ELECTRONIQUE 3D
L'ELECTRONIQUE FACILE ET AMUSANTE
Sablier électronique
- L’électronique mise en oeuvre ici se résume à une paire de circuits intégrés standard de la famille logique 4000 épaulés par un rotacteur à plusieurs positions et quelques composants passifs. La combinaison d’un compteur/oscillateur du type CD 4060 et d’un compteur décadique CD 4017 n’a rien de révolutionnaire, mais c’est l’approche idéale lorsque l’on veut réaliser un temporisateur (timer) permettant de travailler sur des durées importantes et que l’on doit pouvoir ajuster par pas.
Tel que présenté ici, le montage pourra être alimenté à l’aide d’une pile compacte de 9 V, sans requérir de régulateur de tension. Le générateur de signal acoustique prend la forme d’un résonateur piézo-électrique 12 V, ce composant travaillant en règle générale fort bien même à une tension bien plus faible que sa tension d’alimentation nominale.
Nous n’allons pas, dans le cadre de l’espace restreint dont nous disposons pour les articles compacts publiés dans ce numéro double, entrer dans le détail du fonctionnement de ces 2 circuits intégrés; nous vous renvoyons à leurs fiches de caractéristiques respectives. Au niveau de l’oscillateur 4060 nous avons opté pour l’approche RC vu que les quartz et les résonateurs standard ont des fréquences trop élevées pour l’application envisagée (même les 32 768 Hz d’un quartz horloger sont trop élevés) et qu’ils ne permettent pas d’obtenir les durées souhaitées. Le choix d’un oscillateur RC permet en outre d’adapter plus facilement les durées aux besoins propres de l’utilisateur.
Tel que présenté ici, le montage pourra être alimenté à l’aide d’une pile compacte de 9 V, sans requérir de régulateur de tension. Le générateur de signal acoustique prend la forme d’un résonateur piézo-électrique 12 V, ce composant travaillant en règle générale fort bien même à une tension bien plus faible que sa tension d’alimentation nominale.
Nous n’allons pas, dans le cadre de l’espace restreint dont nous disposons pour les articles compacts publiés dans ce numéro double, entrer dans le détail du fonctionnement de ces 2 circuits intégrés; nous vous renvoyons à leurs fiches de caractéristiques respectives. Au niveau de l’oscillateur 4060 nous avons opté pour l’approche RC vu que les quartz et les résonateurs standard ont des fréquences trop élevées pour l’application envisagée (même les 32 768 Hz d’un quartz horloger sont trop élevés) et qu’ils ne permettent pas d’obtenir les durées souhaitées. Le choix d’un oscillateur RC permet en outre d’adapter plus facilement les durées aux besoins propres de l’utilisateur.
- Si l’on divise la fréquence de l’oscillateur par 2, la plage obtenue va de 1 à 16 minutes par pas de 1 mn. Le domaine des durées est subdivisé en 2 parties en mettant à contribution le fait que le 4017 possède en entrée une porte ET (AND) dont une entrée est inversée.
Les 2 plages ainsi crées se recoupent sur 2 positions. Le dimensionnement de l’oscillateur est tel que le facteur de division 28 (broche 14) possède une durée de période de 30 secondes et que partant IC2 reçoit une impulsion d’horloge toutes les 30 s. L’oscillateur doit partant être ajusté à 8,5333 Hz. Après une remise à zéro la première sortie est active et ne peut pas de ce fait être utilisée. Si l’inverseur S1 se trouve en position I, la broche 14 de IC2 se trouve forcée au plus de sorte que cette entrée sert de ligne de validation. Immédiatement après la première impulsion en provenance du 4060, la seconde sortie de IC2 passe au niveau haut (au bout d’une demi-minute déjà).
Les sorties suivantes sont activées une impulsion d’horloge après l’autre plus tard, définissant ainsi les positions 1 à 4,5 minutes. La seconde plage (II) de S1 interconnecte la ligne « enable » de IC2 avec le facteur de division 212 (broche 1) du CD4060. Cette
sortie passe au niveau haut 4 minutes après la remise à zéro (ce qui explique la présence de l’indication 240 s et non pas 480 s).
Les 2 plages ainsi crées se recoupent sur 2 positions. Le dimensionnement de l’oscillateur est tel que le facteur de division 28 (broche 14) possède une durée de période de 30 secondes et que partant IC2 reçoit une impulsion d’horloge toutes les 30 s. L’oscillateur doit partant être ajusté à 8,5333 Hz. Après une remise à zéro la première sortie est active et ne peut pas de ce fait être utilisée. Si l’inverseur S1 se trouve en position I, la broche 14 de IC2 se trouve forcée au plus de sorte que cette entrée sert de ligne de validation. Immédiatement après la première impulsion en provenance du 4060, la seconde sortie de IC2 passe au niveau haut (au bout d’une demi-minute déjà).
Les sorties suivantes sont activées une impulsion d’horloge après l’autre plus tard, définissant ainsi les positions 1 à 4,5 minutes. La seconde plage (II) de S1 interconnecte la ligne « enable » de IC2 avec le facteur de division 212 (broche 1) du CD4060. Cette
sortie passe au niveau haut 4 minutes après la remise à zéro (ce qui explique la présence de l’indication 240 s et non pas 480 s).
- Comme le CD 4060 est un compteur asynchrone, cette sortie passe un peu plus tard au niveau haut que la sortie 28 ne passe au niveau bas. Ce léger retard est exactement ce qu’il faut au CD 4017 pour une impulsion d’horloge supplémentaire. Les sorties du 4017 incrémentent une fois encore. La seconde sortie devient ainsi active au bout de 4 minutes, le reste après 4,5 à 8 minutes.
Le rotacteur S2 permet de sélecter la durée requise. La sortie de S2 attaque directement l’émetteur-suiveur T1 et active le résonateur lorsque le niveau sur le contact central du rotacteur passe au niveau haut. Simultanément, par le biais de la diode D1, on a inhibition du compteur intégré dans IC1 par la mise à un niveau haut permanent de l’entrée de l’oscillateur. Partant, le résonateur restera actif tant que l’on n’aura pas coupé le sablier. La première sortie du compteur du CD 4060 est reliée à une LED, D2, qui signale, par son allumage, que le montage est actif et que la pile n’est pas épuisée. La fréquence de clignotement est de l’ordre de 0,5 Hz. Le courant circulant à travers la LED a été fixé à petit 1 mA vu que c’est la LED qui détermine pour la majeure partie l’importance de ce courant. Ce courant varie entre 0,5 et 1,5 mA, de sorte que la consommation de courant moyenne se situe aux alentours de 1 mA.
Le résonateur que nous avons utilisé sur notre prototype consommait, lorsqu’il était actif, de l’ordre de 13 mA, mais cette consommation dépend bien évidemment du modèle de résonateur utilisé. Le montage travaille en présence avec n’importe quelle tension d’alimentation comprise entre 3 et 16 V. Il faudra, dans ce contexte, penser à utiliser un résonateur dont la tension de service soit compatible avec la tension d’alimentation adoptée. Le niveau de la tension d’alimentation exerce une petite influence sur la longueur effective des durées, mais la dérive ne dépassait pas 5%, nos œufs n’en seront pas moins parfaitement à la coque ou bien cuits !
Le rotacteur S2 permet de sélecter la durée requise. La sortie de S2 attaque directement l’émetteur-suiveur T1 et active le résonateur lorsque le niveau sur le contact central du rotacteur passe au niveau haut. Simultanément, par le biais de la diode D1, on a inhibition du compteur intégré dans IC1 par la mise à un niveau haut permanent de l’entrée de l’oscillateur. Partant, le résonateur restera actif tant que l’on n’aura pas coupé le sablier. La première sortie du compteur du CD 4060 est reliée à une LED, D2, qui signale, par son allumage, que le montage est actif et que la pile n’est pas épuisée. La fréquence de clignotement est de l’ordre de 0,5 Hz. Le courant circulant à travers la LED a été fixé à petit 1 mA vu que c’est la LED qui détermine pour la majeure partie l’importance de ce courant. Ce courant varie entre 0,5 et 1,5 mA, de sorte que la consommation de courant moyenne se situe aux alentours de 1 mA.
Le résonateur que nous avons utilisé sur notre prototype consommait, lorsqu’il était actif, de l’ordre de 13 mA, mais cette consommation dépend bien évidemment du modèle de résonateur utilisé. Le montage travaille en présence avec n’importe quelle tension d’alimentation comprise entre 3 et 16 V. Il faudra, dans ce contexte, penser à utiliser un résonateur dont la tension de service soit compatible avec la tension d’alimentation adoptée. Le niveau de la tension d’alimentation exerce une petite influence sur la longueur effective des durées, mais la dérive ne dépassait pas 5%, nos œufs n’en seront pas moins parfaitement à la coque ou bien cuits !
Bibliographie Elektor
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