'exerçant sur les roues et les réactions dues à la force centrifuge de l'excentrique s'annulant en un tour complet, le châssis ne devrait pas avancer. Comme il progresse quand même et que le principe d'action et réaction formulé par Newton il y a trois siècles n'a jamais été infirmé - à toute action s'oppose une réaction simultanée de sens opposé et de même intensité - il faut chercher l'explication dans le cadre de la mécanique classique.
Reprenons le schéma de fonctionnement : quand la masselotte se trouve vers l'avant, la force centrifuge qui tire le système dans la direction du balourd entraîne donc l'axe vers l'avant ; celui-ci étant lié au châssis, c'est finalement ce dernier qui avance puisqu'il n'est lié à personne. Bien sûr, il ne progresse que d'une distance minuscule : au plus, quelques millimètres. Dans cette progression, il doit vaincre la résistance à l'avancement due aux frottements des axes de roues dans leurs paliers, et aux frottements des pneus sur le sol.
Quand la masselotte a repassé la verticale descendante, la force centrifuge tire en sens opposé et tend à faire reculer le mobile. Si les forces de frottement étaient parfaitement égales dans les deux sens, la distance de recul serait égale à la distance d'avance et le mobile ne ferait qu'osciller d'avant en arrière par rapport à la verticale.
En pratique, il suffit d'un rien pour que les résistances au mouvement ne soient pas égales dans les deux sens : que les stries du pneu soient orientées, qu'il y ait plus d'huile d'un côté du palier que de l'autre, que l'engin soit sur un tapis dont les poils sont couchés dans une certaine direction, et ainsi de suite.
Dans l'absolu, les résistances dans un sens et dans l'autre ne sont jamais égales ; mais elles peuvent être très voisines, et surtout variables avec le trajet (très petit) parcouru : à ce moment le mobile progresse d'une fraction de millimètre, puis le sens de la résistance s'inversant parce que la roue a rencontré une pépite où que l'axe est un peu voilé, il recule d'une quantité à peu près égale, puis repart en avant, puis en arrière, et finalement il fait du surplace.

Par contre, si la masselotte est assez grosse par rapport au châssis, les trajets avant-arrière sont suffisamment grands pour que leur différence reste sensible et le mobile finit par progresser dans une direction. A défaut, et c'est ce que nous avons fait, on peut intervenir pour que les résistances à l'avancement dans un sens et dans l'autre soient vraiment très différentes : il suffit pour cela de mettre une roue à rochet sur l'un des axes. L'engin peut avancer, mais pas reculer.
Ce genre de roue avec des dents taillées en biseau et un cliquet à ressort n'étant pas très courant Pierre Courbier, après avoir modifié le modèle de notre lecteur, a beaucoup simplifié le dispositif : une lame souple sert de cliquet, et un pneu Fischer Technik à sculptures très apparentes fait office de roue à dents obliques. Moyennant ce petit coup de pouce au destin, on évite d'avoir à accorder avec précision la masse du balourd à celle de l'engin entier, et à chercher patiemment la bonne cadence à donner au moteur.
Pour être juste, le mobile peut être construit à partir de n'importe quels composants : Meccano, Lego, Fischer Technik, ou éléments de récupération quelconques, le tout est d'avoir une plate-forme sur 3 ou 4 roues libres, et de fixer dessus un moteur avec un volant excentré - une roue lestée fait l'affaire. Cela pour dire que chacun peut bâtir son propre mobile, et que celui que nous proposons n'est qu'un modèle susceptible d'innombrables variations personnelles.
Comme toujours notre base de construction reste le polystyrène choc en feuilles de 2 mm d'épaisseur que l'on peut se procurer, directement ou par correspondance chez Adam Montparnasse, 11 Bd Edgar Quinet, 75014 Paris, ou chez Pierron, 57206 Sarreguemines Cedex.
En ce qui concerne les autres éléments, nous l'avons dit, on s'efforcera d'utiliser au mieux ce qui est disponible sous la main : axes, vis, poulies, écrous peuvent se trouver chez le  quincaillier, chez le spécialiste en modèles réduits... ou au fond d'un tiroir. Pour être franc, le chariot inertiel pourrait se faire aussi bien en Meccano, en Fischer Technik ou en Lego.
Notre modèle, réalisé selon la méthode Hobbystyrène de Paul Courbier, fait appel au polystyrène en feuilles de 2 mm. On commence par le châssis en se reportant aux figures 1, 2 et 3. Après avoir percé quatre trous de 4 mm sur les pièces B et B1 aux cotes indiquées figure 2, on assemblera les pièces A, B1, C, C1 de manière à constituer le châssis.
Pour obtenir un bon alignement des paliers, on aura intérêt à percer les pièces B et B1 en les superposant et en les immobilisant préalablement avec du ruban adhésif. Toutes les roues sont fixes sur leurs axes qui, eux, tournent librement dans leurs paliers. On peut, si on le désire, fabriquer les deux roues libres en les découpant dans des disques de 47 mm en polystyrène (technique du compas de découpe).
Pour les roues qui reçoivent le cliquet, nous avons pris des pièces Fischer Technik de 47 mm de diamètre, lesquelles comportent un bandage en plastique noir dont les dessins joueront le rôle de denture pour ce cliquet, nous avons amélioré l'adhérence de ces roues en les munissant d'un bracelet de caoutchouc qui vient se loger dans la rainure prévue à cet effet. Les axes étaient constitués par des tiges d'acier de 110 mm, au diamètre de 4 mm.
Le bloc de propulsion est illustré figures 4, 5 et figure 6. On tracera, marquera et découpera les pièces D, E1, E2, E3, E4, F, g, H, I1, J1 et J2 - figures 4 et 5 - et on les percera d'un trou de 4 mm. En raison des oscillations que devront supporter les paliers, chacun est constitué de deux pièces superposées et collées - respectivement E1, E2 et E3, E4. Deux équerres J1 et J2 les maintiendront verticaux sur D.
La masselotte est découpée aux cotes données figure 5 ; afin d'augmenter sa portée sur l'axe (tige acier ou laiton de 4 mm, longue de 80 mm), elle sera renforcée à l'une de ses extrémités par les deux carrés I1 et I2. Cette extrémité sera percée, après séchage, d'un trou de 4 mm - prévoir le perçage sur l'ensemble des trois pièces superposées et assemblées provisoirement avec du ruban adhésif.
De chaque côté de l'autre extrémité du bras de la masselotte, on collera (cyanocrylate) trois rectangles de plomb d'épaisseur 1,5 à 2 mm, deux d'un côté et un de l'autre, si l'on ne dispose pas de plomb en feuille, on pourra le remplacer par un tortillon de soudure ou des pièces de deux francs superposées et collées, leur nombre étant fixé lors d'essais ultérieurs.
On collera sur D, à l'emplacement indiqué figure 4, l'un des supports de palier avec son équerre. Puis on collera à égale distance des extrémités de l'axe la masselotte (cyanocrylate) et la poulie à gorge (Pierron) de 30 mm de diamètre. La poulie sera collée à la fois sur l'axe et sur le côté de la masselotte, le tout devant former un ensemble solidaire.
On découpera ensuite les entretoises d'écartement dans un chalumeau plastique de 5 mm. Leurs longueurs doivent être telles que la masselotte soit disposée à égale distance des deux extrémités de l'axe. On installera ensuite les pièces en collant provisoirement sur D (par points de colle) le second porte palier, sans oublier de mettre des rondelles - figure 6 - de part et d'autre des entretoises et de disposer le bracelet de caoutchouc (diamètre de 40 mm environ) qui va servir de courroie d'entraînement.
Il reste à mettre en place le moteur ; nous avons choisi un moteur Mabuchi BE 26. En fait tout moteur électrique récupéré sur un jouet (et 99 fois sur 100 c'est un Mabuchi, à se demander qui fabrique des moteurs à part eux) peut convenir - mais bien souvent ces moteurs ont un axe trop court et il faut le prolonger par un tube laiton collé en bout. Nous avons utilisé un tube long de 3 cm (diamètre intérieur 2 mm, extérieur 3 mm) qui est collé à la cyanocrylate sur l'axe.
Cette opération de collage est délicate, et il faut faire attention, car cette colle est très fluide et risque de s'infiltrer dans le palier interne du moteur ; dans ce cas, le blocage est presque toujours irrémédiable et il ne reste plus qu'à le jeter. C'est pourquoi on a intérêt à utiliser de la colle cyanocrylate de type gel et à n'en mettre qu'une quantité infime.
Le moteur sera alimenté par deux piles de 1,5V (type LR20) montées en série. Comme il est souhaitable de pouvoir régler la vitesse de rotation, nous avons prévu d'intercaler dans le circuit un rhéostat (potentiomètre bobiné de 15 ohms). Cette solution, peu rigoureuse sur le plan technique car une partie de l'énergie des piles est inutilement convertie en chaleur, a cependant l'avantage de la simplicité d'exécution et autorise un réglage fin de la vitesse du moteur.
A noter qu'un potentiomètre comporte trois cosses ; dans notre cas, nous nous en servirons comme rhéostat et feront le branchement sur la cosse centrale et sur l'une quelconque des deux autres.
Le moteur Mabuchi comporte côté sortie de l'axe un épaulement d'un diamètre de 6 mm qui sera introduit et collé (cyanocrylate) dans un trou foré dans la pièce g, laquelle sera ensuite fixée (colle Uhu-Plast) à son emplacement prévu sur D - figure 6. Une découpe est prévue sur cette pièce afin de laisser le passage à la masselotte en rotation.

Le second palier de l'axe du moteur sera foré dans la pièce H - trou de 3 mm de diamètre. Avant de coller h sur D, on mettra en place la courroie et dès que les collages seront secs, on essaiera le fonctionnement du bloc moteur après avoir mis une goutte d'huile dans les quatre paliers. La vue en perspective de la figure 6 précise les dispositions de ces pièces.
Pour tenir les deux piles, nous avons utilisé deux boîtiers connecteurs Wonder de type Sollo ; toute autre solution peut convenir, y compris la soudure directe des fils aux piles - mais dans ce cas, un interrupteur sera nécessaire. Les soudures des fils de liaison ne posent aucune difficulté. Si le potentiomètre est du type avec boîtier plastique et axe intégré, il sera nécessaire de le fixer sur le châssis.
Le nôtre, réglable avec un tournevis, était directement soudé par l'une de ses cosses sur une des cosses du boîtier de piles. Il reste à assembler les deux boîtiers Sollo en utilisant les rainures prévues à cet effet, et ensuite à les coller sur l'arrière du châssis à l'aide de morceaux de Scotch Mount.
Le cliquet est illustré figures 7, 8 et 9. Dans une lamelle rectangulaire (6 x 45 mm) de laiton ayant environ 0,3 mm d'épaisseur - une grande lame de pile 4,5V devrait convenir - on découpera une encoche comme précisé figure 7. L'extrémité non encochée sera enroulée sur elle-même avec des pinces à bout rond afin de former un cylindre épousant une vis de 3 mm longue de 18 mm.
Cette vis sera introduite dans un trou du même diamètre foré dans la pièce B (voir cotes figure 8). On cambrera ensuite la languette immobilisée par les écrous qui l'enserrent de part et d'autre, afin que son extrémité échancrée repose dans les rebords dentés du pneu de la roue Fischer Technik.
Pour jouer correctement son rôle de cliquet, l'extrémité de la languette doit empêcher le retour en arrière de cette roue ; mais le frottement dans l'autre sens doit être aussi faible que possible. C'est pourquoi un réglage fin est nécessaire ; on le fera avec des pinces plates en déplaçant le chariot à la main jusqu'à ce que le meilleur résultat soit atteint.
Il ne restera plus ensuite qu'à procéder aux essais sur une surface lisse et plane - faute de planéité, l'engin descend la pente mais ne la remonte en général pas. Les réglages consisteront à tourner l'axe du rhéostat de façon à obtenir la vitesse de rotation qui permet l'avance du chariot sans qu'il soit soumis à des soubresauts trop importants.
On aura ainsi réussi à faire un engin qui progresse apparemment sans point d'appui ni force appliquée aux roues. Tout le mystère réside dans le principe d'action et de réaction, et dans la dissymétrie entre les forces de résistance à l'avancement dans un sens et dans l'autre. Mais ce n'est pas évident pour celui qui découvre pour la première fois ce curieux mobile.

source : http://electroschema.blogspot.com

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10:52:00 | 0 commentaires

Schémas Des Relais et Comment Les Commander

 

Cet article n’est pas réservé aux seuls débutants mais fera également le bonheur des électroniciens avertis. En effet, outre vous révéler tous les petits secrets sur l’utilisation des relais, nous vous proposons aussi divers schémas qui trouveront leurs applications dans de nombreux montages.



Tout le monde sait que, pour exciter un relais, il suffit d’appliquer, aux bornes de sa bobine, une tension continue et que, pour le remettre au repos, il suffit de la supprimer.

Il s’agit d’une opération si simple, qu'elle est à la portée du débutant même le plus inexpérimenté !
Si, à présent, nous vous demandions d’exciter un relais qui consomme 60 à 80 mA avec une porte logique qui ne peut fournir, sur sa sortie, un courant supérieur à 15 mA ou bien quel schéma adopter pour l’exciter en appuyant sur un bouton poussoir et le mettre au repos en appuyant sur un second bouton poussoir, nombre d’entre vous, pourraient déjà se trouver en difficulté.
Dans cet article, en plus des explications pour résoudre ce problème (et bien d’autres !), nous vous présentons aussi diverses applications intéressantes.
Commençons donc immédiatement par vous dire qu’avec les contacts d’un relais, nous pouvons allumer ou éteindre des appareils fonctionnant avec n’importe quelles valeurs de tension et de courant.
Le seul inconvénient que présente un relais concerne ses dimensions importantes et le léger retard existant entre la réception de la commande et la mise en contact de ses plots pouvant varier d’un minimum de 4 millisecondes à un maximum de 10 millisecondes.

Tension et courant d’excitation
En possession d’un relais, tout le monde se demande quelle est la tension minimale qu’il est possible d’appliquer à ses bornes pour l’activer.
Pour satisfaire cette curiosité, vous trouverez dans le tableau 1, les tensions minimale et maximale que nous pouvons appliquer à sa bobine, tout en garantissant un fonctionnement normal.


Si vous appliquez, à un relais, une tension inférieure à celle conseillée, vous pourrez l’entendre coller mais ses contacts ne se fermeront jamais avec la pression requise et, ainsi, ils pourront facilement vibrer.
Sur un relais récupéré il n'est pas rare de ne pas trouver, sur son boîtier, d'indication concernant la tension d’utilisation. Pour déterminer la valeur de la tension d’excitation d’un relais, il suffit de mesurer la valeur ohmique de sa bobine.
Dans le tableau 2, vous trouverez les valeurs ohmiques minimale et maximale des relais les plus communément utilisés dans le domaine électronique.


Connaissant les volts d’excitation et la valeur ohmique de la bobine, nous pouvons calculer le courant consommé par le relais lorsqu’il est excité en utilisant la formule :




milliampères = (volts : ohms) x 1 000

Ainsi, un relais de 6 volts, dont la bobine présente une résistance de 95 ohms, consommera un courant de :


(6 : 95) x 1 000 = 63 milliampères

Un relais de 12 volts, dont la bobine présente une résistance de 160 ohms, consommera un courant de :


(12 : 160) x 1 000 = 75 milliampères

Comme la majeure partie des relais consomme des courants supérieurs à 60 milliampères, nous ne pourrons pas les exciter directement avec une porte digitale, car le courant maximal que celle-ci peut fournir en sortie est d’environ 10 à 15 milliampères.
Si, par contre, à la sortie de la porte logique, nous connectons un transistor, le problème sera résolu pour autant que sur la base du transistor soit appliqué un courant en mesure de le faire passer en état de saturation.

Le courant de saturation
Le courant minimal, à appliquer sur la base d’un transistor pour le porter à saturation, se calcule avec la formule :


milliampères base = IC : hfe
IC = courant collecteur
hfe = gain du transistor

Sachant que le courant maximal nécessaire pour exciter normalement un relais dépasse rarement les 80 mA, nous pouvons nous baser sur cette valeur pour calculer le courant à appliquer sur la base du transistor.
Si nous avons un transistor qui à un hfe de 70, nous devons faire parvenir sur la base, un courant de :


80: 70 = 1,14 milliampère

En utilisant un courant supérieur à celui requis, nous pourrons même porter à saturation les transistors ayant un faible gain, sans les endommager.
Ainsi, nous conseillons de toujours considérer, dans les calculs, un courant de base de 1,5 mA.
Pour envoyer sur la base du transistor, le courant adéquat, nous devons placer une résistance en série (voir R1 sur la figure 2), dont la valeur peut être calculée en utilisant la formule :


ohms R1 = (Vin – 0,6) : (ib : 1 000)

Vin = est la valeur de la tension que nous appliquons sur la base du transistor,
0,6 = est la chute de tension baseémetteur, qui est normalement d’environ 0,6 volt,
ib = est le courant qu’il faut appliquer sur la base du transistor, courant qui, comme nous venons de le dire, est fixé à 1,5 mA.

Si, sur la base du transistor, nous appliquons une tension de 12 volts, pour la résistance R1, nous devons choisir une valeur de :


(12 – 0,6) : (1,5 : 1 000) = 7 600 ohms

Comme cette valeur n’est pas standard, nous pouvons utiliser une résistance de 8 200 ohms.
Si, sur la base du transistor, nous appliquons une tension de 5 volts prélevée de la sortie d’un circuit intégré TTL, pour R1, nous devons choisir une valeur de :


(5 – 0,6) : (1,5 : 1 000) = 2 933 ohms

Comme cette valeur n’est pas standard, nous pouvons tranquillement utiliser une résistance de 2700 ohms ou de 3 300 ohms.
La résistance R2, connectée entre la base du transistor et la masse, sert seulement pour forcer la base au niveau logique 0.
Comme cette valeur n’est pas critique, nous pouvons utiliser une résistance comprise entre 27000 et 68000 ohms.

Figure 1 : Les relais équipés d’un seul inverseur (voir figure 8) ont 3 bornes en plus des deux de la bobine d’excitation. Ceux ayant un double inverseur ont 6 bornes (voir figure 10) et ceux avec un triple inverseur ont 9 bornes en plus des deux de la bobine.

Exciter un relais avec une tension supérieure à celle prévue
Si nous disposons d'un relais en 6 volts et que nous voulons l’utiliser dans un circuit alimenté avec une tension supérieure, par exemple 18 volts, cela n'est possible que si nous plaçons une diode zener ou une résistance chutrice en série dans sa bobine.
Si nous utilisons une diode zener (voir figure 3), sa tension de travail sera calculée en soustrayant la valeur de la tension du relais à la tension présente dans le circuit.
Ainsi, si nous avons un relais de 6 volts à alimenter avec une tension de 18 volts, nous devons utiliser une diode zener de :


18 – 6 = 12 volts

Pour calculer la puissance que doit avoir cette diode zener, nous pouvons utiliser la formule suivante :


watts = (volts relais : ohms relais) x volts zener

Ainsi, si nous avons un relais de 6 volts avec une bobine de 100 ohms, nous devons utiliser une diode zener de 12 volts pouvant dissiper une puissance de :


(6 : 100) x 12 = 0,72 watt

Nous choisirons donc une diode zener de 1 watt.
Si, à la place de la diode zener, nous voulons insérer une résistance en série (voir figure 4), pour calculer sa valeur ohmique, nous devons procéder à deux opérations simples.
Avec la première, nous soustrayons de la tension d’alimentation la tension de travail du relais, puis, connaissant la tension à faire chuter et la résistance ohmique du relais, nous pouvons calculer la valeur de la résistance à placer en série dans la bobine du relais.
Ainsi, si nous avons un relais de 6 volts à alimenter avec une tension de 18 volts, nous devons créer une chute de tension de :


18 – 6 = 12 volts

Connaissant la valeur de la tension à faire chuter, nous mesurons la résistance ohmique du relais et en admettant avoir trouvé 100 ohms, nous pouvons calculer la valeur de la résistance à connecter en série dans la bobine, en utilisant la formule :


ohms = volts à chuter : (volts relais : ohms relais)

En insérant les données déjà connues nous obtenons :


12: (6 : 100) = 200 ohms

Cette valeur n’étant pas standard, nous pouvons adopter la valeur de 220 ohms.
Pour calculer la puissance que doit dissiper cette résistance, nous vous conseillons d’utiliser cette formule :


Watt = (volts à chuter x volts à chuter): ohms

Sachant que la chute de tension est de 12 volts et que la résistance reliée en série avec le relais doit avoir une valeur de 220 ohms, nous devons la choisir d’une puissance qui ne soit pas inférieure à :


(12 x 12) : 220 = 0,65 watt

Nous utiliserons donc une résistance de 1 watt.

Figure 2: Si, pour exciter un relais, nous utilisons un transistor, nous devons appliquer sur sa base, un courant en mesure de le porter à saturation (lire le texte).
R1 = 8 200 Ω
R2 = 47000 Ω
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN

Figure 3 : Peu de gens savent que l’on peut exciter un relais avec une tension supérieure à sa tension de service, uniquement en insérant une diode zener en série dans sa bobine.
R1 = 8 200 Ω
R2 = 47000 Ω
DS1 = Diode 1N4007
DZ1 = Diode zener (voir texte)
TR1 = Transistor NPN

Figure 4: Pour exciter un relais avec une tension supérieure à sa tension de service, nous pouvons remplacer la diode zener par une résistance ordinaire de 1 ou 2 watts.
R1 = 8 200 Ω
R2 = 47000 Ω
R3 = Voir texte
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN

La diode en parallèle sur la bobine
Dans tous les circuits qui utilisent des relais, nous trouvons une diode au silicium reliée en parallèle sur la bobine (voir figure 5). Vous vous êtes certainement demandés quelle était sa raison d'être.
Tout le monde ne sait pas que lorsqu’on coupe la tension d’excitation qui a été appliquée à une quelconque charge inductive, aux bornes de la bobine, se manifeste une surtension, dont les pics peuvent dépasser de 50 fois la valeur de la tension d’alimentation (voir figure 6).
Ainsi, si nous avons un relais excité avec une tension de 12 volts, dès que nous coupons l’alimentation aux bornes de sa bobine nous trouvons un pic de surtension qui peut atteindre plus de 600 volts.
Si, pour exciter un relais, nous utilisons un transistor, ces pics de surtension successifs peuvent facilement le mettre hors d’usage.
Ces très rapides impulsions de surtension, peuvent êtres vues sur l’écran d’un oscilloscope mais ne sont pas mesurables avec un multimètre.
En connectant, en parallèle sur la bobine du relais, une diode au silicium ayant une tension de travail supérieure à 600 volts, par exemple une 1N4004 ou une 1N4007, nous éliminons ces pics de surtension en évitant ainsi la destruction du transistor.
Parfois, dans certains schémas électriques, nous trouvons également, reliée en parallèle à la diode au silicium, une diode LED alimentée par l’intermédiaire d’une résistance (voir figure 7).
Cette diode LED est placée dans les circuits où il est utile de visualiser l'excitation du relais, car elle ne s'allumera que dans cette condition seulement.
La valeur ohmique de la résistance à connecter en série à la diode LED est calculée grâce à la formule suivante :


ohms = (Vcc – 1,5) : 0,015

Vcc = tension d’alimentation,
1,5 = chute de tension dans la LED,
0,015 = courant moyen consommé par la LED.

Ainsi, si nous avons un circuit alimenté avec une tension de 12 volts, nous devons utiliser une résistance de :


(12 – 1,5) : 0,015 = 700 ohms

Cette valeur n’étant pas standard, nous utilisons une résistance de 680 ohms.
Si nous voulons une luminosité supérieure, nous pouvons utiliser une résistance de 560 ohms, par contre si nous souhaitons une luminosité inférieure, nous pouvons utiliser une résistance de 820 ohms.
Si nous avons un circuit alimenté avec une tension de 5 volts, nous devons utiliser une résistance de :


(5 – 1,5) : 0,015 = 233 ohms

On utilisera une valeur standard de 220 ohms.
Si nous souhaitons une luminosité plus forte, la résistance sera de 180 ohms, pour une luminosité plus faible, elle sera de 270 ohms.
La diode LED, sera connectée avec sa patte la plus longue (l'anode) vers le positif de l’alimentation, sinon, elle ne peut pas s’allumer (voir figure 7).

Figure 5: En parallèle sur la bobine d’un relais, nous trouvons toujours une diode au silicium dont la cathode est orientée vers la tension positive de l’alimentation.
R1 = 8 200 Ω
R2 = 47000 Ω
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN

Figure 6 : Chaque fois que le transistor coupe la tension d’alimentation de la bobine du relais, un pic de tension est généré. Ce pic (surtension) peut dépasser 600 volts.

Figure 7 : En connectant une diode dans le collecteur, en parallèle sur la bobine du relais, nous ne courons pas le risque de mettre hors service le transistor. La diode LED connectée, elle aussi, en parallèle sur la diode DS1, s'allume lorsque le relais est excité. Remarquez que son anode, via R3, est raccordée au positif de l'alimentation. Dans le cas contraire, elle ne s'allumerait pas.
R1 = 8 200 Ω
R2 = 47000 Ω
R3 = 680 Ω
DS1 = Diode 1N4007
DL1 = Diode LED
TR1 = Transistor NPN

Les contacts du relais
Dans tous les relais classiques, nous trouvons 3 bornes de sortie, qui font office d’inverseur (voir figure 8).
La lamelle centrale, (C, le commun) est toujours en contact avec une des deux bornes de sortie (NF, contact normalement fermé ou fermé au repos). Elle bascule sur le contact opposé (NO, contact normalement ouvert ou ouvert au repos) lorsque le relais est excité.
Si, dans votre relais, vous avez 6 bornes de sortie, plus les deux de la bobine, à l’intérieur, vous avez deux inverseurs (voir figure 10).
Sur le corps du relais, il devrait toujours y avoir indiqué la valeur en ampères que les contacts peuvent supporter : 0,5, 1, 2, 3, 5, 10, etc. ampères.
Si, au collage du relais, les contacts sont parcourus par des courants ou des tensions élevés, on peut facilement avoir des rebonds (voir figure 11) en mesure de provoquer des étincelles qui, au fil du temps, pourraient les endommager.
Pour éviter cet inconvénient, il est conseillé de placer, en parallèle sur les contacts de sortie, un condensateur au polyester d’une capacité de 10000pF (10 nF) (voir figure 12).
Si les contacts sont utilisés pour commander des appareils alimentés en 220 volts le condensateur devra avoir une tension de service de 600 volts.
Si les contacts sont utilisés pour commander des appareils alimentés avec une tension ne dépassant pas 40 volts, le condensateur pourra avoir une tension de service de 100 volts.

Figure 8 : Lorsqu’un relais est au repos, la borne centrale (C, le commun) de l’inverseur est en contact avec la borne supérieure, ce qui donne le contact NF (normalement fermé ou fermé au repos).

Figure 9 : Lorsque le relais est activé, la borne centrale (C, le commun) de l’inverseur commute sur le contact de la borne inférieure, qui est le contact NO (normalement ouvert ou ouvert au repos).

Figure 10 : Il existe des relais équipés de deux inverseurs (trois, quatre et quelquefois plus), utiles pour commuter des circuits séparés.

Figure 11: A la fermeture des contacts, il se produit toujours des rebonds, qui génèrent de petites étincelles (arcs). Si aucune précaution n'est prise, les contacts seront rapidement détériorés.

Figure 12 : En plaçant des condensateurs au polyester (voir C1-C2), ayant une capacité de 10 000 pF sur les contacts de sortie du relais, nous éviterons ces étincelles.

Comment alimenter un relais avec une tension alternative ?
Si nous alimentons directement un relais avec une tension alternative prélevée au secondaire en 8, 9 ou 10 volts d’un transformateur alimenté à partir du secteur 220 volts, celui-ci se mettra à vibrer à une fréquence de 50 hertz.
Pour palier cet inconvénient, nous pouvons connecter en série avec la tension alternative, une diode au silicium de 0,5 ampère, puis lisser la tension redressée avec un condensateur électrolytique de 470 à 1 000 microfarads (voir figure 13).

Figure 13: Si nous voulons alimenter un relais avec une tension alternative, nous devons tout d’abord redresser la tension avec une diode de 0,5 ampère, puis la filtrer avec un condensateur électrolytique de 1 000 microfarads.
R1 = 8 200 Ω
R2 = 47000 Ω
C1 = 1 000 μF
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN

De la théorie à la pratique
Après cette brève description théorique, nous vous présentons différents schémas pratiques que vous trouverez sans doute très intéressants.
Dans la liste des composants de chaque schéma, nous n’avons pas précisé la tension de travail du relais, car, l'alimentation étant de 12 volts, cela sous-entend que le relais doit être un modèle 12 volts !

Une porte NAND et un transistor
Si nous réalisons le schéma visible à la figure 14, utilisant une porte NAND et un transistor NPN, le relais demeure toujours excité. Il ne revient au repos que lorsqu’on appuie sur le poussoir P1.
En fonction des niveaux logiques appliqués sur les entrées d’une porte NAND, nous retrouvons les niveaux logiques suivants sur sa sortie :


L'une des deux entrées étant forcée au niveau logique 0 par la résistance R1 de 10000 ohms et l’autre entrée étant au niveau logique 1, sur la sortie, nous retrouvons un niveau logique 1, donc une tension positive. Cette tension positive porte la base du transistor NPN à saturation, excitant ainsi le relais.
Lorsque nous appuyons le poussoir P1, nous appliquons un niveau logique haut sur l’entrée qui était au niveau logique 0 et comme nous pouvons le voir sur la table de vérité, lorsque les deux entrées sont au niveau logique 1, nous retrouvons un niveau logique 0 sur la broche de sortie. Ce niveau ne permet plus de maintenir le transistor en saturation, le relais retourne au repos.
Si la porte NAND est un modèle TTL, nous devons obligatoirement l’alimenter avec une tension de 5 volts et, dans ce cas, la résistance R2, connectée en série dans la base, devra avoir une valeur ohmique comprise entre 2700 et 3300 ohms, même si nous alimentons le transistor avec une tension de 12 volts.
Si la porte NAND est un modèle CMOS, nous devons obligatoirement l’alimenter avec une tension de 12 volts et, dans ce cas, la résistance R2, connec tée en série dans la base, devra avoir une valeur ohmique comprise entre 8200 et 10 000 ohms.
Si nous voulons que le relais demeure toujours au repos et ne soit excité que lorsqu’on appuie sur le poussoir P1, nous devons utiliser une seconde porte NAND (voir IC1-B, figure 15), montée en inverseur.
Comme porte NAND TTL, nous pouvons utiliser des circuits intégrés SN7400.
Par contre, comme porte NAND CMOS il faudra utiliser des circuits intégrés CD4011 (voir figure 17 et 18).
Comme transistor, nous pouvons choisir un quelconque NPN de moyenne puissance en mesure de débiter un courant maximum de 100 mA.

Figure 14 : Pour exciter un relais avec une porte NAND, nous devrons connecter un transistor NPN sur sa sortie. Si la porte NAND est en CMOS, pour la résistance R2, nous utiliserons une valeur de 8 200 ohms, si elle est en TTL, nous conseillons d’utiliser une valeur de 2 700 ou 3 300 ohms.
R1 = 10000 Ω
R2 = Voir texte pour TTL ou CMOS
R3 = 47000 Ω
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Porte NAND TTL ou CMOS
P1 = Poussoir

Une porte NOR et un transistor
Si nous réalisons le schéma visible sur la figure 16, utilisant une porte NOR et un transistor NPN, le relais demeure toujours au repos et n'est excité que lorsqu’on appuie sur le poussoir P1.
En fonction des niveaux logiques appliqués sur les entrées d’une porte NOR, nous retrouvons les niveaux logiques suivant sur sa sortie :


Une des deux entrées étant forcée au niveau logique 1 par la résistance R1 de 10 000 ohms et l’autre entrée étant au niveau logique 0, sur la sortie, nous retrouvons un niveau logique 0. Aucune tension n'est donc présente sur la base du transistor NPN, celui-ci n’étant pas polarisé, il ne peut pas exciter le relais.
Lorsque nous appuyons le poussoir P1, nous appliquons un niveau logique 1 sur l’entrée qui était au niveau logique 0 et comme nous pouvons voir sur la table de vérité, lorsque les deux entrées sont au niveau logique 0, sur la broche de sortie, nous retrouvons un niveau logique 1. Ce niveau permet de maintenir le transistor en saturation, le relais est excité.
Si la porte NOR est un modèle TTL, nous devons obligatoirement l’alimenter avec une tension de 5 volts et, dans ce cas, la résistance R2, connectée en série avec la base, devra avoir une valeur ohmique comprise entre 2 700 et 3 300 ohms, même si nous alimentons le transistor avec une tension de 12 volts.
Si la porte NOR est un modèle CMOS, nous devons obligatoirement l’alimenter avec une tension de 12 volts et, dans ce cas, la résistance R2, connectée en série avec la base, devra avoir une valeur ohmique comprise entre 8200 et 10 000 ohms.
Si nous voulons que le relais demeure toujours au repos et ne soit excité que lorsqu’on appuie sur le poussoir P1, nous devons utiliser une porte NAND (voir IC1-B, figure 15) montée en inverseur pour suivre la porte NOR. Comme porte NOR TTL, nous pouvons utiliser des circuits intégrés SN7402. Par contre, comme porte NOR CMOS, il faudra utiliser des circuits intégrés CD4001 (voir figure 17 et 18).
Dans les schémas électriques nous n’avons pas reporté le numéro des broches d’entrée et de sortie, car on peut utiliser n’importe laquelle des 4 portes.

Figure 15: Si nous voulons exciter le relais en appuyant sur P1, nous devrons utiliser deux portes NAND (voir IC1-A et IC1-B).
R1 = 10000 Ω
R2 = Voir texte pour TTL ou CMOS
R3 = 47000 Ω
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Porte NAND TTL ou CMOS
P1 = Poussoir

Figure 16: Pour exciter un relais avec une porte NOR, nous devrons connecter un transistor NPN sur sa sortie. Une des deux entrées de la porte NOR est connectée à la masse et l’autre au positif à travers la résistance R1.
R1 = 10000 Ω
R2 = Voir texte pour TTL ou CMOS
R3 = 47000 Ω
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Porte NOR TTL ou CMOS
P1 = Poussoir

Figure 17 : Brochages, vus de dessus, des deux circuits intégrés CMOS 4011 et 4001. Le circuit intégré 4011 contient quatre portes NAND et le 4001, quatre portes NOR. La broche Vcc est connectée au positif de l’alimentation et la GND à la masse.

Figure 18 : Brochages, vus de dessus, des deux circuits intégrés TTL, 7400 et 7402. Le circuit intégré 7400 contient quatre portes NAND et le 7402 quatre NOR. La broche Vcc est connectée à une tension positive de 5 volts et la GND à la masse.

FLIP-FLOP avec portes NAND
Sur le schéma donné en figure 14, où une seule porte NAND est utilisée, le relais demeure toujours excité et ne retombe qu'en appuyant sur P1.
Sur le schéma donné en figure 15, où deux portes NAND sont utilisées, le relais demeure toujours au repos jusqu’à ce qu’on appuie sur P1.
Si on veut réunir ces deux possibilités, il convient d’utiliser un circuit FLIP-FLOP du type SET-RESET, qui, comme cela est visible à la figure 19, utilise deux portes NAND.
Un appui sur le poussoir P2-SET, le relais est excité et demeure excité jusqu’à ce qu’on appuie sur le bouton poussoir P1-RESET.
Si nous connectons la résistance R3 de la base du transistor à la sortie de la porte NAND IC1-A, au lieu de la porte NAND IC1-B, le relais sera excité en appuyant le bouton poussoir P1-RESET et demeurera excité jusqu’à une pression sur le poussoir P2-SET.
La résistance R1 et le condensateur C1, connectés sur l’entrée de la porte NAND sur laquelle se trouve le bouton poussoir RESET, contraignent le FLIP-FLOP à commuter la broche de sortie de IC1-B sur le niveau logique 0, à chaque mise sous tension.
Sans ces deux composants, nous pouvons retrouver en sortie, indifféremment, un niveau logique 1 ou 0.
Si, pour réaliser ce schéma, nous utilisons des portes NAND TTL, la résistance R3 doit avoir une valeur de 2700 ou 3 300 ohms, par contre, si nous utilisons des portes NAND CMOS, la résistance R3 doit avoir une valeur de 8200 ou 10 000 ohms.

Figure 19 : Schéma électrique d’un FLIP-FLOP qui utilise deux portes NAND CMOS. Le poussoir P2-SET, sert pour exciter le relais, par contre le bouton poussoir P1-RESET, sert à le mettre au repos. Si vous utilisez des portes NAND TTL, rappelez-vous qu’elles sont alimentées en 5 volts maximum.
R1 = 10 000 Ω
R2 = 10 000 Ω
R3 = 8 200 Ω
R4 = 47 000 Ω
C1 = 10 000 pF
C2 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Porte NAND CMOS
P1 = Poussoir RESET
P2 = Poussoir SET

FLIP-FLOP avec portes NOR
Dans le schéma donné en figure 16, le relais est normalement au repos et n'est excité que lors d’un appui sur le bouton poussoir P1. Dès que le poussoir est relâché, le relais revient au repos.
Si vous avez besoin d’un circuit avec lequel un appui sur un bouton poussoir permette d’exciter un relais qui demeure dans cette position jusqu’à ce qu’un autre bouton poussoir soit appuyé à son tour, vous pouvez utiliser un FLIP-FLOP du type SET-RESET mettant en oeuvre des portes NOR (voir figure 20).
En appuyant le poussoir P2-SET, le relais est excité et demeure excité jusqu’à ce que le poussoir P1-RESET soit appuyé à son tour.
En connectant la résistance R3 de la base du transistor à la sortie de la porte NOR IC1-A, au lieu de la porte NOR IC1-B, le relais sera excité en appuyant le poussoir P1-RESET et demeurera excité jusqu’à ce qu’intervienne un appui sur le poussoir P2-SET.
La résistance R1 et le condensateur C1 connectés sur l’entrée de la porte NOR où se trouve le poussoir RESET, obligent le FLIP-FLOP à commuter la broche de sortie d’IC1-B sur le niveau logique 0, à chaque fois que le circuit est mis sous tension.
Sans ces deux composants, nous pouvons retrouver en sortie, indifféremment, un niveau logique 1 ou 0.
Si dans ce schéma, nous utilisons des portes NOR TTL, la résistance R3 connectée sur la base doit avoir une valeur de 2 700 à 3 300 ohms ; par contre, si nous utilisons des portes NOR CMOS, cette résistance doit avoir une valeur de 8 200 à 10 000 ohms.

Figure 20: Schéma électrique d’un FLIP-FLOP qui utilise deux portes NOR CMOS.
Le poussoir P2-SET, sert pour exciter le relais, par contre le bouton poussoir P1-RESET, sert à le mettre au repos. Si vous utilisez des portes NOR TTL, rappelez vous qu’elles sont alimentées en 5 volts maximum.

R1 = 10 000 Ω
R2 = 10 000 Ω
R3 = 8 200 Ω
R4 = 47 000 Ω
C1 = 10 000 pF
C2 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Porte NOR CMOS
P1 = Poussoir RESET
P2 = Poussoir SET

Exciter un relais lorsque la tension dépasse une valeur donnée
Dans de nombreuses applications, il peut être intéressant de disposer d’un circuit permettant d’exciter un relais, uniquement lorsque la tension Vin, appliquée sur la broche non-inverseuse (+), dépasse une certaine valeur et qui, automatiquement, le ramène au repos lorsque cette tension descend au-dessous d’un seuil que nous pouvons fixer nous-mêmes. Ce circuit, s’il se trouve connecté à la sortie d’une alimentation stabilisée, pourra couper son alimentation secteur dans l’éventualité où la tension de sortie dépasserait un seuil prédéfini.
En utilisant une résistance NTC, connectée comme cela est visible sur la figure 21, nous pouvons exciter le relais lorsque la température dépassera une certaine valeur. Lorsque cette température redescendra au-dessous du seuil que nous avons prédéfini, le relais reviendra au repos.
Ce circuit pourrait être utile pour commander un ventilateur destiné au refroidissement d'un dissipateur thermique ou bien pour actionner l'avertisseur acoustique d’une étuve ou d'un four lorsque sa température dépassera le seuil que nous avons prédéterminé.
La valeur de la résistance R1 n’a pas été reportée dans la liste des composants, car elle doit avoir la même valeur ohmique que la résistance NTC.
Si, à la place de la NTC, nous utilisons une photorésistance en la connectant comme cela est visible sur la figure 22, nous pouvons réaliser un interrupteur crépusculaire simple, qui commandera le relais lorsque la lumière ambiante descendra en dessous d’une certaine valeur.
Sur les contacts du relais, sera connectée la lampe que nous voulons allumer, à la tombée de la nuit, par exemple.
Pour réaliser ce circuit, il faut utiliser un amplificateur opérationnel du type LM358 et un transistor NPN.
Le circuit LM358, renferme deux amplificateurs opérationnels (voir figure 25), un de ceux-ci n’est pas utilisé.
Dans ce circuit, nous ne pouvons pas utiliser des amplificateurs opérationnels du type TL081, LF351, UA141, UA741 ou d’autres équivalents, car ils doivent êtres alimentés avec une tension symétrique.
Les deux résistances R2 et R3, connectées sur l’entrée inverseuse (–) (voir figure 21 et 22), nous servent pour obtenir une tension que nous appellerons tension de référence ou de seuil.
Tant qu'il n’arrive aucune tension dépassant la valeur de la tension de référence sur l’entrée non-inverseuse (+), nous retrouvons un niveau logique 0 sur la broche de sortie. Dans ces conditions, le transistor TR1 n’étant pas polarisé, il ne pourra pas exciter le relais connecté sur son collecteur.
Lorsque, sur l’entrée non-inverseuse, arrive une valeur de tension supérieure à celle présente sur l’entrée inverseuse, nous retrouvons un niveau logique 1 sur la broche de sortie et, dans ces conditions, le transistor TR1 passe en saturation, excitant le relais connecté dans son collecteur.
La valeur de la tension de référence ou de seuil, se calcule avec la formule :


Volts référence = (Vcc x R3) : (R3 + R2)

Vcc = tension d’alimentation d’IC1,
R2, R3 = valeur en kilohms des deux résistances.

Figure 21 : Schéma électrique d’un thermostat qui utilise un amplificateur opérationnel LM358. La valeur de la résistance R1, doit être identique à la valeur de la NTC mesurée à une température de 25° Celsius. Le brochage du LM358 est visible à la figure 25.
R1 = Voir texte
R2 = 5600 Ω
R3 = 10000 Ω trimmer
R4 = 1 MΩ
R5 = 8 200 Ω
R6 = 47000 Ω
C1 = 100 000 pF
C2 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
NTC = Résistance NTC
IC1 = Intégré LM358

Figure 22 : Schéma électrique d’un interrupteur crépusculaire qui utilise une
photorésistance. Le trimmer R3 sert à déterminer le niveau d’obscurité pour
lequel le relais sera excité. La photorésistance FR1 et la résistance R1 peuvent
être interverties.
R1 = 22000 Ω
R2 = 5600 Ω
R3 = 10000 Ω trimmer
R4 = 1 MΩ
R5 = 8 200 Ω
R6 = 47000 Ω
C1 = 100 000 pF
C2 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
FR1 = Photorésistance
IC1 = Intégré LM358

En admettant alimenter l’amplificateur opérationnel avec une tension de 12 volts et utiliser deux résistances R2 et R3 d’une valeur de 10 kilohms, le relais sera excité lorsque nous appliquerons, sur l’entrée non-inverseuse, une tension dépassant les :


(12 x 10) : (10 + 10) = 6 volts

Si, pour la résistance R2, nous utilisons une valeur de 22 kilohms et pour la résistance R3 une valeur de 1,8 kilohm, le relais ne sera excité que lorsque nous appliquerons, sur l’entrée non-inverseuse, une tension de :


(12 x 1,8) : (1,8 + 22) = 0,9 volt

Comme nous savons que toutes les résistances ont une tolérance, si nous avons besoin d’une tension de référence très précise, il convient d’apporter une petite modification au circuit.
Pour R2, nous pouvons utiliser une résistance fixe de 22000 ohms; par contre, pour la résistance R3, nous connecterons un petit trimmer de 47 000 ohms, que nous réglerons de manière à obtenir, sur l’entrée inverseuse, une tension de référence précise.

Mettre au repos un relais lorsque la tension dépasse une valeur donnée
Dans quelques applications, il peut être intéressant de disposer d’un circuit dont le relais soit excité immédiatement et ne revienne au repos que lorsque la tension Vin, appliquée sur l’entrée, dépasse une certaine valeur.
Bien entendu, le relais sera de nouveau excité lorsque cette tension redescendra en dessous du seuil que nous avons prédéfini.
Pour obtenir cette condition, il suffit d’appliquer les deux résistances R2 et R3 sur l’entrée non-inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1 et la tension Vin sur l’entrée inverseuse (voir figure 24).
Tant que, sur l’entrée inverseuse (–), la tension ne dépasse pas la valeur de la tension de référence, nous trouvons un niveau logique 1 sur la broche de sortie. Dans ces conditions, le transistor TR1 passe en saturation, ce qui permet d’exciter le relais connecté dans son collecteur.
Lorsqu'une tension de valeur supérieure à celle présente sur l’entrée noninverseuse parvient sur l’entrée inverseuse, nous trouvons un niveau logique 0 sur la broche de sortie. Dans ces conditions, le transistor TR1 n'étant plus conducteur, le relais n'est plus excité.
La valeur de la tension de référence se calcule avec la formule suivante :


Volts référence = (Vcc x R3) : (R3 + R2)

Vcc = tension d’alimentation d’IC1,
R2, R3 = valeur en kilohms des deux résistances.

En admettant alimenter l’amplificateur opérationnel avec une tension de 12 volts et utiliser deux résistances R2 et R3 d’une valeur de 10 kilohms, le relais reviendra au repos lorsque nous appliquerons, sur l’entrée inverseuse, une tension dépassant les :


(12 x 10) : (10 + 10) = 6 volts

Si, pour la résistance R2, nous utilisons une valeur de 22 kilohms et pour la résistance R3 une valeur de 1,8 kilohm, le relais ne reviendra au repos que lorsque nous appliquerons, sur l’entrée non-inverseuse, une tension de :


(12 x 10) : (1,8 + 22) = 0,9 volt

Dans ce circuit aussi, il est possible d’utiliser pour R2, une résistance de 22 000 ohms et pour R3, un trimmer de 47 000 ohms.

Figure 23 : Avec ce schéma, le relais ne sera excité que lorsque la tension Vin sur la broche non-inverseuse (+) dépassera la valeur de seuil présent sur la broche inverseuse (–). En substituant un trimmer à la résistance R3, il est possible de faire varier la valeur du seuil.
R1 = 47 000 Ω
R2 = Voir texte
R3 = Voir texte
R4 = 8 200 Ω
R5 = 47 000 Ω
C1 = 100000 pF
C2 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Intégré LM358

Figure 24 : Avec ce schéma le relais demeure toujours excité et ne reviendra
au repos que lorsque la tension Vin sur la broche inverseuse (–) dépassera la
valeur du seuil présent sur la broche non-inverseuse (+). Lire le texte pour
déterminer la valeur du seuil.
R1 = 47 000 Ω
R2 = Voir texte
R3 = Voir texte
R4 = 8 200 Ω
R5 = 47 000 Ω
C1 = 100000 pF
C2 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Intégré LM358

Figure 25 : Brochages, vus de dessus, des deux circuits intégrés LM358 et NE555 utilisés dans les schémas de cet article. La broche +V est connectée à la tension positive d’alimentation et la broche GND à la masse. Précisons qu'un seul des deux amplificateurs inclus dans le LM358 est utilisé.

Un temporisateur simple
Le circuit utilisant un NE555, visible à la figure 26, est un temporisateur simple qui ne requiert pas l’utilisation d’un transistor, car sa broche de sortie 3 est en mesure de débiter un courant de 200 mA.
En appuyant le poussoir P1, le relais est excité et demeure excité pour une durée que nous pouvons déterminer en modifiant la valeur de la résistance R2 et du condensateur C1.
Ce circuit sera plus spécialement utilisé comme minuterie pour garder allumée, durant un temps donné, la lumière d’une pièce ou la lampe d’exposition d’un agrandisseur ou d’une insoleuse.
Pour calculer le temps durant lequel le relais demeure excité, on peut utiliser la formule suivante :


temps en secondes = 0,0011 x R2 x C1

R2 = valeur en kilohms de la résistance,
C1 = valeur en microfarads du condensateur.

Si, dans le circuit, nous avons utilisé une résistance de 47 kilohms et un condensateur électrolytique de 100 microfarads, le relais reviendra au repos après une durée de :


0,0011 x 47 x 100 = 5 secondes

Pour augmenter la durée, il suffit d’augmenter la valeur de la résistance R2 ou bien celle du condensateur C1.
Si nous voulons atteindre une durée d’environ 42 secondes, il suffit d’utiliser une résistance de 82 kilohms et un condensateur de 470 microfarads.


0,0011 x 82 x 470 = 42 secondes

Connaissant la durée que nous voulons obtenir, nous pouvons calculer la valeur de la résistance R2 si nous connaissons la valeur du condensateur C1 ou bien calculer la valeur du condensateur C1, si nous connaissons la valeur de la résistance R2, en utilisant ces deux formules simples :


R2 kilohms = secondes : (0,0011 x microfarads)



C1 microfarads = secondes : (0,0011 x kilohms)

Ainsi, si nous voulons obtenir une durée de 3 secondes, en utilisant un condensateur de 100 microfarads, devrons choisir une résistance de :


3: (0,0011 x 100) = 27,27 kilohms

Si nous voulons obtenir une durée de 8 secondes, en utilisant une résistance de 33 kilohms, nous devrons choisir un condensateur électrolytique de :


8 : (0,0011 x 33) = 220 microfarads

Note importante : comme les condensateurs électrolytiques ont des tolérances qui peuvent atteindre 40 %, nous parviendrons difficilement à atteindre les durées exactes calculées avec les formules.
Pour obtenir des durées très précises, il est conseillé d’utiliser, pour R2, une valeur réduite de moitié, par rapport à la valeur requise, puis de mettre en série avec cette résistance, un trimmer que nous pourrons régler afin d’obtenir la durée souhaitée.
Le décomptage du temps commence à l’instant ou le bouton poussoir P1 est relâché. Ne gardez donc pas le poussoir appuyé trop longtemps, mais effectuez une brève pression.

Figure 26: Schéma électrique d’un temporisateur qui utilise le circuit intégré NE555. Pour faire varier la durée de la temporisation, il faut connecter un trimmer en série avec la résistance R2.
R1 = 10000 Ω
R2 = Voir texte
C1 = Voir texte
C2 = 10000 pF
C3 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
IC1 = Intégré NE555
P1 = Poussoir

Relais à excitation retardée
Dans certaines applications, il peut être utile que le relais soit excité avec un certain retard. Une de ces applications est la connexion d'enceintes acoustiques à un amplificateur, quelques secondes après sa mise sous tension, afin d'éviter le “toc” dans les haut-parleurs.
Pour réaliser un circuit qui excite un relais avec un retard, nous pouvons à nouveau utiliser le circuit intégré NE555, en le connectant comme sur la figure 27.
Pour calculer le temps de retard, nous pouvons utiliser la formule :


temps en secondes = 0,0011 x R1 x C1

R1 = valeur en kilohms de la résistance,
C1 = valeur en microfarads du condensateur.

Si, dans le circuit, nous avons utilisé une résistance de 47 kilohms et un condensateur électrolytique de 100 microfarads, le relais sera excité après une durée de :


0,0011 x 47 x 100 = 5 secondes

Pour augmenter la durée, il suffit d’augmenter la valeur de la résistance R1 ou du condensateur C1.
Si nous voulons exciter le relais après une durée d’environ 3 secondes, il suffit d’utiliser une résistance de 68 kilohms et un condensateur de 47 microfarads :


0,0011 x 68 x 47 = 3,5 secondes

Nous savons que tous les condensateurs électrolytiques ont des tolérances qui peuvent atteindre 40 %. Pour obtenir des temps précis, il est conseillé d’utiliser pour R1, une valeur de 56000 ohms et de lui relier, en série, un trimmer de 22000 ou 47 000 ohms.
En réglant ce trimmer, nous pouvons obtenir le temps de retard souhaité.
Connaissant le temps que nous voulons obtenir, nous pourrons calculer la valeur de la résistance R1, en connaissant la valeur du condensateur C1 ou bien calculer la valeur du condensateur C1 en connaissant la valeur de la résistance R1 en utilisant les formules suivantes :


R1 kilohms = secondes : (0,0011 x microfarads)



C1 microfarads = secondes : (0,0011 x kilohms)

Le circuit à excitation retardée, peut également être réalisé à l’aide de deux portes NAND CMOS, que nous pouvons alimenter avec une tension continue qui ne soit pas inférieure à 5 volts ni supérieure à 15 volts.
Comme nous pouvons le voir sur la figure 28, une des deux entrées de la porte NAND IC1-A est reliée au positif de l’alimentation, donc elle se trouve au niveau logique 1. Par contre, l’entrée opposée est reliée au positif à travers la résistance R1 et le condensateur électrolytique C1.
A la mise sous tension, sur l’entrée à laquelle est connecté le condensateur électrolytique C1, nous avons un niveau logique 0. Ainsi, si nous contrôlons la table de vérité de la porte NAND, nous verrons qu’avec les niveaux logiques 1-0 sur deux entrées, nous retrouvons un niveau logique 1 sur la broche de sortie. Ce niveau 1 arrivant sur les entrées de la seconde porte NAND IC1-B, connectée en inverseur, donne, sur la broche de sortie, un niveau logique 0 qui ne pourra pas polariser la base de TR1. Après quelques secondes (cela dépend de la valeur de la résistance R1 et de la capacité de C1), lorsque le condensateur C1 se sera complètement chargé, nous trouverons un niveau logique 1 sur cette entrée. Ainsi, avec deux niveaux logiques 1 sur les entrées de IC1-A, nous retrouverons un niveau logique 0 sa broche de sortie. Ce niveau 0 arrivant sur les entrées de la seconde porte NAND IC1-B, connectée en inverseur, donne, sur la broche de sortie, un niveau logique 1, donc une tension positive, qui, en atteignant la base du transistor TR1, pourra le por ter à saturation, excitant ainsi le relais.
Plus la valeur de la capacité du condensateur électrolytique C1 ou la valeur de la résistance R1 seront élevées, plus il faudra de temps pour exciter le relais.
La diode connectée en parallèle à la résistance R1, sert à décharger très rapidement le condensateur électrolytique lorsqu’on coupe la tension d’alimentation du circuit.

Figure 27: Ce circuit permet de commander l’excitation du relais quelques secondes après la mise sous tension.
Pour faire varier ce délai, il faut modifier la valeur du condensateur électrolytique C1 ou de la résistance R1 (voir texte).

R1 = Voir texte
C1 = Voir texte
C2 = 10 000 pF
C3 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode 1N4007
IC1 = Intégré NE555

Figure 28 : Un relais temporisé peut être également obtenu en utilisant deux portes NAND CMOS.
R1 = Voir texte
R2 = 8 200 Ω
R3 = 47000 Ω
C1 = Voir texte
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
IC1 = Porte NAND CMOS
TR1 = Transistor NPN

Va-et-vient
Si on désire un circuit permettant d’exciter ou de mettre au repos un relais en appuyant sur un seul bouton poussoir, nous devons réaliser le circuit de la figure 29 qui utilise un seul circuit intégré contenant deux FLIP-FLOP du type “D”. En connectant le premier FLIP-FLOP IC1-A comme oscillateur monostable, chaque fois que nous appuyons le bouton poussoir P1, il sortira une impulsion de la broche de sortie Q, qui entrera sur la broche CK (clock) du second FLIP-FLOP IC1-B utilisé comme oscillateur bistable.
A la première impulsion qui entre sur la broche CK de IC1-B, sa broche de sortie Q passe au niveau logique 1 et dans ces conditions, le transistor TR1 passe en saturation, excitant ainsi le relais placé dans son collecteur.
A l’impulsion suivante arrivant sur la broche CK de IC1-B, sa broche de sortie Q passe au niveau logique 0. Ainsi, la tension de polarisation disparaît de la base du transistor qui met le relais au repos.
Certains pourront se demander à quoi peut servir un tel circuit.
Par exemple, sur chaque palier d’un immeuble, vous voulez des boutons poussoirs pour allumer ou éteindre la lumière des escaliers, un circuit ON/OFF (va-et-vient) vous sera très utile.
En fait, pour celui qui se trouve à un étage quelconque et qui désire descendre d’un étage, il suffit qu’il actionne le poussoir qui se trouve à son étage pour allumer la lumière et, arrivé à l’étage souhaité, il lui suffit d’appuyer sur le poussoir de cet étage, relié en parallèle avec les autres, pour éteindre la lumière.

Figure 29: En utilisant un circuit intégré CMOS type 4013, contenant deux FLIPFLOP
type “D” (voir figure 30), nous pouvons réaliser un circuit ON-OFF (va-etvient)
permettant d’utiliser un même poussoir pour exciter ou mettre au repos
un relais. Comme dans tout circuit de va et vient, plusieurs poussoirs peuvent
être montés en parallèle.
R1 = 22000 Ω
R2 = 10000 Ω
R3 = 47000 Ω
R4 = 8 200 Ω
R5 = 47000 Ω
C1 = 10 000 pF
C2 = 100000 pF
C3 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4150
DS3 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN
IC1 = Intégré CMOS 4013
RELAIS = 12 volts
P1 = Poussoir

Figure 30: Brochages, vus de dessus, du circuit intégré CMOS 4013. Les deux FLIP-FLOP intégrés sont indépendants et peuvent être utilisés comme bon vous semble. Néanmoins, sur le schéma électrique de la figure 29, pour vous aider dans une éventuelle réalisation, nous avons reporté le numéro des broches et il vous faudra le respecter.

Clignotant avec temporisation variable
Pour exciter et mettre au repos de façon continue un relais, on peut utiliser le schéma donné à la figure 31.
En connectant une ou deux lampes de 12 volts ou de 220 volts sur les sorties du relais, nous obtenons un clignotant simple que nous pourrons utiliser pour un usage publicitaire ou pour signaler un danger.
En tournant le trimmer R3 sur la valeur minimum, nous pouvons obtenir environs 20 impulsions à la minute. Par contre, en le tournant sur sa valeur maximum, nous obtiendrons environ 4 impulsions

à la minute.
En augmentant la valeur de la capacité du condensateur électrolytique C1, nous réduirons le nombre de clignotements par minute. Par contre, en réduisant cette capacité, nous augmentons le nombre de clignotements.

Figure 31 : Avec un seul circuit intégré NE555, nous pouvons réaliser un clignotant simple. Si on a connecté une ampoule sur chacune des bornes de sortie du relais, à la mise sous tension, l'une s’éteindra, l’autre s’allumera et ainsi de suite.
R1 = 1 000 Ω
R2 = 15 000 Ω
R3 = 100000 Ω trimmer
C1 = 100 μF
C2 = 10000 pF
C3 = 100 μF
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
IC1 = Intégré NE555
 source : http://electroschema.blogspot.com

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Un timer simple pour charges secteur 230 V de quelques secondes à plusieurs heures


timer simple pour charges secteur :



Figure 1 : Pour ce timer nous n’avons qu’un seul poussoir de “START” (départ).
Pressé, il excite un triac (figure 3) à la sortie duquel vous pouvez relier n’importe
quel appareil fonctionnant sur secteur (dont la puissance ne dépassera
évidemment pas celle admissible par ledit triac !).



Jusqu’à ces dernières années on trouvait des circuits intégrés très polyvalents, comme le SAB0529 et le SAE0530, qu’on pouvait relier directement au secteur 230 V, sans aucun transformateur, puis programmer au moyen d’un dip-switchs afin de construire d’excellents temporisateurs couvrant des durées de quelques secondes à plusieurs dizaines d’heures. Les circuits intégrés étaient utilisés pour réaliser des circuits de temporisation d’allumage des chenillards, des enseignes publicitaires, des machines à bronzer, des machines à insoler les typons (c’est à peu près la même chose, seule la nature de l’UV change…), des effaceurs d’EPROM, des agrandisseurs photo et j’en passe, mais on s’en servait aussi pour actionner des pompes hydrauliques ou des ventilateurs extracteurs de fumée des bars et autres lieux de tabagies .

Figure 2 : L’avantage présenté par
ce circuit intégré CMOS est qu’on
peut le programmer pour la durée
désirée, simplement en déplaçant
les 4 leviers des micro-interrupteurs
de S1.


Notre montage :
Etant donné que ces circuits intégrés ne sont plus produits, nous avons pensé réaliser un bon timer à CMOS CD4536, grâce auquel il serait possible de piloter, par l’intermédiaire d’un transistor TR1, un triac TRC1 sur lequel on pourrait appliquer une charge, ampoule à filament ou au néon, petits transformateurs, petits moteurs électriques, etc., fonctionnant sur secteur 230 V.

Si vous vouliez utiliser un classique relais à la place du triac, afin d’alimenter aussi des charges en courant continu variable de 9 à 230 V, vous devriez suivre un schéma un peu plus complexe, tels que ceux déjà publiés dans ELM.

Le montage que nous vous proposons aujourd’hui est très utile pour apprendre comment procéder pour calculer la valeur du condensateur C2 et de la résistance R4, présents dans l’oscillateur de IC1 (figure 4) et comment programmer les 4 micro-interrupteurs de S1 afin de faire varier la durée de la temporisation.

Figure 3 : Schéma électrique du timer à CMOS 4536. Etant donné que le circuit n’utilise aucun transformateur d’alimentation,
tous ses composants sont directement soumis à la tension du secteur 230 V.


Le schéma électrique :
Vous trouverez le schéma électrique de ce timer simple à CMOS 4536 sur la figure 3. Commençons sa description en partant du cordon secteur 230 V, à droite.

Vous aurez noté qu’un fil de ce cordon est appliqué sur l’anode 1 du triac TRC1 et l’autre sur la charge d’utilisation (représentée par une ampoule).

Comme le circuit intégré IC1 réclame une tension d’alimentation maximum de 12 V environ, la tension du secteur 230 V est abaissée par les deux résistances R12 et R13 puis stabilisée à 12 V par la zener DZ1.

La diode DS3, appliquée sur le fil alimentant le collecteur de TR1 et toutes les broches de IC1, sert à redresser la tension alternative de 12 V fournie par DZ1, tension rendue ensuite continue par le condensateur électrolytique C3 de 470 μF. Chaque fois que nous pressons le poussoir P1 (START), automatiquement, sur les broches de sortie 13 et 14 reliées à la base du PNP TR1, se trouve un niveau logique bas (0) mettant le transistor en conduction et excitant la gâchette du triac. Quand TRC1 conduit, la charge (ici, une ampoule) reliée à son anode A2 s’allume et reste allumée pendant la durée paramétrée sur les micro-interrupteurs de S1.
Figure 4 : A gauche, l’organigramme
du CD4536 et, dessous,
son brochage vu de dessus
et repère-détrompeur en U
vers le haut. La fréquence de
l’étage oscillateur est déterminée
par les valeurs de C2 et R4
(figure 5).



Important :Tous les composants présents sur cette platine timer sont directement reliés à la tension
(mortelle !) du secteur 230 V et, par conséquent, nous vous enjoignons (excusez la violence du mot mais il y va de la vie de nos lecteurs) de ne pas toucher le boîtier métallique du triac ni même les résistances ni surtout les pistes de cuivre du circuit imprimé, car vous risqueriez de ressentir de dangereuses secousses électriques. C’est la raison pour laquelle nous avons choisi de protéger ce montage (ou plutôt ses usagers) par un boîtier entièrement en plastique (figure 10).


Les micro-interrupteurs du facteur de division :
Sur les broches 9, 10, 11 et 12 du CD4536 sont connectés les microinterrupteurs de S1 dont les 4 leviers

placés vers le haut, en position ON (figure 6), permettent de faire varier le facteur de division.
Comme vous pouvez le voir figure 6, on part d’un facteur de division de 512, quand les 4 leviers sont placés vers le bas, puis on double (1 024) quand le levier 1 passe en haut et on double encore (2 048) quand le levier 2 passe en haut alors que 1 est redescendu (etc., voir la progression de la figure 6), jusqu’à un maximum de 16 777 216 quand tous les leviers sont en haut.


La fréquence de l’étage oscillateur :
Pour connaître la fréquence produite par l’étage oscillateur présent à l’intérieur du circuit intégré, vous pouvez utiliser cette formule simple :
Hz = 333 000 : (C2 nF x R4 kilohms)
La capacité du condensateur C2 relié à la broche 4 de IC1 peut varier de 1 500 pF (soit 1,5 nF) à 820 000 pF (soit 820 nF).
La valeur de la résistance R4 reliée à la broche 5 de IC1 peut varier de 12 kilohms à 390 kilohms.
Connaissant la valeur en nF de C2 et celle de la fréquence en Hz, nous pouvons calculer la valeur de R4 en utilisant la formule suivante :
R4 kilohms = 333 000 : (Hz x C2 nF)

Connaissant la valeur en kilohms de R4 et celle de la fréquence en Hz, nous pouvons calculer la capacité de C2 en utilisant la formule suivante :
C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)

Figure 5 : Sur ce tableau sont récapitulées toutes les formules nécessaires pour
calculer la fréquence, le facteur de division et la durée en secondes, minutes et
heures. La capacité de C2 doit être exprimée en nF et la valeur de R4 en kilohms.


Toutes les formules à utiliser :
Sur le tableau de la figure 5, toutes les formules nécessaires pour le calcul des valeurs de la fréquence
en Hz, de la capacité de C2 et de la résistance de R4 sont récapitulées, de façon à pouvoir calculer les
durées de temporisation en fonction du facteur de division.

Comme ces formules pourraient ne pas suffire à la dissipation de tous vos doutes, nous allons vous proposer
quelques exemples de calcul : quelques exercices, en somme !

Figure 6 : En déplaçant les leviers
1, 2, 3 et 4 du dip-switchs S1 vers
le haut ou vers le bas, comme le
montrent les dessins, on obtient le
facteur de division inscrit à droite.


Quel facteurde division choisir:
Même si les durées de temporisation peuvent être calculées sur n’importe lequel des facteurs de division reportés figure 6, nous vous conseillons, pour notre part, de les calculer toujours pour le maximum, c’est-à-dire 16 777 216, ce qui correspond, on l’a vu ci-dessus, aux 4 leviers placés vers le haut.





Nous vous conseillons de choisir le plus grand facteur de division car, si l’on passe aux autres facteurs (inférieurs), toutes les durées de temporisation diminuent : par conséquent, admettons que l’on obtienne avec le plus grand facteur de division (16 777 216) une durée de 24 heures, avec les autres facteurs (inférieurs) nous obtiendrions ces durées :
16 777 216 durée 24 heures
8 388 608 durée 12 heures
4 194 304 durée 6 heures
2 097 152 durée 3 heures
1 048 576 durée 90 minutes
524 288 durée 45 minutes
262 144 durée 22 minutes
131 072 durée 11 minutes
65 536 durée 5 minutes
etc.

Etant donné que nul ne vous oblige à choisir le plus grand facteur 16 777 216, vous pouvez très bien utiliser, pour vos calculs, un facteur différent, par exemple 8 388 608 ou 4 194 304 ou encore 1 048 576, etc.


Les calculs pour une durée de temporisation maximale de 24 heures :
Supposons que nous voulions réaliser un timer alimentant un appareil pendant 24 heures au maximum, nous
devrions procéder comme suit.

Première opération, nous calculerions la valeur de la fréquence que devra produire l’étage oscillateur de IC1 pour atteindre une durée maximale de 24 heures, en utilisant comme facteur de division 16 777 216
(figure 6).

Sur le tableau de la figure 5 se trouve la formule permettant de calculer la fréquence en Hz quand on connaît le facteur de division et la durée en heures :
Hz = facteur de division : (7 200 x heures)

Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
16 777 216 : (7 200 x 24) = 97,06 Hz arrondi à 97 Hz.

Connaissant la fréquence, calculons la capacité de C2 et pour cela prenons cette formule sur le tableau d’école :
C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)

Insérons les données en notre possession, soit la fréquence de 97 Hz précédemment calculée et, quant à
R4, allons chercher sa valeur dans la liste des composants de la figure 3 (33 kilohms), nous obtenons :
333 000 : (97 x 33) = 104 nF.

Etant donné que cette capacité n’est pas normalisée, nous choisirons un condensateur de 100 nF. Pour connaître la durée maximum de temporisation que l’on peut obtenir avec cette capacité, exécutons ces quelques opérations.
La première consiste à calculer la valeur de la fréquence que nous obtiendrons, en utilisant toujours la formule :
Hz = 333 000 : (C2 nF x R4 kilohms)

Sachant que la capacité de C2 est 100 nF et que la résistance de R4 est 33 kilohms, nous obtenons une fréquence de :
333 000 : (100 x 33) = 100,90 Hz

Pour connaître la durée de temporisation en heures, nous prendrons la formule du tableau de la figure 5 :
Durée en heures = Facteur de division : (7 200 x Hz)

Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
16 777 216 : (7 200 x 100,90) = 23 h

Pour atteindre une durée de 24 heures, nous devrons augmenter la capacité de C2 et, pour l’amener à 104 nF, le plus simple est de mettre en parallèle au condensateur de 100 nF un autre condensateur de 3,9 nF. On atteint 103,9 nF. On pourrait aussi mettre en parallèle un condensateur de 82 nF et un de 22 nF.

Figure 7a : Schéma d’implantation des composants du timer EN1509. Dans le
bornier de droite sont insérés les fils du secteur 230 V et dans celui de gauche
ceux de la charge que le triac pilote. Ici, la charge est une ampoule électrique
230 V.
Figure 7b* : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du timer vu côté soudures.


Note : Avant d’utiliser deux condensateurs en parallèle, il faut toujours vérifier quelle durée on obtient avec un condensateur de 100 nF car, tous les condensateurs ayant une tolérance, on ne peut exclure d’office qu’un condensateur marqué “100 nF” ait en fait une capacité réelle de 103 ou 104 nF.


Les calculs pour une duréede temporisation maximalede 10 heures :
Si nous voulions obtenir un timer atteignant une durée de temporisation  maximale de 10 heures, en utilisant
toujours le plus grand facteur de division 16 777 216, nous saurions déjà que la première opération à effectuer est le calcul de la fréquence de l’étage oscillateur de IC1 (C2 et R4), grâce à
la formule :
Hz = facteur de division : (7 200 x heures)

Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
16 777 216 : (7 200 x 10) = 233 Hz

Connaissant la fréquence, nous devons calculer la capacité de C2 et pour cela prenons la formule du tableau de la figure 5 :

C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)
Insérons les données en notre possession, R4 33 kilohms, fréquence 233 Hz, nous obtenons :
333 000 : (233 x 33) = 43,3 nF

Etant donné que cette capacité n’est pas normalisée, mettons en parallèle un condensateur de 39 nF et un de 4,7 nF, ce qui fera une capacité totale de 43,7 nF.


Note : Même si la capacité totale obtenue théoriquement est de 43,7 nF, il vaut mieux vérifier les durées effectives obtenues car, à cause de la tolérance des condensateurs, on ne peut exclure a priori que ces deux condensateurs en parallèle n’auront pas une capacité de 43,3 nF exactement.


Les calculs pour une durée de temporisation maximale de 60 minutes :
Si nous voulions obtenir un timer atteignant une durée de temporisation maximale de 60 minutes, en utilisant non plus le facteur de division 16 777 216 mais un plus petit 4 194 304 (figure 6), la première opération à effectuer serait le calcul de la fréquence de l’étage oscillateur de IC1 (C2 et R4), grâce à la formule :
Hz = facteur de division : (120 x minutes)




Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
4 194 304 : (120 x 60) = 582,54 Hz
Connaissant la fréquence, nous devons calculer la capacité de C2 et pour cela prenons la formule du tableau de la figure 5 :
C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)

Pour obtenir une fréquence de 582,54 Hz en prenant pour R4 33 kilohms, il nous faut un condensateur de :
333 000 : (582,54 x 33) = 17,32 nF

Etant donné que cette capacité n’est pas normalisée, mettons en parallèle un condensateur de 15 nF et un de
2,2 nF, ce qui fera une capacité totale de 17,2 nF.

D’une manière différente, nous pourrions modifier la résistance de R4 ou la capacité de C2, comme par exemple ci-dessous :
C2 - 47 nF R4 - 12 kilohms = 590 Hz
C2 - 39 nF R4 - 15 kilohms = 569 Hz
C2 - 56 nF R4 - 10 kilohms = 594 Hz

Avec les valeurs de C2 et de R4 cidessus
indiquées, vous n’obtiendrez jamais la fréquence exacte 582,54 Hz, mais des valeurs de toute façon très
proches, ce qui fait que les erreurs de durée de temporisation seront minimes et dérisoires, d’autant, rappelons-le, que les condensateurs et les résistances ont une tolérance.

Supposons que nous réussissions à obtenir les 60 minutes recherchées en utilisant le facteur de division de
4 194 304, souvenez-vous qu’en intervenant sur les micro-interrupteurs de S1, il est possible de doubler et diviser par deux les durées, comme ci-après :

16 777 216 durée 240 minutes
8 388 608 durée 120 minutes
4 194 304 durée 60 minutes
2 097 152 durée 30 minutes
1 048 576 durée 15 minutes
524 288 durée 7,5 minutes
262 144 durée 3,75 minutes
131 072 durée 1,87 minutes
65 536 durée 0,93 minutes


Important : Rappelez-vous que les chiffres après la virgule représentent des centièmes de minutes et par conséquent lorsque vous trouvez les nombres 7,50 - 3,75 - 1,87 ne prenez pas les décimales pour des secondes. Pour savoir ce que cela donne en secondes, il suffit de multiplier les décimales par 60, en effet :
0,50 x 60 = 30 secondes
0,75 x 60 = 45 secondes
0,87 x 60 = 52 secondes
0,93 x 60 = 55 secondes


Par suite, les durées obtenues avec les derniers facteurs de division ci-dessus seront :
524 288 durée 7 minutes 30 s
262 144 durée 3 minutes 45 s
131 072 durée 1 minute 52 s
65 536 durée 0 minute 55 s


Le réglage des durées de temporisation d’un timer :
Après avoir réalisé un timer pour des durées de temporisation très longues, le premier problème se présentant au concepteur est de savoir d’avance si les durées calculées auront une tolérance (en fait une précision) acceptable.
Etant donné qu’il n’est guère envisageable d’attendre une dizaine d’heures pour voir si l’ampoule s’éteint et
comme, d’autre part, tout le monde ne possède pas un capacimètre précis pour mesurer la capacité exacte de C2, la solution la plus simple pour contrôler la précision des longues durées de temporisation est de régler les leviers des micro-interrupteurs de S1 pour un facteur de division permettant l’extinction de l’ampoule au bout de quelques minutes.

Supposons que nous ayons réalisé un timer calculé pour éteindre une ampoule au bout de 10 heures avec un
facteur de division de 16 777 216.
Pour vérifier si cela arrive réellement, procédez comme suit :

Première opération, convertir la durée de temporisation de 10 heures en minutes :
10 x 60 = 600 minutes.

Mettons ces 600 minutes en correspondance avec le plus grand facteur de division, il suffira ensuite de diviser par 2 le résultat pour obtenir ces durées :
                      Durée
16 777 216 calculée = 600,00 minutes
8 388 608 600 : 2 = 300,00 minutes
4 194 304 300 : 2 = 150,00 minutes
2 097 152 150 : 2 = 75,00 minutes
1 048 576 75 : 2 = 37,50 minutes
524 288 37,5 : 2 = 18,75 minutes
262 144 18,75 : 2 = 9,37 minutes
131 072 9,37 : 2 = 4,68 minutes
65 536 4,68 : 2 = 2,34 minutes
32 768 2,34 : 2 = 1,17 minute

Maintenant, vérifiez avec un chronomètre si une durée minimum de 1,17 minute est faisable.
A ce propos, nous vous rappelons encore que les décimales ou les centésimales dans le nombre des minutes
ci-dessus de sont pas des secondes mais des dixièmes ou des centièmes de minutes et donc, par exemple, 1,17 minute cela fait 1 minute 10 secondes, en effet : 0,17 x 60 = 10 secondes.

Si vous notez une différence de durée importante, vous pouvez toujours la retoucher en mettant en parallèle à C2 des condensateurs de petite capacité.

Rappelez-vous qu’en augmentant la capacité, on abaisse la fréquence et on augmente la durée de temporisation.

Au lieu de modifier la valeur de C2, il est possible de faire varier la durée en intervenant sur la résistance de R4, en mettant en série avec elle un trimmer, comme le montre la figure 11.
Pour faire cette modification, nous conseillons d’utiliser pour R4 une résistance de 27 kilohms et un trimmer de 10 kilohms. En tournant le curseur du trimmer, si vous augmentez sa valeur ohmique, vous allongerez la durée de temporisation et, en revanche, si vous la réduisez, vous diminuerez la durée de temporisation.

Figure 8 : Photo d’un des prototypes. ATTENTION : les
pistes du circuit imprimé et les composants étant sous
la tension du secteur 230 V, n’alimentez le montage
qu’après l’avoir installé dans son boîtier plastique et
avoir fermé le couvercle de ce dernier.
Figure 9 : Brochages du triac vu
de face et du transistor BC557
vu de dessous. Quand vous insérerez
le triac sur le circuit imprimé,
orientez son fond métallique
vers le haut de la platine. Quand
vous insérerez le transistor TR1,
orientez son méplat vers la droite
(figure 7a).



La réalisation pratique :
Pendant le montage, aidez-vous des figures 7a et 8. En possession du circuit imprimé (disponible sur l’internet vous pouvez commencer en insérant le support du CMOS CD4536. Pressez-le à fond et soudez toutes ses broches. Continuez avec le dipswitchs S1 : insérez-le avec les inscriptions 1, 2, 3, 4 vers le bas et soudez toutes ses broches.

Ensuite, insérez et soudez toutes les résistances. Insérez et soudez les diodes en plastique, bagues dans le sens indiqué par la figure 7a : DS1 bague vers le bas, DS2 bague vers la droite et DS3 bague vers la gauche. A côté de DS3, insérez et soudez la zener DZ1 (elle est en verre et sa bague sera orientée vers la gauche).

Passez ensuite aux 5 condensateurs polyesters puis au condensateur électrolytique C3 (patte la plus longue + vers le dip-switchs S1).

En haut de la platine, insérez le bornier à 4 pôles servant à l’entrée du secteur 230 V et au branchement de la charge secteur 230 V (représentée ici par une ampoule électrique). A droite du bornier, insérez et soudez le triac TRC1 avec son fond métallique orienté vers le haut de la platine. Puis à côté, insérez et soudez le transistor TR1, méplat vers la droite.

Quand tout cela est fait, insérez le CMOS CD4536 dans son support en orientant le repère-détrompeur en U vers le condensateur électrolytique C3.
Figure 10 : Montage dans le boîtier de la platine du timer. Ce boîtier plastique
est parfaitement adapté au timer. La face avant et le panneau arrière de ce
boîtier sont également en plastique, ce qui permet une parfaite isolation électrique
du circuit entièrement sous tension secteur 230 V. En face avant, on
pratiquera un trou pour le poussoir P1 et sur le panneau arrière, deux trous pour
les fils d’entrée du secteur et pour ceux de sortie de la charge 230 V.
Figure 11 : Pour corriger la précision
des durées, on peut connecter
un petit trimmer en série avec R4




Le montage dans le boîtier :
Quand la platine est terminée, installez- la dans le boîtier plastique (figure 10). Celui-ci est prévu pour garantir une parfaite isolation par rapport au secteur 230 V : surtout, ne mettez pas la platine sous tension avant de l’avoir installée dans le boîtier !

La platine est fixée sur le fond du boîtier plastique à l’aide de 4 vis autotaraudeuses.

La face avant et le panneau arrière doivent être percés par vos soins. En face avant, percez un trou de 7 millimètres de diamètre pour le poussoir “START” P1 et sur le panneau arrière, deux trous du même diamètre pour l’entrée du cordon secteur 230 V et la sortie vers la charge secteur 230 V. Avant de fermer le couvercle et avant de mettre sous tension, vous devez paramétrer les 4 micro-interrupteurs pour
le facteur de division choisi (figure 6).

C’est seulement quand vous aurez fermé le couvercle que vous pourrez mettre l’appareil sous tension et lui
connecter une charge.

Important : Si vous voulez modifier le facteur de division pour obtenir des durées différentes, vous devez impérativement débrancher le cordon secteur 230 V avant de rouvrir le couvercle.


Liste des composants :
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 22 kΩ
R3 = 330 kΩ
R4* = 33 kΩ
R5 = 47 kΩ
R6 = 47 kΩ
R7 = 47 kΩ
R8 = 47 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 1 kΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 120 Ω 1/2 W
R13 = 470 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2** = Voir ci-dessous
C3 = 470 F électro. 25 V
C4 = 100 nF polyester
C5 = 330 nF 400 V
C6 = 330 nF 400 V
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode 1N4007
DZ1 = Zener 12 V 1 W
TR1 = PNP BC557
TRC1 = Triac 500 V 5 A
IC1 = CMOS CD4536
S1 = Dip-switchs
4 micro-inter.
P1 = Poussoir

Divers :
2 Borniers 2 pôles
1 Cordon secteur
1 Boîtier plastique
1 Lot de visserie
* Pour ajuster exactement la temporisation
: R4 = 27 kΩ + trimmer
10 kΩ (voir texte).
** Si vous ne savez pas à
l’avance sur quelle durée maximale
vous voudrez programmer
ce timer, procurez-vous pour C2
les valeurs suivantes : 100 nF ;
47 nF ; 39 nF ; 15 nF ; 4,7 nF ;
3,9 nF ; 2,2 nF.

source : http://schema-electronique-gratuit.blogspot.com

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