Apprendre l' Electronique en Partant de Zéro - Niveau 3 - Leçons 38 à 47

8/8/2019 Apprendre l' Electronique en Partant de Zéro - Niveau 3 - Leçons 38 à 47

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l’électroniqueen partant de zéro

Niveau 3





Ce pictogramme mérite une explica-tion. Son objet est d’alerter le lec-teur sur la menace que représentepour l’avenir de l’écrit, particulière-ment dans le domaine de l’éditiontechnique et universitaire, le dévelop-pement massif du photocopillage.Le Code de la propriété intellec-tuelle du 1er juillet 1992 interdit eneffet expressément la photocopieà usage collectif sans autorisationdes ayants droit. Or, cette pratiques’est généralisée dans les éta-blissements d’enseignement supé-rieur, provoquant une baisse brutale

des achats de livres et de revues,au point que la possibilité même,pour les auteurs, de créer desœuvres nouvelles et de les faireéditer correctement est aujourd’huimenacée.Nous rappelons donc que toutereproduction, partielle ou totale, dela présente publication est interditesans autorisation écrite de l’auteurou de ses ayants droit ou ayantscause. Déroger à cette autorisationconstituerait donc une contrefaçonsanctionnée par les articles425 etsuivants du Code pénal.

La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part,que les «copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinéesà une utilisation collective», et, d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, «toute reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite» (alinéa 1er de l’article 40).Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçonsanctionnée par les ar ticles 425 et suivants du Code pénal.



Cet ouvrage est une compilationdu Cours d’Électronique en Partant de Zéroparus dans les numéros 55 à 79 de la revue

ELECTRONIQUE et Loisirs magazine.

Apprendre


Niveau 3



SOMMAIRE COURS NIVEAU 3

LEÇON N° 38-1Le principe de fonctionnement desécepteurs superhétérodynes

première partie: la théorieEndodyne - Ultradyne - Tropodyne - Hétérodyne.

Comment fonctionne un superhétérodyneL’oscillateur d’un superhétérodyne

LEÇON N° 38-2deuxième partie : mise en applicationConstruction d’un récepteur Ondes MoyennesLa réalisation pratiqueLe réglageLa réception des OM

LEÇON N° 39-1Comment concevoir un émetteur première partie : la théorieQue signi e adapter une impédance?Relier un collecteur à la base d’un transistorampli cateur.Adapter un transistor nal à une impédancenormaliséede 50 ou 75 ohms.Le transistor ampli cateur de puissanceLa fréquence de travailLa puissance de sortie

La tension de travailLe gain en dBLes ultimes conseils

LEÇON N° 39-2-1Comment concevoir un émetteur deuxième partie : mise en pratiqueLe schéma électriqueLe calcul du ltre passe-basL’étage de modulationLa réalisation pratique de l’émetteur

La réalisation pratique du modulateurLe réglage de l’émetteur

LEÇON N° 39-2-2Comment concevoir un émetteur deuxième partie : mise en pratiqueLa sonde de charge de 50 ou 75 ohmsComment relier le modulateurLe dipôle émetteurLe montage dans le boîtier

LEÇON N° 40-1Les oscillateurs numériquespremière partie : la théorieLes oscillateurs numériques avec des circuitsntégrés TTL et C/MOS.

L’oscillateur avec un inverseur TTL de typedéclenché ou «triggered inverter».L’oscillateur avec trois inverseurs TTL de type nondéclenché.L’oscillateur avec deux inverseurs TTL de type nondéclenché.

LEÇON N° 40-1-2Les oscillateurs avec un inverseur C/MOS de typedéclenché.L’oscillateur à trois inverseurs C/MOS nondéclenchés.L’oscillateur à deux inverseurs C/MOS nondéclenchés.L’oscillateur à NE555Les oscillateurs à quartz avec des circuits intégrésTTL-HC/MOS-C/MOS.Les circuits intégrés TTL, HC/MOS et C/MOSL’oscillateur à un inverseur HC/MOSL’oscillateur à NAND type HC/MOSL’oscillateur à trois inverseurs TTLL’oscillateur à inverseur C/MOSL’oscillateur à NAND type C/MOSLes derniers conseilsLa tolérance des quartzConclusion

LEÇON N° 40-2Comment convertir la gamme des 27 MHz sur les ondes moyennes?.

Les oscillateurs numériques deuxième partie :mise en pratiqueConvertir le 27 MHz sur les ondes moyennesLe schéma électriqueLa réalisation pratiqueLa liaison au récepteur

LEÇON N° 40-3Construction de deux temporisateurs à NE555Les oscillateurs numériques troisième partie :mise en pratiqueLe premier temporisateurLe calcul de la durée en secondesLe calcul de la fréquenceL’inverseur S1 vers C1-C2L’inverseur S1 vers C3-C4Le circuit intégré diviseur 4020Les durées théoriques et les durées réelles

Le deuxième temporisateurComment contrôler les durées maximalesLa réalisation pratique du premier temporisateurLa réalisation pratique du deuxième temporisateurLes réglagesConclusionLes contacts de sortie du relais




LEÇON N° 41-1Les ampli cateurs en classe A, B ou Cpremière partieLes ampli cateurs en classes A, B, AB et CPolarisation de la Base

Le courant de CollecteurGraphe d’un transistorUn transistor en classe A

LEÇON N° 41-2Les ampli cateurs en classe A, B ou Cdeuxième partie et nUn transistor en classe BUn transistor en classe ABUn transistor en classe C

LEÇON N° 42Les FLIP-FLOPComment fonctionne un circuit FLIP-FLOPLe FLIP-FLOP de type SET-RESET avec NANDLe FLIP-FLOP de type SET-RESET avec NORUne impulsion peut remplacer le poussoirUn relais de type ON/OFFUn commutateur électroniqueLe FLIP-FLOP de type DLe FLIP-FLOP D comme diviseur de fréquence

Un montage expérimental pour FLIP-FLOP Set-ResetLe schéma électrique et la réalisation pratique

LEÇON N° 43-1Un fréquencemètre analogique pour multimètre à aiguille ou numériqueSchéma électriqueRéalisation pratiqueMontage dans le boîtierQuel testeur (multimètre) utiliser?RéglagesSensibilité d’entrée

LEÇON N° 43-2-1Mise en pratiqueUn fréquencemètre numérique à 5 chiffres10 MHzMise en pratiqueTension alternative et fréquenceL’étage base de tempsL’étage d’entréeÉtage compteur-décodeur de LCD

LEÇON N° 43-2-2Les signaux de Latch et de ResetÉtage d’alimentation

Réalisation pratiqueMontage dans le boîtierRéglage du condensateur ajustable C16Comment construire ce montage ?

LEÇON N° 44CD40103Le compteur CD40103 à 8 bitsLa signi cation des indications sur les brochesUn test de compréhensionConclusionConstruire ce montage

LEÇON N° 45

Les nombres binaires et hexadécimauxLa numération décimaleLa numération binaireLa numération hexadécimaleLa conversion de décimal en hexadécimalLa conversion d’hexadécimal en décimalLa conversion de décimal en binaireLa conversion de binaire en décimalUne autre méthodepour convertir les binairesen hexadécimaux et vice versaSi vous voulez utiliser l’ordinateurConclusion

LEÇON N° 46Le PUT ou transistor inijonction programmableLes PUT, thyristor, UJT et autre triacLe PUT, P comme programmableFacteur Z versus valeurs de R1-R2Exemples de calculs de la fréquenceLa diminution de la valeur de la fréquenceL’augmentation de la valeur de la fréquenceLa valeur des deux résistances R1-R2

Le signal en dents de scie parfaitement linéaire

Premier montage d’application : un variateur de lumière pour ampoule secteur 230 VLe schéma électriqueLa réalisation pratiqueComment construire ce montage?

Deuxième montage d’application : un variateur de lumière à onde entièreLe schéma électriqueLa réalisation pratiqueComment construire ce montage?

Troisième montage d’application: Un clignotantsecteur 230 VLe schéma électriqueLa réalisation pratique




Comment construire ce montage?

LEÇON N° 47-1Première partie : Comment utiliser l’oscillloscopeNotre initiative

La face avantLes commandes de l’oscilloscopeLes commandes VERTICAL MODEExemples de calculLe «trigger» (déclencheur) dans l’oscilloscope

LEÇON N° 47-2Deuxième partie : Comment mesurer des ten-sions continues avec l’oscilloscopeLa sondeLe calibrage de la sondeSi vous ne voyez aucune onde carréeUne sonde économiqueMesure des tensions continuesUn exemple de mesure ccPour trouver les décimalesSi on ne dispose pas du Tableau 1La mesure des tensions inconnues

LEÇON N° 47- 3Troisième partie : Comment mesurer des ten-

sions alternatives de 50 Hz avec l’oscilloscopeLa mesure des tensions alternatives à 50 HzUn exemple de mesure ACTension ef cace Veff et tension crête-crête VppVpp signal sinusoïdalVpp signal triangulaireVpp signal carré

LEÇON N° 47- 4quatrième partie : Comment utiliser l’oscillos-

cope pour mesurer des tensions alternativesde 50 Hz avec l’oscilloscopeL’étage redresseur à une seule diodeL’étage redresseur à deux diodesL’étage redresseur à quatre diodesComment paramétrer l’oscilloscopeLa mesure de la tension redressée sur le schémaélectrique de la gure 1La mesure de la tension redressée sur le schémaélectrique de la gure 2La mesure de la tension redressée sur le schémaélectrique de la gure 3La mesure de la tension redressée sur le schémaélectrique de la gure 4La mesure de la tension redressée par pont dediodes sur le schéma électrique de la gure 6La mesure de la tension redresséepar pont dediodes sur le schéma électrique de la gure 7La mesure de la tension à l’entrée d’un redresseurÉtage redresseur à une diode ( gures 1 et 2)

Étage redresseur à deux diodes ( gures 3 et 4)Étage redresseur à quatre diodes ( gures 6 et 7)Le passage de la tension impulsionnelle à la tensioncontinueLe redresseur à une demi ondeLe redresseur à double demi ondeLe résidu de tension alternativeComment éliminer l’ondulation résiduelle

LEÇON N° 47- 5Cinquième partie : Le signal carré et son rapportcyclique visualisés à l’oscilloscopeLe calcul du rapport cyclique en pourcentLe calcul de la durée et de la fréquenceL’amplitude d’un signal carréL’utilisation du rapport cyclique pour faire varier une

tension

LEÇON N° 47- 6sixième partie : Utiliser l’oscilloscope commeun inductancemètre (ou selfmètre)Les premières opérations à effectuerPoursuite des opérationsMesurer l’inductance des selfsLa fréquence d’accord descend jusqu’aux khzLa bande du signal est étroiteLa self bobinée sur noyau toriqueLa capacité d’accordLa fréquence d’accord d’une MFLa fréquence des ltres céramiquesConclusion

LEÇON N° 47- 7Septième partie : L’oscilloscope et les gures deLissajousLe schéma électriqueLa réalisation pratique

Comment régler les commandes de l’oscilloscopeComment obtenir ellipses et cerclesSi vous disposez d’un GÉNÉRATEUR BFInversons les entrées X-YSignaux sinusoïdaux et signaux carrésConclusionComment construire ce montage?



LE COURS

ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique - Niveau 38

Dans les années trente,quand apparaissent lespremiers récepteurss u p e r h é t é r o d y n e s ,convertissant les signauxreçus en une fréquence

fixe, tout le monde com-prend que le succès de cecircuit révolutionnaire estdû à sa grande sensibilitéet à son excellente sélec-

tivité par rapport auxrécepteurs simples à am-plification directe. Mêmeaprès quelque 70 ans, cecircuit à conversion de

fréquence est toujoursutilisé pour réaliser les

récepteurs AM - FM, les téléphones portables etles téléviseurs.

Ce qui a changé avec lessuperhétérodynes moder-nes, par rapport à ceux des années trente, c’est seulement les composantsactifs : en effet, les tubes thermoïoniques, ces mastodontes, si gourmandsen énergie et en tension, ont été remplacés par les minuscules transistors,FET ou MOSFET, mais le principe de fonctionnement est resté inchangé.

Cette Leçon, en deux parties, vous explique justement le principe de fonctionnement d’un récepteur superhétérodyne d’une manière simpleet nous sommes certains qu’ainsi vous le comprendrez tous. Dans cettepremière partie nous allons étudier la théorie. Dans la seconde, nouspasserons à la pratique avec la réalisation d’un récepteur superhétéro-dyne simple pour ondes moyennes (OM ou PO ou MW*).

Comme nous venons de le dire dansnotre introduction : place, d’abord, àla théorie en étudiant tout de suite lefonctionnement d’un récepteur supe-rhétérodyne.

Le principe de fonctionnementdes récepteurssuperhétérodynes

Au début de ce Cours, nous vous avonsdéjà proposé de construire un récep-teur pour Ondes Moyennes simple uti-

lisant deux FET et un circuit intégrécomme étage final. Dans les annéestrente, pour acquérir un récepteur radioaussi simple, mais utilisant des tubesélectroniques ou “lampes” (puisqu’iln’existait aucun transistor ou FET niencore moins des circuits intégrés), ilfallait débourser six fois le salaire men-suel d’un employé et douze fois celuid’un ouvrier ! Ces “postes” étaientdonc des objets de luxe que bien peude gens pouvaient se payer.

Figure 361 : Une des toutes premièrespublicités, datant des années vingt, in-citant à acheter un poste de radio.Le texte en allemand dit :“ Quel poste de radio choisir ?”.

*Plusieurs appelations peuvent être données à cette bande de fréquences : OM = Ondes Moyennes (à ne pas confondre avec l’expression radioamateur “OM” qui signifie Old Man). PO = Petites Ondes et MW = Middle Wave en anglais ou Mittelwelle en allemand.

L E Ç O

N N °

3 8 - 1

N I V E

A U 3

Apprendre

l’électroniqueen partant de zéroLe principe de fonctionnement

des récepteurs superhétérodynespremière partie : la théorie



LE COURS


Tant que les stations émettrices secomptaient sur les doigts d’une main,de tels récepteurs permettaient unebonne réception, mais petit à petit lesémetteurs se multiplièrent et augmen-tèrent leur puissance sans limite : eneffet, à cause de leur faible sélectivité,ces récepteurs captaient, en plus de lastation sur laquelle ils étaient accordés,la musique ou la parole des émetteursvoisins en fréquence, le tout accompa-

gné de sifflements fastidieux. Ces siffle-ments se produisaient quand deux fré-quences adjacentes, en se mélangeant,produisaient une troisième fréquencecomprise de la bande audio.

En fait si le récepteur était accordé surune station émettant sur 1 200 kHzet s’il existait une station voisine enfréquence sur 1 210 kHz, ces deuxfréquences entrant en même temps

dans le récepteur produisaient deuxfréquences supplémentaires. L’uneégale à la somme des deux fréquen-ces :

1 200 + 1 210 = 2 410 kHz

et l’autre égale à la différence entre lafréquence supérieure et la fréquenceinférieure :

1 210 – 1 200 = 10 kHz

La fréquence de 10 kHz entrant dansla gamme audio, on l’entendait dansle poste comme un sifflement aigu.

Si le récepteur était accordé sur unestation émettant sur 750 kHz et s’ilexistait une station voisine en fré-quence sur 763 kHz, ces deux fréquen-

ces entrant en même temps dans lerécepteur produisaient deux fréquen-ces supplémentaires. L’une égale à lasomme des deux fréquences :

750 + 763= 1 518 kHz

et l’autre égale à la différence entrela fréquence supérieure et la fré-quence inférieure :

763 – 755 = 8 kHz

Figure 362 : Dans les tout premiers postes de radio, qui n’étaient pas encoredes superhétérodynes, on avait besoin de beaucoup de boutons pour accordertous les étages amplificateurs HF. Comme les transistors n’existaient pasencore, on utilisait deux grosses piles, l’une de 6 V pour chauffer les filamentset l’autre de 90 V pour fournir la tension anodique des “lampes” ou tubesélectroniques, encore appelés “thermoïoniques”.

Figure 363 : En 1924, on pense à embellir les postesde radio en les insérant dans un “coffret” en bois, l’ébé-nisterie. Le haut-parleur n’est encore qu’un cornet et lafidélité du son laisse beaucoup à désirer.

Figure 364 : Dans les années 1928-1930 apparaissent lespremiers récepteurs superhétérodynes. Le coffret, toujoursen bois, est rendu plus élégant et le cornet est remplacé parun haut-parleur, ou “saladier”, interne et la qualité sonores’améliore. Plus tard, les postes de bas de gamme seronten bakélite.



LE COURS


Comment fonctionneun superhétérodyne

Nous allons maintenant vous expliquercomment, dans un récepteur superhé-térodyne, on peut convertir une fré-quence quelconque en une troisièmen’entrant pas dans la gamme audio. Sinous réalisons un étage amplificateurHF, comme le montre la figure 365,nous savons que sur le collecteur dutransistor nous obtenons la fréquenceaccordée par la self L1 et le condensa-teur variable C1. Si, en tournant l’axede C1, nous faisons l’accord sur unestation émettant sur 1 200 kHz, surle collecteur nous obtenons les 1 200kHz amplifiés. Donc, si nous nousaccordons sur une station émettantsur 1 480 kHz, nous obtenons sur lecollecteur les 1 480 kHz amplifiés.Par conséquent, si nous assimilons

ces kHz à des poids en grammes, enles mesurant avec une balance, nouslisons 630 - 1 200 - 1 480 grammes,comme le montre la figure 368. Si,sur l’émetteur du transistor de l’étageamplificateur de la figure 366, nous

appliquons un signal prélevé sur ungénérateur HF externe, sur le col-lecteur nous retrouvons bien quatrefréquences :

F1 = fréquence d’accord de L1 et C1,F2 = fréquence du générateur HF appli-quée sur l’émetteur,F3 = fréquence égale à la sommeF1+F2,F4 = fréquence égale à la différenceentre la fréquence la plus élevée et lafréquence la plus basse.

Donc, si nous accordons L1-C1 surla fréquence de 630 kHz et si nousappliquons sur l’émetteur du transis-tor une fréquence de 1 085 kHz, surle collecteur nous obtenons ces qua-tre fréquences :

F1 = 630 kHzF2 = 1 085 kHzF3 = 1 780 kHz (630 + 1 085)F4 = 455 kHz (1 085 – 630)

Si nous montons sur le collecteur un

Figure 365 : Sur le collecteur dutransistor d’un préamplificateur HFordinaire, on trouve la fréquenceaccordée par le circuit d’entréeL1-C1.

E

B

C

F1

L1 C1

C2

C3

R1

R2

R3

R4

TR1 F1

La fréquence de 8 kHz entrant dans lagamme audio, on l’entendait dans leposte comme un sifflement aigu.

Pour éliminer ces sifflements pro-duits par le mélange de deux fré-quences proches l’une de l’autre,certains chercheurs conçurent desrécepteurs plus sélectifs, brevetéssous des noms assez fantasques :

Endodyne - Ultradyne -Tropodyne - Hétérodyne.

Pour tous ces récepteurs, le signalcapté était mélangé avec un signal HFproduit par un oscillateur interne, demanière à obtenir une troisième fré-quence n’entrant pas dans la gammeaudio par soustraction de la fré-quence la plus basse à la fréquencela plus haute. De tous ces récep-teurs sortit un récepteur technique-ment perfectionné, c’est le fameuxsuperhétérodyne. Dans un superhé-térodyne se trouve un double con-densateur variable : une cage (c’est

ainsi qu’on appelle une section de ceCV) était utilisée pour s’accorder surl’émetteur et l’autre pour faire varierla fréquence produite par l’oscillateurlocal HF.

Figure 366 : En appliquantsur l’émetteur du transistorun signal prélevé sur un gé-nérateur HF, on trouve surle collecteur quatre fréquen-ces différentes.

E

BC

F1

L1 C1

C2

C3

R1

R2

R3

R4

TR1

(F1)(F2)(F1+F2)(F1-F2)

F2

GENERATEUR HF

E

BC

F1

L1 C1

C2

C3

R1

R2 R4

TR1F4

F2

L2L3

C4

GÉNÉRATEUR HF

Figure 367 : En appliquantsur le collecteur un cir-cuit accordé sur 455 kHz(L2-C4), on prélève seule-ment F4 et non les autresF1-F2-F3.

630 g

630 g

1200 g

1200 g

1480 g

1480 g

Figure 368 : Considérons les kHzcomme des poids en grammes, si

vous accordez le circuit L1-C1 dela figure 365 sur 630 kHz et que

vous mettez ce “poids” sur une ba-lance, cette dernière vous indique

630 grammes. Si en revanche vous vous accordez sur 1 200 kHz ou1 480 kHz, la balance vous indi-que respectivement 1 200 et 1 480grammes.



LE COURS


circuit d’accord (L2-C4) accordé sur les455 kHz, comme le montre la figure367, nous prélevons seulement F4 etnon les fréquences F1-F2-F3.

Si nous accordons L1-C1 sur la fré-quence de 1 200 kHz et si nousappliquons sur l’émetteur du transis-

tor une fréquence de 1 655 kHz, surle collecteur nous obtenons ces qua-tre fréquences :

F1 = 1 200 kHzF2 = 1 655 kHzF3 = 2 855 kHz (1 200 + 1 655)F4 = 455 kHz (1 655 – 1 200)

Comme il y a un circuit accordé sur455 kHz sur le collecteur (L2-C4),nous prélevons seulement la fré-quence F4 de 455 kHz et non les fré-quences F1-F2-F3.

Si nous accordons L1-C1 sur la fré-quence de 1 480 kHz et si nous appli-quons sur l’émetteur du transistor unefréquence de 1 935 kHz, sur le collecteurnous obtenons ces quatre fréquences :

F1 = 1 480 kHzF2 = 1 935 kHzF3 = 3 415 kHz (1 480 + 1 935)F4 = 455 kHz (1 935 – 1 480)

Là encore nous prélevons sur le col-

lecteur la seule fréquence F4 de455 kHz, car L2-C4 sont accordés surcette fréquence. Nous avons démon-tré que, quelle que soit la fréquenceaccordée avec L1-C1, nous pouvonsla convertir en une fréquence fixede 455 kHz, à condition d’appliquersur l’émetteur une fréquence F2 de455 kHz, supérieure à la F1.

La comparaison avec la balance, aussisimpliste soit elle, sert néanmoins àmieux éclairer le concept de superhé-térodyne : en effet, en appliquant surses deux plateaux les différents poids,on obtient toujours le poids total. Si,sur l’un des plateaux, nous posonsun poids de 630 grammes et surl’autre un poids de 1 085 grammes, labalance indique un poids de :

1 085 – 630 =455 grammes (figure 369)

Si, sur l’un des plateaux, nous posons unpoids de 1 200 grammes et sur l’autreun poids de 1 655 grammes, la balance

indique à nouveau un poids de :1 655 – 1 200 =

455 grammes (figure 369)

Si, sur l’un des plateaux, nous posonsun poids de 1 480 grammes et surl’autre un poids de 1 935 grammes, labalance indique encore un poids de :

1 935 – 1 480 =455 grammes (figure 369)

En convertissant toutes les fréquen-ces captées en une fréquence fixe de455 kHz, il est plus simple de réali-ser des étages amplificateurs MoyenneFréquence (MF) très sélectifs.

L’oscillateurd’un superhétérodyne

Au sein d’un récepteur superhétérodyneconçu pour capter les fréquences de labande Ondes Moyennes, de 500 kHz à1 600 kHz, nous trouvons un oscillateur

HF capable de produire une fréquencesupérieure de 455 kHz à la fréquenced’accord de L1-C1. Par conséquent, pourcapter une station émettant sur 560 kHz,nous devons accorder son oscillateurlocal interne sur la fréquence de 1 015kHz : en effet, si nous calculons la diffé-rence entre la fréquence supérieure etla fréquence inférieure, nous obtenons :

1 015 – 560 = 455 kHz

Pour capter une seconde station émet-tant sur 1 310 kHz, nous devons accor-der l’oscillateur local sur 1 765 kHz : eneffet, si nous calculons la différenceentre la fréquence supérieure et la fré-quence inférieure, nous obtenons :

1 765 – 1 310 = 455 kHz

Figure 369 : Si l’on met le poids F1(accordé par L1-C1) sur le plateau degauche et le poids F2 du générateurHF sur le plateau de droite, la balance

vous indique la différence entre lesdeux. Si la fréquence F2 est toujourssupérieure de 455 grammes par rap-port à F1, l’aiguille de la balance resteimmobile sur 455 grammes, soit surune valeur égale à F2 – F1 = F4.

455 g

630 g 1085 g

455 g

1200 g 1655 g

455 g

1480 g 1935 g

Figure 370 : Photo très rare d’un pos-te de radio Ballila de 1934 équipanttoutes les écoles italiennes. Il était

vendu 490 lires, soit plus de dix fois lapaie mensuelle d’un ouvrier !

Figure 371 : Les superhétérodynes fa-miliaux de 1936 ne comportaient quetrois boutons, un pour passer de OMen OC et vice versa, un pour l’accordsur la station désirée et le dernier pourle volume.



LE COURS


Le Tableau 17 montre quelle fréquencedoit produire l’oscillateur local pourobtenir par mélange avec la fréquenceà recevoir une troisième fréquence fixeet toujours égale à 455 kHz.

La première colonne indique lafréquence de l’oscillateur local ; ladeuxième, la fréquence à recevoir et,la troisième, la moyenne fréquence fixede conversion.

En convertissant n’importe quelle fré-quence captée en valeur fixe de 455kHz, on peut obtenir des récepteurstrès sélectifs ne produisant plus lessifflements gênants d’autrefois. Cette

conversion de fréquence peut être réa-lisée sur toutes les bandes de fréquen-ces, Ondes Moyennes, Ondes Courtes,VHF et UHF. Si, par exemple, nousvoulons recevoir les stations émettanten OC, entre 5 000 et 10 000 kHz, soit5-10 MHz, il suffit que l’oscillateur HFlocal présent à l’intérieur du superhé-térodyne produise une fréquence supé-rieure de 455 kHz à la fréquence quel’on souhaite capter, comme le montre

le Tableau 18.Précisons que la fréquence deconversion peut être préétabliesur des valeurs différentes decelle de 455 kHz, il suffit dechanger la fréquence produitepar l’oscillateur local.

Si, par exemple, nous voulonsconvertir toutes les stationsémettant sur les fréquencesde 90 à 100 MHz en une valeurde Moyenne Fréquence de10,7 MHz, il suffit de réaliserun étage oscillateur HF produi-sant une fréquence supérieurede 10,7 MHz à celle que l’onsouhaite recevoir, comme lemontre le Tableau 19.

La valeur de MF de 455kHz est utilisée seulement

pour les récepteurs OM etOC, pour les VHF-UHF onse sert d’une MF de 10,7MHz. Cette décision a étéprise quand on a constatéqu’en utilisantune MF de 455kHz dans unrécepteur VHF-UHF le mêmeémetteur étaitcapté deuxfois sur deuxf r é q u e n c e sdifférentes.

La première fois, on lecaptait quand l’oscillateurlocal était accordé sur unefréquence de 455 kHzplus haute, la seconde foislorsqu’il s’accordait surune fréquence de 455 kHzplus basse.Quand un émetteur émettant sur unefréquence de 90 MHz, par exemple,on le captait en accordant l’oscillateur

Figure 372 : Au fil des ans on cher-che à rendre l’ébénisterie toujoursplus esthétique et donc plus mo-derne. Vous le voyez, le cadran ouéchelle d’accord sur les fréquencesdes stations, indiquant la fréquenceen kHz pour les OM et en MHz pourles OC, s’agrandit.

Fréquenceà recevoir

Fréquencede conversion

Fréquenceoscillateur

955 kHz 500 kHz 455 kHz1 055 kHz 600 kHz 455 kHz1 155 kHz 700 kHz 455 kHz1 255 kHz 800 kHz 455 kHz1 355 kHz 900 kHz 455 kHz1 455 kHz 1 000 kHz 455 kHz1 555 kHz 1 100 kHz 455 kHz1 655 kHz 1 200 kHz 455 kHz1 755 kHz 1 300 kHz 455 kHz1 855 kHz 1 400 kHz 455 kHz1 955 kHz 1 500 kHz 455 kHz

2 055 kHz 1 600 kHz 455 kHz

Tableau 17

5 455 kHz 5 000 kHz 455 kHz5 555 kHz 5 100 kHz 455 kHz5 655 kHz 5 200 kHz 455 kHz5 755 kHz 5 300 kHz 455 kHz5 855 kHz 5 400 kHz 455 kHz5 955 kHz 5 500 kHz 455 kHz6 455 kHz 6 000 kHz 455 kHz6 955 kHz 6 500 kHz 455 kHz7 455 kHz 7 000 kHz 455 kHz7 955 kHz 7 500 kHz 455 kHz8 455 kHz 8 000 kHz 455 kHz8 955 kHz 8 500 kHz 455 kHz9 455 kHz 9 000 kHz 455 kHz

10 455 kHz 10 000 kHz 455 kHz




Tableau 18

local sur 90,455 MHz, mais aussi enl’accordant sur 89,545 MHz.

En effet, si l’on soustrait à 90,455 MHz90,000 MHz, on obtient bien455 kHz. De même si l’on soustrait à90,000 MHz 89,545 MHz, on obtientbien 455 kHz encore.

La fréquence de 90,000 MHz captéequand l’oscillateur local produisaitune fréquence inférieure de 455 kHz

fut baptisée “fréquence-image”.En utilisant des récepteurs VHF-UHFavec une MF accordée sur 10,7 MHzce défaut est automatiquement éli-miné.

Donc, pour recevoir une stationémettant sur 90 MHz, l’oscillateurlocal doit produire une fréquencede 100,7 MHz afin d’obtenir parsoustraction entre la fréquencesupérieure et la fréquence infé-rieure 10,7 MHz, en effet :

100,7 – 90 = 10,7 MHz

Vous devez vous demander si, enutilisant une MF sur 10,7 MHz,nous n’obtenons pas à nouveau

100,7 MHz 90 MHz 10,7 MHz101,7 MHz 91 MHz 10,7 MHz102,7 MHz 92 MHz 10,7 MHz

103,7 MHz 93 MHz 10,7 MHz104,7 MHz 94 MHz 10,7 MHz105,7 MHz 95 MHz 10,7 MHz106,7 MHz 96 MHz 10,7 MHz107,7 MHz 97 MHz 10,7 MHz108,7 MHz 98 MHz 10,7 MHz109,7 MHz 99 MHz 10,7 MHz110,7 MHz 100 MHz 10,7 MHz




Tableau 19



LE COURS


une fréquence image lorsque l’os-cillateur local produit une fréquencede 79,3 MHz. En effet, si nous sous-trayons à 90 MHz cette fréquence nousobtenons à nouveau 10,7 MHz :

90 – 79,3 = 10,7 MHz

En fait, cette fréquence image n’est jamais captée car, lorsque l’oscilla-

teur local produit 79,3 MHz, automati-quement le circuit d’accord L1-C1 estaccordé sur la fréquence de :

79,3 – 10,7 = 68,6 MHz

Par conséquent le circuit d’accord L1-C1 se trouvant à l’entrée laisse passerla fréquence de 68,6 MHz mais pascelle de 90 MHz distante de :

90 – 68,6 = 21,4 MHz

Étant donné que dans un récepteursuperhétérodyne nous devons accor-der en même temps la fréquence àrecevoir et celle que doit produirel’oscillateur local, il faut utiliser undouble CV (condensateur variable) ouCV à deux cages, comme le montre la

Figure 373 : Vers 1939-1940 les postes de radio com-portent un vaste cadran des fréquences où s’inscriventen plus de ces fréquences les noms des stations OMnationales ou étrangères. Photo d’un vieux superhé-térodyne Ducati, marque bolognaise, vendu dans lesannées 1940-1946.

Les typons des circuits impriméssont sur www.electronique-magazine.com/les_circuits_imprimés.asp.

figure 374. L’une sert à s’accorder surla fréquence de la station à recevoir etl’autre à faire varier la fréquence del’oscillateur local afin qu’il produiseune fréquence supérieure de 455 kHzou 10,7 MHz.

En convertissant toutes les fréquencescaptées en une fréquence fixe de 455kHz ou 10,7 MHz on peut réaliser des

étages amplificateurs avec des selfsdéjà préréglées et connues sous lenom de moyennes fréquences MF.

Si on utilisait autrefois dans les récep-teurs superhétérodynes un condensa-teur variable à double cage, aujourd’huice composant est remplacé par deminuscules diodes varicap.

Pour terminer la description des récep-teurs superhétérodynes ajoutons quebeaucoup de récepteurs VHF profes-sionnels, afin d’obtenir une sélectivitéencore plus grande, réalisent unedouble conversion de fréquence : lapremière conversion s’effectue enconvertissant le signal capté en lamoyenne fréquence fixe de 10,7 MHz,la seconde en convertissant les

10,7 MHz en la MF fixe de 455 kHz.

Conclusion et À suivre…

Maintenant que nous avons vu et com-pris la théorie des récepteurs superhé-térodynes, il nous reste à en construireun : la seconde partie de cette Leçonvous proposera d’en étudier la concep-

tion puis de le réaliser.

Figure 374 : Dans tous les récepteurs superhétérody-nes se trouvait un CV (condensateur variable) à deuxcages. Une pour s’accorder sur la station à recevoiret l’autre pour faire varier la fréquence de l’oscillateurlocal.

A B O N N E Z - V O U S A



LE COURS

ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique - Troisième niveau14

Comme d’habitude, nous allonspasser de la théorie à la pratique.Donc, après les formules et les

tableaux de la première partie, vient maintenant le moment deprésenter la réalisation d’unrécepteur superhétérodyne simplepour ondes moyennes qui vouspermettra de capter, le jour,les stations locales et, la nuit,différentes stations étrangères.

les signaux HF émis par les stations deradiodiffusion.

Ce signal, passant à travers C1, atteint lecircuit d’accord constitué d’une self L1de 220 µH et des deux diodes varicapDV1-DV2 permettant d’accorder toutesles fréquences de la bande OM, soit de 1600 à 500 kHz. Pour l’accord de L1 surla station voulue, nous n’avons qu’à fairevarier la capacité des deux diodes vari-cap : chacune a une capacité de 500 pFet, comme elles sont en série, cela faitune capacité totale divisée par deux, soit250 pF. Soulignons que ces deux diodesvaricap sont en série et en opposition depolarité non pas pour diminuer leur capa-cité, mais afin d’éviter qu’en présence designaux HF forts elles ne les redressent, cequi produirait une tension continue faisantvarier leur capacité. Si nous mettions enparallèle à L1 une seule diode varicap,

our réaliser un récepteuril faut toujours partir du

schéma électrique, commecelui de la figure 376, caren le voyant on peut recon-

naître les divers symboles graphiques et“voir” par avance à quoi ils ressemblent,quelles sont leurs dimensions en tantque composants concrets et commentva être disposé le schéma d’implanta-tion de ces composants, c’est-à-dire laplatine câblée.

Même s’il existe des circuits intégrés conte-nant tous les étages d’un récepteur supe-rhétérodyne, soit l’étage amplificateur/mélangeur, l’étage oscillateur, les étagesamplificateurs MF et l’étage détecteur/démodulateur BF, nous avons préféré lesréaliser séparément avec des MOSFET,des transistors et des FET. Certes avec cescircuits intégrés nous aurions obtenu un

Figure 375 : Photo d’un des prototypes du récepteur superhétérodyne pour OM ins-tallé dans son boîtier plastique, que nous vous invitons maintenant à construire.

circuit beaucoup plus compact, mais nousn’aurions pas pu vous en expliquer assez

clairement le fonctionnement : nous nousserions forcément contentés de vous direque le signal capté par l’antenne entre parune broche et que le signal démodulé BFsort d’une autre broche prêt à être dirigévers le haut-parleur ! Non, ce qui prime ànos yeux, c’est de vous faire comprendrele principe de fonctionnement du circuitsuperhétérodyne en détail.

Pour réaliser un superhétérodyne, le signalcapté par l’antenne doit être mélangéavec le signal produit par un oscillateurHF, de façon à obtenir par soustractionune troisième fréquence de 455 kHz. Enhaut à gauche du schéma électrique dela figure 376 se trouve une douille d’en-trée indiquée “Antenne” à laquelle nousconnectons l’extrémité d’un fil de cuivrede 3-4 mètres utilisé pour capter tous

L E Ç O

N N ° 3 8

- 2

N I V E

A U 3

Apprendre

l’électroniqueen partant de zéroLe principe de fonctionnement

des récepteurs superhétérodynesdeuxième partie : mise en application

Construction d’un récepteur ondes moyennes



LE COURS


celle-ci redresserait tous les signaux forts,comme le ferait toute diode au silicium etla tension continue ainsi obtenue modifie-rait sa capacité, ce qui ferait varier l’accordde manière intempestive. En mettant lesdeux diodes varicap en série avec polaritéinversée, cet inconvénient est évité car,redressant la demie onde positive et lademie onde négative, ce montage produitdeux tensions en opposition de polarité quis’annulent.

Pour faire varier la capacité des deuxdiodes varicap de façon à s’accordersur la gamme des OM nous appliquonsà ces diodes varicap, à travers un

potentiomètre R18, une tension conti-nue positive allant de 0 V à 10,5 V.Avec ces valeurs de tension nous obte-nons les capacités suivantes :

TENSION CAPACITÉSUR DV1-DV2 TOTALE

(volt) (picofarad)0 2501 2452 1753 1254 835 506 307 208 139 10

10 9

Mais comment, vous demandez-vous peut-être, acheminer vers ces diodes varicapune tension de 10,5 V seulement, alorsque, lorsque nous tournons le bouton du

potentiomètre R18 pour la tension posi-tive maximale, nous trouvons 12 V à sesbornes ? Si vous regardez attentivementle schéma électrique vous verrez que les12 V, avant d’atteindre les deux diodesvaricap DV1-DV2, passent par le pontR19-R21-R22 qui les ramène à 10,5 V. Lesecond potentiomètre R22 de 2,2 kilohmsinséré dans ce pont permet d’accorder trèsfinement la self L1.

La fréquence accordée avec L1 et lesdeux diodes varicap est appliquée àla gâchette 1 du semiconducteur MFT.Ce composant, que vous ne connaissezpas encore, est un MOSFET à double

gâchette (“Dual-Gate”). Un MOSFET estconstitué de deux FET en série à l’inté-rieur d’un seul boîtier, comme le mon-tre la figure 379 et c’est pourquoi nousn’avons que quatre pattes : le drain, lasource et les deux gâchettes 1 et 2. Sil’on applique un signal sur la gâchette 1,il ressort du drain amplifié en fonctionde la tension positive appliquée sur lagâchette 2. Si l’on polarise la gâchette 2avec une tension positive de 4 V envi-ron, le MOSFET amplifie le signal entrantpar la gâchette 1 environ 12 fois. Sil’on applique une tension positive d’en-viron 1 V, il l’amplifie environ 3 fois. Vousaurez compris qu’il suffit de faire varierla tension sur la gâchette 2 pour modifierle gain de cet étage amplificateur.

Pour convertir le signal appliqué sur la

Figure 376 : Schéma électrique du récepteur superhétérodyne utilisant un MOSFET, un FET, deux transistors, un circuitintégré IC1 pour piloter le haut-parleur et un autre IC2 pour stabiliser la tension d’alimentation sur 12 V.

G1

G2 D

S

MFT1

E

BC

E

BC

S

GD

3 4 5 7 1 0 2 02 1 0 1 2 3

VU

12

43 6

5

8C1

L1

C2

DV1

DV2R1

R2

R3

C4

C3 C5 R4

R5

R6

R7

C6 C7

R8

R9

FC1

R10

R11

MF1

C8R12

R13C9

MF2

C12

C10

R14

C11

DG1

C13

C14

C15

R15

R16

R17

R20

R18

C16

R19 R21

R22

R23DV3

DV4

L2

C17

DS1R24

C18

C19

C20

R25

R26

R27

S1-A S1-B

C21

FT1

TR1TR2

IC1

12 V

12 V 12 V

ANTENNE

AP

S-METER

ACCORD

ACCORD

ACCORD FIN

VOLUME

MA

ALIM. ÉCLAIRAGE

Figure 377 : Schéma électrique de l’étage alimentation fournissant la tensionde 12 V stabilisée requise par le récepteur superhétérodyne.

E

M

SRS1

T1

SECTEUR230 V

C22 C23 C24

IC2VERS

12 V

ALIM.ÉCLAIRAGE

S2

12 V0,5 A

R28



LE COURS


l’étage oscillateur composé de L2 et DV3-DV4 oscille automatiquement sur 1 055

kHz. Si nous faisons la différence entreles deux fréquences nous trouvons :

1 055 – 600 = 455 kHz.

Si le circuit d’accord composé de L1et DV1-DV2 est accordé sur 800 kHz,le circuit de l’étage oscillateur com-posé de L2 et DV3-DV4 oscille auto-matiquement sur 1 255 kHz. Si nousfaisons la différence entre les deuxfréquences nous trouvons :

1 255 – 800 = 455 kHz.

Dans le drain de MFT nous trouvonsl’enroulement du primaire de la MF1,accordée sur 455 kHz : donc, toutes lesautres fréquences qui ne sont pas égalesà 455 kHz ne peuvent passer à travers sonenroulement secondaire. La fréquence de455 kHz est prélevée sur l’enroulementsecondaire de la MF1 pour être appliquéesur la base du transistor qui l’amplifie. Sur

le collecteur de TR1 est monté un filtrecéramique FC1 de 455 kHz utilisé pour ne

laisser passer que cette seule fréquence.Comme la sortie de ce filtre est relié à labase de TR2, celui-ci amplifie les 455 kHztraversant le filtre. Le collecteur de TR2est relié à l’enroulement primaire de MF2,lui aussi accordé sur 455 kHz et donc lesignal présent sur cet enroulement pri-maire est transféré par induction sur sonenroulement secondaire.

Le signal amplifié, présent sur le secon-daire de MF2, est redressé par la diodeau germanium DG1. Pour la détectionon a choisi cette diode car elle peutredresser n’importe quel signal alternatif dépassant une amplitude de seulement0,3 V (alors que les diodes au siliciumcommencent à redresser les tensionsdépassant 0,7 V environ). Cette diodeau germanium élimine toutes les demiesondes positives et ne laisse passer queles demies ondes négatives, comme lemontre la figure 381. Pour supprimer,dans les demies ondes négatives, le

Figure 378 : Photo d’un des prototypes de la platine du récepteur superhétérodyne, alimentation secteur 230 V/12 V comprise.

gâchette 1 en une fréquence fixe de455 kHz, il est nécessaire d’appliquer

sur sa source un signal HF ayant unefréquence supérieure de 455 kHz parrapport à celle accordée avec L1 et les dio-des varicap. Pour obtenir cette fréquencenous utilisons comme étage oscillateur leFET FT1. Le circuit d’accord composé deL2 (100 µH) et des deux diodes varicapDV3 et DV4, nous permet de produire unsignal HF couvrant la gamme de 2 055 à955 kHz. La fréquence produite, prélevéesur la source du FET FT1, est appliquéedirectement sur la source du MOSFET MFTà travers R25.

Le potentiomètre R18 (recherche des sta-tions) utilisé pour faire varier la tensionsur DV1 et DV2, est utilisé aussi pourfaire varier la tension sur DV3 et DV4 :par conséquent en diminuant ou augmen-tant la capacité de DV1-DV2 on diminueou augmente aussi automatiquement lacapacité de DV3 et DV4. Si, par exemple,le circuit d’accord composé de L1 et DV1-DV2 est accordé sur 600 kHz, le circuit de

Figure 380 : Brochages du circuit intégré TDA7052B vu de dessus, des MF, des diodes varicap BB112, du FET 2N5248, dutransistor BF495 vus de dessous et du circuit intégré régulateur L7812 vu de face.

B

E

C

BF 495

D

G

S

2N 5248BB 112MF1 - MF2

PRIMAIRE SECONDAIRE

1234 5

678

TDA 7052 B

SORTIEN.C.GNDSORTIE

E M S

L 7812

K A

VccENTRÉE

GNDVOLUME

Figure 379 : Le MOSFET BF966 estconstitué de deux FET en série,c’est pourquoi on trouve une gâ-chette 1 et une gâchette 2. La pat tesource se différencie de la gâchette2 par un petit ergot repère-détrom-peur.G 2BF 966

9 DG 1

G 2

S

6 6

F B

VUE DE DESSUS VUE DE DESSOUS

DG 1

SERGOT

ERGOT

G2

G1

SOURCE

DRAIN



LE COURS


ou contrôle automatique de gain. Vouscomprenez bien que tous les signaux BFcaptés par l’antenne n’ont pas la mêmeintensité. Les signaux des stations loin-taines arrivent faibles alors que ceux desstations proches sont très forts. Par con-

séquent, les signaux faibles doivent êtreamplifiés au maximum, de façon à obte-nir un signal plus que suffisant pour êtreredressé, alors que les signaux très fortsdoivent être atténués afin d’éviter qu’ils nesaturent les étages amplificateurs MF. Siun signal saturait les étages amplificateursMF, on aurait en effet en sortie un signalBF très distordu. Pour faire varier le gaindu récepteur, de manière à amplifier aumaximum les signaux faibles et très peules signaux forts, nous utilisons la tensionnégative que DG1 a redressée.

Vous le verrez ci-dessous, en mettantle double inverseur S1 sur S-mètre,

l’aiguille du galvanomètre MA dévieen fond d’échelle si le signal capté esttrès fort et il ne dévie que très peu sile signal est faible. Pour faire varier legain de MFT nous faisons varier seule-ment la tension sur la gâchette 2. La R2

de 120 kilohms, reliée à la gâchette 2,polarise le MFT avec une tension posi-tive de 3,5 V environ : c’est avec cettetension que nous obtenons le gainmaximum. Si l’antenne capte un signaltrès fort, DG1 fournit une tension néga-tive pouvant atteindre 3 V, si le signalà l’antenne est faible, cette tensionne dépasse pas 0,5 V. Cette tensionnégative est appliquée, à travers R14et R3, à la gâchette 2 de MFT et, ainsi,la tension positive appliquée sur cettegâchette 2 est réduite. Quand un signalfort arrive, DG1 fournit une tensionnégative de 3 V environ et donc la ten-sion positive sur la gâchette 2 descend

signal HF de 455 kHz encore présent, ilsuffit d’appliquer entre anode et masseun petit condensateur C11 de 15 nF. Cecondensateur décharge à la masse leseul signal HF de 455 kHz et on retrouvedonc aux bornes de DG1 seulement le

signal BF, comme le montre la figure 381(à droite).

Ce signal BF est transféré, à travers C14,sur la broche d’entrée 2 du bloc noir IC1(un petit circuit intégré amplificateur BFcapable de fournir une puissance de 1 Wenviron). Sur ses deux broches de sortie5 et 8 nous pouvons donc appliquer unpetit haut-parleur permettant d’écouter lesignal BF de la station sélectionnée. Lepotentiomètre R15 relié à la broche 4 deIC1 sert à contrôler le volume.

Ici nous devons ouvrir une parenthèse àpropos du CAG (“Automatic Gain Control”)

Figure 381 : Du secondaire de la MF2 sort un signal HF comme celui du dessin de gauche. La diode DG1 élimine la demieonde positive. Si l’on connecte entre la diode et la masse un condensateur de 15 nF, il décharge à la masse seulement lafréquence HF car, pour les 455 kHz, ce condensateur se comporte comme une résistance de quelques ohms, alors qu’en BFil se comporte comme une résistance de 1 kilohm.

HF + BF

SIGNAL HFREDRESSÉ

SIGNAL BFSEUL

C11

DG1

Figure 382 : Installation de la platine dans le boîtier plastique. Elle est fixée au fond horizontal du boîtier par six entretoisesautocollantes. Avant de fixer les potentiomètres d’accord et de volume en face avant, raccourcissez leurs axes afin depouvoir ensuite monter les boutons de manière à les tenir le plus près possible de la surface du panneau en aluminium.



LE COURS


de 4 à 1 V et avec cette tension MFTamplifie le signal seulement deux fois.Quand un signal faible arrive, DG1fournit une tension négative de 0,5 Vnégatif environ et donc la tension surla gâchette 2 descend de 4 à 3,5 Vet avec cette tension MFT amplifie lesignal dix fois.

Note : les valeurs de tension donnéespar cet exemple sont approximatives

et servent seulement à vous faire biencomprendre comment fonctionne unCAG dans un récepteur.

Le galvanomètre MA de ce récepteurest utile aussi pour une autre fonction :en effet, en mettant S1 sur Accord,nous pouvons savoir quelle tensionest appliquée sur les diodes varicapet, avec une bonne approximation, sinous sommes accordés sur 1 600 kHz

(l’aiguille dévie au maximum) ou sur 1000 kHz (elle dévie vers le centre) ousur 500 kHz (elle reste au début del’échelle).

Pour alimenter ce récepteur il faut unetension stabilisée de 12 V, prélevée surl’étage d’alimentation composé du trans-formateur T1, du pont redresseur RS1 etdu circuit intégré régulateur IC2 L7812,comme le montre la figure 377.

SECTEUR230 V

CURSEUR

ACCORD

S1-BS1-A

S1ACCORD FIN VOLUME

ANTENNE

R16

C11

C10 C4

R14

C3

R2

R4C5

MF1

R6

R3

C1 C2

L1

C16

R19

R20 R25

R21

R1

R5

C19 C18 C20

R26

R27

DS1

R24

R7

C7

C6

R9

L2

C17

R23

STRAP

C12

C13

FC1

R8 R 10R13

R11 R12

C8

C9

DG1

R17

C21

MF2

DV1

DV2

DV4

DV3

A K

A K

A K

A K

FT1

MFT

TR1

D

R18 R22 R15

C14

C15

IC1

SORTIEHAUT-PARLEUR

IC2

RS1

C22

C23C24

TERRE

R28

TR2

S

G2

G1

JAUNE-VERT

NC

Figure 383a : Schéma d’implantation des composants du récepteur superhétérodyne. Pour la mise en page le dessin est en deuxparties, mais le récepteur et son alimentation tiennent sur un seul circuit imprimé. N’oubliez pas le “strap” près de R23 et C12.Le fil vert/jaune de terre du cordon secteur 230 V va à la borne de gauche du bornier à trois pôles.



LE COURS


Pour conclure cette analyse, résumonsles fonctions remplies par les différentssemiconducteurs utilisés pour construirece récepteur superhétérodyne :

MFT = ce MOSFET sert à préamplifier lesignal accordé par L1 pour faire varier songain et pour convertir la fréquence captéeen valeur fixe de 455 kHz, en appliquantsur sa source le signal HF prélevé surl’étage oscillateur FT1,

FT1 = ce FET est utilisé comme oscilla-teur HF pour produire un signal lequel,mélangé au signal capté par l’antenne,permet d’obtenir la conversion de lafréquence captée en une fréquence

fixe de 455 kHz,TR1 = ce transistor sert à préampli-fier le signal de 455 kHz prélevé surle secondaire de MF1,

TR2 = ce transistor sert à préampli-fier le signal de 455 kHz prélevé à lasortie du filtre céramique FC1,

DG1 = cette diode sert à redresser lesignal de 455 kHz, de manière à préleverle signal BF ainsi que la tension négativeà appliquer à la gâchette 2 de MFT pourfaire varier le gain automatiquement,

IC1 = ce circuit intégré sert à amplifier lesignal BF redressé par DG1, de façon àobtenir en sortie une puissance plus quesuffisante pour piloter le haut-parleur,

T1

S2

MA

Liste des composants

R1 ............ 220 kΩR2 ............ 120 kΩR3 ............ 22 kΩR4 ............ 100 Ω

R5 ............ 2,2 kΩR6 ............ 120 kΩR7 ............ 12 kΩR8 ............ 1,5 kΩR9 ............ 680 ΩR10 .......... 10 kΩR11 .......... 1,8 kΩR12.......... 680 ΩR13.......... 100 ΩR14 .......... 22 kΩR15.......... 100 kΩ pot. lin.R16 .......... 22 kΩR17 .......... 22 kΩR18.......... 10 kΩ pot. 10 tours

R19.......... 1,2 kΩR20.......... 47 kΩR21 .......... 8,2 kΩR22.......... 2,2 kΩ pot. lin.R23.......... 47 kΩR24 .......... 47 kΩR25.......... 100 ΩR26.......... 100 ΩR27 .......... 68 kΩR28.......... 100 Ω 1/2 WC1............. 27 pF céramiqueC2............. 100 pF céramiqueC3............. 100 µF électrolytiqueC4............. 1 µF électrolytiqueC5............. 100 nF céramiqueC6............. 100 nF céramiqueC7............. 100 nF céramiqueC8............. 100 nF céramiqueC9............. 100 nF céramique

C10 .......... 1 µF polyesterC11 .......... 15 nF polyesterC12 .......... 100 nF polyesterC13 .......... 220 µF électrolytiqueC14 .......... 470 nF polyesterC15 .......... 100 nF polyesterC16 .......... 10 µF électrolytiqueC17........... 100 pF céramiqueC18 .......... 150 pF céramiqueC19 .......... 150 pF céramiqueC20 .......... 100 nF céramiqueC21 .......... 4,7 µF électrolytiqueC22 .......... 1 000 µF électrolytiqueC23 .......... 100 nF polyesterC24 .......... 100 nF polyesterL1............. self 220 µHL2............. self 100 µHMF1.......... MF jauneMF2.......... MF noireFC1........... filtre céramique 455 kHz

DG1.......... diode AA117DS1.......... diode 1N4148RS1 .......... pont 100 V 1 ADV1 .......... varicap BB112DV2 .......... varicap BB112DV3 .......... varicap BB112DV4 .......... varicap BB112TR1........... transistor NPN - BF495TR2........... transistor NPN - BF495FT1........... FET 2N5248MFT.......... MOSFET BF966IC1............ intégré TDA7052BIC2............ régulateur L7812T1............. transfo. 6 W

secondaire 8-15 V 0,4 AS1A+B...... double interrupteurS2............. interrupteurMA............ galva. 200 µAHP ............ haut-parleur 8 Ω

IC2 = ce circuit intégré sert à stabiliser à12 V la tension positive prélevée à la sortiedu pont redresseur RS1.

La réalisation pratiqueUne fois en possession du circuitimprimé, dont la figure 383b donnele dessin à l’échelle 1 (pour le cas oùvous voudriez le réaliser vous-mêmepar la méthode décrite dans le numéro26 d’ELM), montez tous les compo-sants dans un certain ordre, commele montre la figure 383a. Si vous faitesainsi, votre montage fonctionnera toutde suite.

Tout d’abord enfoncez et soudez tousles picots d’interconnexions avec lescomposants de face avant et panneauarrière. Puis placez le “strap” près deR23/C12. Prenez alors le MOSFET MFTà quatre pattes (au lieu de trois pourun FET ou transistor ordinaire, voir

Sauf spéci cation contraire,toutes les résis- tances sont des 1/4 W à 5 %.



LE COURS


Figure 383b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du récepteur superhétérodyne.

figure 384) : la patte la plus longueest le drain, la patte de gauche est lagâchette 1 et les deux autres, dispo-sées en croix, sont la gâchette 2 et lasource (la source est reconnaissableà son petit ergot repère-détrompeur).Cette patte de source avec son ergotdoit être orientée vers le bas, commele montre la figure 384. Avec une pinceà becs fins, repliez en L ces 4 pattes etinsérez-les dans les trous prévus à ceteffet. Si la patte source était repliée enL dans le sens opposé à celui requis,elle serait tournée vers R2 et non,comme il le faut, vers R5.

Insérez et soudez alors le support deIC1, puis vérifiez que vous n’avez faitni court-circuit entre pistes ou pastillesni soudure froide collée. Montez prèsde R24 la diode au silicium DS1, baguenoire repère-détrompeur tournée versle haut et, près de MF2, la diode augermanium DG1, bague noire repère-détrompeur orientée vers le haut

également, comme le montre la figure383a. DG1 se distingue facilement deDS1 par ses dimensions supérieures.

Montez tous les condensateurs céra-miques, puis les polyesters et enfinles électrolytiques en respectant bienla polarité +/– de ces derniers (la pattela plus longue est le + et le – est inscritsur le côté du boîtier cylindrique).

Prenez la self L1 (220 est indiqué surson boîtier) et placez-la près de DV1-DV2, puis L2 (marquée 100) et placez-la près de DV3-DV4. Entre R9 et R11,placez le filtre céramique FC1 (boîtier jaune). La MF1 a un noyau jaune etelle doit être placée près de MFT, MF2,noyau noir, près de TR2. N’oubliez pasde souder sur le circuit imprimé lesdeux languettes du blindage de cha-cune des deux MF.

Montez les quatre diodes varicap,méplats repère-détrompeurs vers lebas, comme le montre la figure 383a.Montez ensuite TR1 et TR2, méplatsrepère-détrompeurs vers le haut.Montez FT1 2N5248, méplat repère-

détrompeur vers le bas. À droite ducircuit imprimé, montez le pont RS1 enrespectant bien la polarité +/– de cedernier, puis le circuit intégré régula-teur IC2, couché dans son dissipateuren U et fixé sur le circuit imprimé parun petit boulon 3MA, comme le montrela figure 383a et enfin le transforma-teur T1.

Près de RS1, insérez le bornier à troispôles du cordon secteur 230 V et celuià deux pôles de l’interrupteur S2.

Vous pouvez maintenant enfoncerdélicatement le circuit intégré IC1dans son support en orientant bienson repère-détrompeur en U vers C14,comme le montre la figure 383a.

Comme le montre la figure 382, laplatine sera montée au fond horizon-tal du boîtier plastique à l’aide de sixentretoises autocollantes.

Étant donné que vous avez pensé àenfoncer et souder en premier lespicots, il vous reste à réaliser les inter-connexions avec les composants dela face avant et du panneau arrière,à l’aide de morceaux de fil de cuivreisolés de couleurs (torsadés pour lasortie HP) : là encore regardez trèsattentivement la figure 383a et n’in-tervertissez pas les trois fils du poten-tiomètre R18 multitour (le central n’estpas au centre !), ni les deux de R22 etR15 (n’oubliez pas le “strap” en fil decuivre nu entre leurs deux broches degauche), ni les six du double inverseurS1, ni les quatre du galvanomètre MA(respectez bien la polarité des deux filsrouge/noir intérieurs destinés à l’arri-vée du signal, les deux jaunes exté-rieurs sont ceux destinés à l’éclairage

de l’ampoule d’illumination du cadranet ils ne sont pas polarisés), ni les deuxrouge/noir torsadés du haut-parleur.Sur les borniers, insérez et vissez lestrois fils du cordon secteur, fil de terrevert/jaune impérativement à gauche.Connectez S2 (bornier) et Antenne(picot) sans précaution particulière.

Les axes des potentiomètres R22 etR15 doivent être préalablement rac-courcis afin de pouvoir ensuite monterles boutons contre la surface de laface avant.

Montez les trois potentiomètres, l’in-verseur double S1, l’interrupteur M/Aet le galvanomètre en face avant et,sur le panneau arrière, la douille d’an-tenne (avant de souder le fil allant à

Figure 384 : Avant de replier en L lesquatre pattes du MOSFET, tournez versle bas la patte S reconnaissable à sonpetit ergot repère-détrompeur.

9 DG 1

G 2

S

6 6

F B

96 6

F B DG 1

G 2

S

ERGOT

ERGOT



LE COURS


CÂBLE BLINDÉ

Model 442

STEREO SPEAKER SYSTEM

de la MF2 jusqu’à trouver une positionfaisant dévier l’aiguille, aussi peu quece soit, vers la droite,

6° - Tournez maintenant le noyau dela MF1 et là encore vous trouverezune position de l’aiguille davantagevers la droite,

7° - Essayez alors de tourner le bouton dupotentiomètre R22 d’accord fin jusqu’àune déviation de l’aiguille quelques mil-limètres plus à droite.

Le récepteur est réglé, mais pour obte-nir le maximum de sensibilité vous devezretoucher les noyaux des deux MF sur unsignal très faible. Avec une station reçuefaisant dévier l’aiguille du S-mètre d’unquart d’échelle, tournez dans un sensou dans l’autre, mais très peu, le noyaude la MF2 pour la déviation maximalede l’aiguille, puis le noyau de la MF1,

sans oublier de corriger l’accord fin avecle potentiomètre R22. Quand la dévia-tion maximale est obtenue, vous pouvezfermer le couvercle du boîtier de votrerécepteur superhétérodyne.

La réception des OM

Pendant la journée vous pourrez cap-ter assez peu de stations, mais versle soir ou la nuit, quand la propaga-tion des ondes moyennes augmente,comme nous vous l’avons expliquédans le Cours et à d’autres occasions,vous réussirez à capter aussi beau-coup de stations étrangères.

La longueur du fil d’antenne est déter-minante : en effet, plus long il sera etmeilleure sera la réception (clarté etnombre de stations). Autrefois ce filétait tendu au-dessus du toit de lamaison, ou bien dans le jardin. Quel-qu’un qui habite en immeuble ne peutpas toujours le faire, mais cependant ilpeut, dans son appartement, tendre un

fil de cuivre isolé plastique en l’isolantaux deux extrémités accrochées auxmurs (avec des isolateurs en cérami-que, en bois ou en plastique qu’il pourrafacilement fabriquer lui-même).

l’intérieur se trouve un haut-parleur) etconfectionnez un petit câble blindé ter-miné par un jack mono mâle : soignezles soudures de la tresse de massesur la cosse longue latérale et du pointchaud sur la cosse courte centrale. Etn’oubliez pas d’enfiler le capot vissa-ble avant de faire ces deux soudures !Là encore, respectez bien la polaritédu haut-parleur, comme vous l’avezfait à l’intérieur du boîtier plastiquedu récepteur, sinon le son sortant duhaut-parleur sera déformé.

Le réglage

En branchant un fil de 3 ou 4 mètres ter-miné par une fiche banane à la douilleAntenne vous pouvez déjà capter quel-que station, mais pour obtenir la sensi-bilité maximale vous devez procéder auréglage des noyaux des MF. Faites ces

réglages lorsque la platine est définitive-ment fixée dans le boîtier plastique. Vousn’avez besoin que d’un petit tournevis.

1° - Insérez, donc, dans la douilleAntenne le fil de 3 ou 4 mètres ter-miné par la fiche banane et tenez-le leplus possible en position verticale,

2° - Tournez le bouton du potentiomètreR22 d’accord fin à mie course,

3° - Mettez S1 en position S-mètre defaçon à voir l’aiguille du galvanomè-tre MA dévier en fonction de l’inten-sité du signal capté,

4° - Tournez lentement le bouton dupotentiomètre R18 d’accord (recher-che des stations) jusqu’à la récep-tion d’une station : l’aiguille de MAdévie vers la droite,

5° - Avec le tournevis, tournez le noyau

la platine, trou de diamètre 6 mm), laprise jack femelle (trou de diamètre 6mm) et le passe-fil en caoutchouc (troude diamètre 8 mm) pour le cordon sec-teur 230 V que vous enfilerez, bien sûr,avant de le visser au bornier à trois pôles(faites un nœud anti-arrachement à l’in-térieur du panneau arrière). Pour tousces perçages, rappelons qu’aussi biendans l’aluminium de la face avant quedans le plastique du panneau arrière,les forets à bois à pointe (même bonmarché) font merveille.

Comme le montre la figure 385, pre-nez une petite enceinte acoustique (à

Figure 386 : Pour régler ce récepteur vous devez tourner le bouton de R22à mie course et mettre S1 en positionS-mètre. Après avoir inséré un fil dansla prise antenne, cherchez avec le po-tentiomètre d’accord R18 une station,puis tournez le noyau de la MF2 et ce-lui de la MF1 jusqu’à obtenir une dévia-tion vers la droite de l’aiguille du S-mè-tre. Plus longue est l’antenne et plusloin vers la droite dévie l’aiguille.

3 4 5 7 1 0 2 02 1 0 1 2 3

VU

Figure 385 : De la petite enceinteacoustique, contenant le haut-parleur,sort un petit câble blindé. Après avoirdénudé son extrémité de façon à sé-parer les deux fils, vous devez souderces derniers sur les cosses du jackmâle. Rassemblez bien les fins filsconstituant la tresse de masse afinqu’ils ne fassent pas un court-circuitavec le point chaud.





LE COURS


Après vous avoir appris comment réaliser des oscillateurs HF, nous vousexpliquons ici comment augmenter la puissance de ces signaux faiblesavec des étages amplificateurs HF. Cette leçon vous montrera que, pour

transférer sans perte excessive le signal HF prélevé sur le collecteurd’un transistor amplificateur, il est nécessaire d’adapter l’impédanceélevée du collecteur à la faible impédance de la base. Pour transférerle signal HF prélevé sur le collecteur d’un étage final vers l’antenneémettrice, il est également nécessaire d’adapter son impédance élevéeà la valeur d’impédance du câble coaxial : 50 ou 75 ohms. Adapter deux

valeurs différentes d’impédance n’est pas difficile car, vous l’apprendrezbientôt, il suffit de tourner l’axe des condensateurs ajustables se

trouvant dans le filtre adaptateur d’impédance jusqu’à trouver lacapacité correspondant au niveau de signal de sortie HF maximal. Cetteleçon proposera, dans sa seconde partie, de construire un petit émetteur

AM pour la gamme des 27 MHz : nous verrons, entre autres, commentrégler les condensateurs ajustables pour une parfaite adaptation auxdiverses impédances et nous vous apprendrons à calculer un filtrepasse-bas qui, appliqué à la sortie de l’émetteur, empêchera toutes les

fréquences harmoniques d’atteindre l’antenne émettrice.

aurons à la sortie une puissance de :

1,987 x 6,31 = 12,53 W(voir figure 387)

Note : comme le montre le tableau 22,un gain de 6,31 correspond à une aug-mentation de puissance de 8 dB.

Cependant, pour amplifier un signal HF, ilne suffit pas, comme en BF, de préleverle signal de collecteur d’un transistor puisde l’appliquer, à travers un condensateur,à la base d’un transistor amplificateur : eneffet, si l’on n’adapte pas l’impédance dusignal prélevé sur le collecteur à l’impé-dance de base du transistor amplificateur,des pertes importantes se produisent.

a plus grande aspirationd’un jeune passionnéd’électronique est de réus-sir à réaliser un émetteurde moyenne puissance en

mesure d’envoyer à distance sa proprevoix. Étant donné qu’à la sortie d’unétage oscillateur la puissance prélevéeest toujours dérisoire, pour rendre lesignal puissant il faut l’amplifier, maispour ce faire on doit connaître, aupréalable, tous les procédés à mettreen œuvre pour réaliser des étagesamplificateurs HF efficaces.

Si nous avons un étage oscillateurfournissant à sa sortie une puissancede 0,05 W et si nous l’appliquons à un

transistor devant l’amplifier 6,31 fois,sur son collecteur nous aurons unepuissance de :

0,05 x 6,31 = 0,315 W

Si cette puissance est insuffisante, ilest nécessaire d’ajouter un deuxièmetransistor et, s’il amplifie aussi de 6,31fois, nous aurons sur son collecteurune puissance de :

0,315 x 6,31 = 1,987 WSi nous voulons ensuite encore aug-menter la puissance, nous devronsajouter un troisième transistor et,s’il amplifie aussi de 6,31 fois, nous

L E Ç O

N N ° 3 9

- 1

N I V E

A U 3

Apprendre

l’électroniqueen partant de zéroComment concevoir un émetteur

première partie : la théorie



LE COURS


Que signifieadapter une impédance ?

Comme le montre le tableau 20, l’im-pédance de base et l’impédance decollecteur d’un transistor changent

avec la puissance.

où Z est l’impédance en ohms, Vcc la ten-sion maximale acceptée par le collecteurdu transistor, W la puissance maximaleque peut fournir le transistor.

Donc si un transistor alimenté avec

une tension maximale de 18 V fournitune puissance HF de 7 W, l’impédancede son collecteur sera d’environ :

[(18 x 18) : (7 + 7)] = 23 ohms

Si un autre transistor alimenté avecune tension maximale de 15 V fournitune puissance HF de 7 W, l’impédancede son collecteur sera d’environ :

[(15 x 15) : (7 + 7)] = 16 ohms

Précisons que l’impédance de collec-teur ne varie pas seulement avec latension d’alimentation, mais aussi avecla fréquence de travail. Étant donnéqu’on n’explique en général pas com-ment faire pour adapter deux impédan-ces différentes, on voit pourquoi ceuxqui passent de la BF à la HF ne peuventcomprendre pour quelle raison, quandon amplifie un signal HF, la puissanceau lieu d’augmenter diminue !

Afin de vous expliquer ce qu’adapterune impédance signifie, prenons une

comparaison hydraulique : comparonsle transistor à un réservoir dont l’entréeest un tube de petit diamètre (basseimpédance) et dont la sortie est un tube

Figure 387 : Si l’on applique 0,05 W fourni par un étage oscillateur sur l’entrée d’un étage amplificateur ayant un gain de 8dB, à sa sortie nous prélevons 0,315 W. Si l’on applique 0,315 W sur l’entrée d’un deuxième amplificateur ayant un gain de8 dB, encore, à sa sortie nous prélevons 1,987 W. Pour augmenter cette puissance, il est nécessaire d’ajouter un troisièmeétage amplificateur et, si celui-ci a aussi un gain de 8 dB, à sa sortie nous aurons une puissance de 12,53 W. La consultationdu tableau 22 permet de voir qu’un gain de 8 dB correspond à une augmentation de puissance de 6,31 fois.

SORTIE0,05 W

ENTRÉE0,05 W

SORTIE0,315 W

ENTRÉE0,315 W

SORTIE1,987 W

ENTRÉE1,987 W

SORTIE12,53 W

OSCILLATEUR 1er AMPLI. 2e AMPLI. FINAL

GAIN 8 dB GAIN 8 dB GAIN 8 dB

Figure 388 : Le signal HF produitpar un étage oscillateur peut êtreprélevé par voie inductive, en en-roulant deux ou trois spires (L2)sur le côté froid de L1.

E

B

C

E

B

C

L1 L2

E

B

C

E

B

C

L1

C1

Figure 389 : Pour prélever le signalHF par voie capacitive, il suffit derelier entre collecteur et base desdeux transistors un condensateurC1 de faible capacité.

Figure 390 : L’impédance de collecteur d’un transistor peut être calculée aveccette formule. Vcc est la tension maximale que le transistor peut accepteret W la puissance HF maximale qu’il peut fournir. Le tableau 20 indique les

valeurs moyennes d’impédances de collecteur et de base en fonction de lapuissance maximale en W.

Z ohm = Vcc x Vcc

watt + watt

Tableau 20 :Rapport entre la puissance d’un transistoret les impédances de ses jonctions.

Puissance max Impédance Impédance transistor base collecteur

(W) (Ω) (Ω)1 70 1102 36 603 24 404 18 305 14 23

6 12 207 11 198 8,5 149 8,0 13

10 7,8 1215 5,0 8,020 3,6 6,030 2,4 4,040 1,8 3,050 1,5 2,560 1,2 2,070 1,0 1,680 0,9 1,490 0,8 1,3100 0,7 1,1

Note : ce tableau, bien que purement indi-catif, sert à montrer que l’impédance debase d’un transistor HF est toujours infé-rieure à celle de son collecteur. Ces valeurssont approximatives car l’impédance varied’un transistor à un autre en fonction de la

tension d’alimentation et de la fréquencede travail.

Etant donné que ces impédances nesont jamais données dans les tables decaractéristiques des transistors, vous

voudrez sans doute savoir comment lescalculer. On peut trouver avec une bonneapproximation l’impédance de collecteurgrâce à la formule :

Z ohms = [(Vcc x Vcc) : (W + W)]



LE COURS


de gros diamètre (haute impédance).Il va de soi que si l’on abouche,comme le montre la figure 391, unesortie de gros diamètre à une entréede petit diamètre, afin de transvaserun liquide, une bonne quantité de celiquide sera perdue. Pour éviter cetteperte, la solution idéale serait d’utiliserdes tubes de mêmes diamètres, maiscomme ce n’est pas possible, il fautse procurer des raccords permettantd’aboucher deux tubes de deux dia-mètres différents, comme le montrela figure 392.

En HF un raccord capable d’adapter

une basse impédance à une hauteimpédance ou vice versa, est constituéde deux condensateurs ajustables etd’une self, comme le montrent les figu-res 393 et 394. Les deux condensa-teurs ajustables C1 et C2 “regardent”toujours vers l’impédance la plus hauteet la self L1 vers la plus basse.

Pour savoir combien de puissance onperdrait en présence d’une désadap-tation d’impédance, on peut utiliser laformule :

[(Z supérieure : Z inférieure) x 2] – 1où Z est l’impédance en ohms.

Si nous reprenons le schéma de lafigure 387 permettant d’obtenir en sor-

tie une puissance d’environ 12,53 Wet si nous le montons sans adapterl’impédance du collecteur et celle dela base du transistor amplificateur sui-vant, nous pouvons calculer combiende puissance est perdue.

Si l’impédance de sortie de l’étageoscillateur est de 130 ohms et si lesignal est appliqué sur la base d’unpremier transistor de 1 W ayant uneimpédance d’environ 70 ohms, ce quenous reportons ci-dessous :

puissance max. du transistor = 1 Wimpédance base = 70 ohmsimpédance collecteur = 110 ohms

nous aurons une désadaptation de :

[(130 : 70) x 2] – 1 = 2,7

Si nous relions la sortie de cetransistor, ayant une impédance de110 ohms, à la base d’un transistoren mesure de fournir une puissancemaximale de 2 W, comme le montrela figure 397, en consultant letableau 20 nous lisons les impédan-ces suivantes :


Si nous relions les 110 ohms du pre-mier transistor à une impédance de 36ohms, soit l’impédance du deuxièmetransistor, nous obtenons la désadap-tation d’impédance suivante :

[(110 : 36) x 2] –1 = 5,11

Si ensuite nous ajoutons un troisièmetransistor en mesure de fournir unepuissance maximale d’environ 15 W,en consultant le tableau 20 nouslisons les impédances suivantes :


Si nous relions le collecteur dudeuxième transistor, ayant une impé-dance de 60 ohms, à la base de cetroisième transistor, ayant une impé-dance de 5 ohms, nous obtenons unedésadaptation de :

[(60 : 5) x 2] – 1 = 23.

Si maintenant nous consultons letableau 21, où dans la deuxième colonneest indiqué par quel nombre multiplierla puissance fournie pour trouver la puis-sance obtenue en présence d’une désa-daptation d’impédance, nous avons :

Figure 391 : Étant donné que l’impédance de collecteur est toujours supé-rieure à celle de base du transistor devant amplifier le signal, si l’on n’adaptepas ces deux impédances différentes on a des pertes, comme celles qu’onaurait si, pour transvaser de l’eau d’un réservoir à un autre, on utilisait deuxtubes de diamètres différents.

PERTES

PERTES

PERTES

OSC.

1er AMPLI.

2e AMPLI.

RACCORD

RACCORD

RACCORD

OSC.

1er AMPLI.

2e AMPLI.

Figure 392 : Afin d’éviter toutes ces pertes de transvasement, vous devrez utiliserdes raccords capables d’adapter l’un des diamètres avec l’autre. En HF, ces rac-cords sont des adaptateurs d’impédance et ils sont constitués de deux condensa-teurs ajustables et d’une self, comme le montrent les figures 393 et 394.

C1

C2

L1

BASSEIMPÉDANCE

HAUTEIMPÉDANCE

RACCORD

Figure 393 : Pour adapter une hauteimpédance à une basse impédance,il est nécessaire d’appliquer le si-gnal sur le condensateur ajustableC1 et de le prélever sur la self L1

BASSEIMPÉDANCE

HAUTEIMPÉDANCE

C1

C2

RACCORD

L1

Figure 394 : Pour adapter une basseimpédance à une haute impédance,il est nécessaire d’appliquer le si-gnal sur la self L1 et de le préleversur le condensateur ajustable C1.



LE COURS


Valeur SWR ou ROS Multiplicateurde désadaptation pour les pertes

1,0 0,0001,1 0,0021,2 0,0081,3 0,0171,4 0,0301,5 0,0401,6 0,0531,7 0,0671,8 0,0821,9 0,0962,0 0,1112,1 0,1262,2 0,1402,3 0,1552,4 0,1692,5 0,1842,6 0,1972,7 0,2112,8 0,2242,9 0,2373,0 0,2503,1 0,2603,2 0,2703,3 0,2863,4 0,2983,5 0,3093,6 0,3193,7 0,3303,8 0,3403,9 0,3504,0 0,3604,1 0,3704,2 0,3804,3 0,3904,4 0,397

4,5 0,4054,6 0,4144,7 0,4224,8 0,4304,9 0,4375,0 0,4455,5 0,4796,0 0,5106,5 0,5387,0 0,5637,5 0,5858,0 0,6058,5 0,6239,0 0,6409,5 0,650

10 0,67011 0,69512 0,71613 0,73514 0,75115 0,76616 0,77817 0,79018 0,80019 0,81020 0,81921 0,82622 0,83323 0,84024 0,84425 0,85226 0,85727 0,86128 0,86729 0,87030 0,874

Figure 396 : Pour calculer la valeur du SWR ou ROS, vous pouvez utilisercette formule et pour calculer le facteur de multiplication de perte, vouspouvez utiliser la formule : (SWR –1) : (SWR +1) au carré. Exemple : (4,5 –1) :(4,5 +1) au carré = 0,4049.

± 1Z sup.Z inf.

x 2

Sachant qu’à la sortie de l’étage oscilla-teur une puissance de 0,05 W est dispo-nible, en présence d’une désadaptationd’impédance de 2,7 nous perdons unepuissance d’environ :

0,05 x 0,211 = 0,01 W

et donc sur la base du premier tran-sistor n’arrive plus la puissance de0,05 W, mais seulement :

0,05 – 0,01 = 0,04 W

Étant donné que ce premier transis-tor amplifie le signal appliqué sur sabase 6,31 fois, nous prélevons surson collecteur une puissance de :

0,04 x 6,31 =0,252 W

Figure 395 : L’écoute demonde est une passionpartagée par de nom-breux amateurs.

désadaptation 2,7 = x 0,211désadaptation 5,1 = x 0,445désadaptation 23 = x 0,840

Note : étant donné que dans letableau 21 on ne trouve pas 5,1,nous avons pris 5.

Tableau 21 :

Valeur de désadaptation et coefficientmultiplicateur correspondant. Ce coeffi-cient multiplicateur sera à appliquer à lapuissance théorique pour obtenir la puis-sance réelle transférée. Dans la premièrecolonne de ce tableau, on a reporté la valeur de SWR ou ROS (ondes stationnai-res) que l’on obtient en reliant deux im-pédances différentes et dans la secondele facteur de multiplication à utiliser pourcalculer les pertes.



LE COURS


Figure 397 : Si nous réalisons le schéma de la figure 387 permettant de prélever à la sortie du dernier transistor unepuissance de 12,53 W, sans adapter aucune impédance, nous ne prélèverons sur le dernier transistor que 0,896 W, soitla puissance présente sur le collecteur du deuxième étage amplificateur. Le texte vous explique comment calculer lespertes causées par une désadaptation d’impédance.

0,05 W 0,04 W 0,252 W 0,14 W 0,883 W 0,142 W

0,896 W Z = 7

0

Z = 1

1 0

Z = 1

3 0

Z = 3

6

Z = 6

0

Z = 5

Z = 8

SORTIE ENTRÉE SORTIE ENTRÉE SORTIE ENTRÉE

SORTIE



Si nous relions la sortie de ce premiertransistor, fournissant une puissance de0,252 W, à la base du deuxième transistor,ayant une impédance de 36 ohms, nousperdons une puissance de :

0,252 x 0,445 = 0,112 W

et donc sur la base de ce deuxièmetransistor arrive une puissance deseulement :

0,252 – 0,112 = 0,14 W

Étant donné que ce deuxième transis-

tor amplifie le signal appliqué sur labase de 6,31 fois, nous prélevons surson collecteur une puissance de :

0,14 x 6,31 = 0,883 W

Si nous relions la sortie de ce deuxièmetransistor, fournissant une puissance de0,883 W, à la base du troisième tran-sistor, ayant une impédance de 5 ohms,nous perdons une puissance de :

0,883 x 0,840 = 0,741 W

et donc sur la base de ce troisièmetransistor arrive une puissance deseulement :

0,883 – 0,741 =0,142 W

Étant donné que ce troisième transistoramplifie le signal appliqué sur la basede 6,31 fois, nous prélevons sur soncollecteur une puissance de :

0,142 x 6,31 = 0,896 W

Avec cet exemple nous venons dedémontrer que si l’on n’adapte pasparfaitement l’impédance du collec-teur d’un transistor à l’impédance debase du transistor amplificateur, ona des pertes de puissance élevéeset, en effet, à la sortie du troisièmetransistor, au lieu d’obtenir une puis-

sance de 12,53 W, comme le montrela figure 387, on n’a que 0,896 W,comme le montre la figure 397.

Toutes ces opérations constituent descalculs que vous ne pourrez jamaisfaire, car vous ne connaîtrez jamais niles impédances de base et de collec-teur ni des tas d’autres paramètres. Parexemple, les capacités internes du tran-sistor variant selon la fréquence de tra-vail, les capacités parasites du circuitimprimé et du dissipateur, etc. Tous cesproblèmes sont résolus par les deuxcondensateurs ajustables C1 et C2 desfiltres que montrent les figures 393 et394 : une fois réglés, ils permettentd’adapter parfaitement l’impédance decollecteur, inconnue, à l’impédance debase, inconnue également.

Relier un collecteur à la based’un transistor amplificateur

Si l’on jette un coup d’œil sur le tableau 20,on voit que l’impédance de collecteurd’un transistor est toujours plus élevéeque l’impédance de base du transistorutilisé pour amplifier le signal HF. Mêmesi nous ne connaissons pas l’impédancede collecteur ni celle de la base, il suffit,pour les adapter, de relier le filtre commele montre la figure 398. Au collecteur,ayant une impédance supérieure, on relieC1 et à la base du transistor amplificateuron relie L1.

Pour savoir quand ces deux impédancessont parfaitement adaptées, on procèdede manière expérimentale. En série avecle collecteur du transistor amplificateuron relie un milliampèremètre, comme lemontre la figure 399, puis on règle lesdeux condensateurs ajustables C1 et C2 jusqu’à trouver la capacité pour laquellele transistor consomme le courant maxi-mum. Si l’on reprend la comparaisonhydraulique, qu’illustre la figure 392,nous pouvons dire que C1 sert à adapterle filtre au diamètre supérieur et C2 audiamètre inférieur.

La self L1 reliée à la base sert à accorderla fréquence de travail. En effet, commenous l’avons vu ensemble à propos del’oscillateur à quartz EN5038, si cette

E

BC

E

BCC1

C2

L1

HAUTEIMPÉDANCE

BASSEIMPÉDANCE

Figure 398 : Pour transférer le si-gnal prélevé sur un collecteur versla base d’un transistor amplifica-teur, vous devez tourner C1 vers lecollecteur et L1 vers la base.

E

BC

E

B CC1

C2

L1

HAUTEIMPÉDANCE

BASSEIMPÉDANCE

mA

3 0 2 0 4 0 5 0

1 0 0

Figure 399 : Pour savoir dans quelles positions tourner les axes de C1 et C2,il suffit de relier au collecteur du transistor un mA-mètre. Les deux conden-sateurs ajustables sont à régler jusqu’à trouver les positions correspondantau courant maximal consommé par le transistor.



LE COURS


self n’a pas la valeur d’inductance enµH requise, au lieu de s’accorder surla fréquence fondamentale elle peutle faire sur une fréquence harmonique,c’est-à-dire une fréquence double dela fondamentale. Cette caractéristique

ne peut d’ailleurs être exploitée quedans le cas où l’on souhaite doubler lafréquence prélevée à la sortie de l’os-cillateur. Par exemple pour émettre surla fréquence de 96 MHz nous pouvonsutiliser un quartz de 48 MHz oscillantsur 24 MHz puis régler le premier filtresur la fréquence de 24 + 24 = 48 MHzet les deuxième et troisième filtres sur48 + 48 = 96 MHz, comme le montre lafigure 400.

Or calculer l’inductance d’un filtre adap-tateur est difficile car on ne connaîtpresque jamais les impédances de col-lecteur et de base des transistors utili-sés. Pour résoudre ce problème, au lieude perdre du temps dans des calculscomplexes, même les spécialistes utili-sent une méthode expérimentale beau-coup plus simple et bien plus précise.En fait on part d’un filtre constituéde deux condensateurs ajustables de500 pF et d’une self de 20 spires de filde cuivre de 1 mm de diamètre bobinésur un diamètre de 12 à 15 mm.

Quand on tourne les axes des con-densateurs ajustables le transistor àun moment se met à consommer uncourant maximal, comme le montre lafigure 399. Si ce n’est pas possible,on réduit le nombre de spires à 18,15, etc. Supposons qu’avec 6 spireset avec C1 et C2 à environ 100 pF onréussisse à faire consommer un cou-rant maximal au transistor, on réaliseun second filtre en montant une self de6 spires et deux condensateurs ajusta-bles de 100 pF.

Si vous voulez monter un émetteurquel qu’il soit, vous n’aurez pas à fairecette manipulation, car la liste descomposants indiquera la capacité desdeux condensateurs ajustables et lenombre de spires de la self.

Adapter un transistor finalà une impédance normaliséede 50 ou 75 ohms.

Le tableau 20 montre que l’impédancede collecteur d’un transistor est toujours inférieure aux 50 ou 75 ohms ducâble coaxial allant à l’antenne émet-trice. Même si nous ne connaissons pasl’impédance de collecteur du transistorutilisé, nous savons déjà qu’elle doit êtreaugmentée et pour ce faire il est néces-saire de relier le filtre comme le montre

la figure 401. En fait nous devons relierL1 au collecteur et C1 à la sortie. Poursavoir si notre filtre peut adapter labasse impédance du collecteur à uneimpédance de sortie de 50 à 51 ohms,il suffit de relier à la sortie la sonde decharge EN5037. Cette sonde accepteune puissance maximale d’entrée de 1W et donc, pour mesurer une puissancesupérieure, il est nécessaire de rempla-cer les deux résistances d’entrée de 100ohms 1/2 W par d’autres de plus gran-des puissances, mais ayant toujours unevaleur ohmique de 50 à 51 ohms.

Par exemple pour mesurer une puis-sance maximale de 5 W nous pouvonsrelier en parallèle trois résistances aucarbone de 150 ohms 2 W, en effet :150 : 3 = 50 ohms. On ne peut pas

Figure 400 : Si L1 a un nombre de spires insuffisant, au lieu de s’accorder sur la fréquence fondamentale elle s’accorderasur une fréquence harmonique. Cette caractéristique peut être mise à profit pour doubler une fréquence. Par exemple,dans le cas d’un étage oscillateur produisant une fréquence de 24 MHz, si vous utilisez une self L1 constituée de peude spires, vous pourrez accorder le premier filtre sur 48 MHz, le deuxième et le troisième sur 96 MHz. Si vous réglez unfiltre sur une fréquence harmonique, à la sortie vous obtiendrez une puissance inférieure à celle obtenue avec un filtreréglé sur la fondamentale produite par l’étage oscillateur.

C1

C2

L1

96 MHz

OSCILLATEUR 1er AMPLI.

24 MHzC1

C2

L1

48 MHz

2e AMPLI.

C1

C2

L1

96 MHz

Figure 401a : Pour adapter l’impédance de sortie d’un transistor à l’impédancenormalisée du câble coaxial, vous devez relier la self L1 au collecteur et lecondensateur ajustable C1 à la sonde de charge ayant une résistance de 50ou 75 ohms à l’entrée.

HAUTE

IMPÉDANCE

BASSE

IMPÉDANCE

COM+

Service

~ =

30 µ A

0,3 µ A

3mA

30mA0,3A

3A 1,5KVmax1KV

5V1,5V

x1K x100 x10

x1

150V

500V

50V

15V

OHM

MULTIMÈTREsur

VOLTS

S O R T I E

R1 R2 C1 C2 C3 C4R3

JAF1

DS1

E N T R

É E

SONDE EN5037

50 à 51ΩE

BC

C1

C2

L1

Figure 401b : Dessin, à l’échelle 1, ducircuit imprimé de la sonde HF de char-ge, EN5037, vu côté soudures.

exclure, à cause des tolérances, quele résultat effectif final soit de 49 ou

51 ohms, mais cela ne constitue pasun problème. Par contre ne remplacez jamais les résistances au carbone pardes résistances à fil : étant inductives


R1 ................ 100 Ω 1/2 wattR2 ................ 100 Ω 1/2 wattR3 ................ 68 kΩC1 ................ 10 nF céramiqueC2 ................ 1 nF céramiqueC3 ................ 10 nF céramiqueC4 ................ 1 nF céramiqueDS1.............. Diode schottky HP5082JAF1............. Self HF (32 spires fil cu

émail 6/10 sur ferrite Ø3 mm, non critique)



LE COURS


Figure 402 : Après avoir lu la tension sortant de la sonde decharge sur le multimètre, comme le montre la figure 401, vous pouvez calculer la puissance en W en vous servant dela formule ci-contre. R en ohm, est la résistance appliquée àl’entrée de la sonde de charge (50 ou 75 ohms).

Watt = V x V

R+R Watt =

mA x V

1 000

Figure 403 : Si vous savez quel courant en mA consommel’étage final et la tension d’alimentation en V, vous pouvez cal-culer la puissance en W fournie en vous servant de la formuleci-contre. Comme le rendement d’un transistor ne dépassepas 80 %, la puissance calculée doit être multipliée par 0,8.

Figure 404 : Si l’émetteur estmodulé en FM, vous pouvez ali-menter les transistors avec latension maximale de travail, carla modulation fait varier seule-ment la fréquence et non pas latension de collecteur.

Figure 405 : Si l’émetteur estmodulé en AM, vous devez ali-menter le transistor final avecune tension égale à la moitié desa tension maximale de travail,car la modulation augmente latension de collecteur.

Figure 406 : Quand un transis-tor final est modulé en AM, latension du signal BF s’ajoute àcelle déjà présente sur le col-lecteur et par conséquent si letransistor est alimenté en 15 V,sur son collecteur il y aura unetension de 30 V.

leur impédance n’est nullement égaleà leur résistance ohmique !

L’impédance de collecteur n’étant pasconnue, ni la capacité parasite du

circuit imprimé et du dissipateur, etc.,la valeur de L1 en µH n’est pas facileà calculer, aussi, procèderons-nouspar méthode expérimentale. En faiton doit réaliser un filtre formé de deuxcondensateurs ajustables de 500 pF etd’une self de 20 spires de fil de cuivrede 1 mm sur un diamètre de 10 à 12mm. Si nous tournons les axes descondensateurs ajustables nous obte-nons en sortie une tension maximale,comme le montre la figure 401. Si lemultimètre indique une tension moindreque celle correspondant à la puissancerequise, nous devons réduire expéri-mentalement le nombre de spires. Sila tension maximale s’obtient avec 10spires et deux capacités de 80 pF, nousdevons faire un second filtre avec uneself de 10 spires et deux condensateursajustables de 100 pF.

Plus la tension lue est élevée, plusimportante est la puissance HF pré-levée à la sortie du transistor. Voussavez que la formule permettant dela calculer est :

Weff = [(V x V) : (R + R)]

où V est la tension mesurée sur le mul-timètre relié à la sonde de charge, R lavaleur ohmique de la résistance d’entréede la sonde. Si elle est de 50 ohms, laformule peut être simplifiée :

Weff = [(V x V) : 100]

Donc si sur le multimètre nous lisons17,5 V, c’est que le transistor fournitune puissance d’environ :

[(17,5 x 17,5) : 100] = 3 W

Si en revanche sur le multimètre nouslisons 20 V, c’est que le transistor four-nit une puissance d’environ :



LE COURS


la charge de sortie était coupée. Si vouschoisissez un transistor de 15, 20 ou 30W, ne comptez pas prélever à sa sortie detelles puissances, car tout dépend de songain en dB et de la puissance appliquéesur sa base.

La tension de travail

Cette donnée nous indique quelletension maximale nous pouvonsappliquer sur le collecteur d’un tran-sistor HF sans l’endommager. Commevous le verrez, certains transistorspeuvent être alimentés par des ten-sions de 15 à 18 V et d’autres, pardes tensions de 24 à 30 V.

S’il est modulé en fréquence (FM),tout type de transistor peut être utilisépourvu que sa tension d’alimentation nesoit pas dépassée : donc un transistor de18 V peut être alimenté avec une tensionmaximale de 18 V et un transistor de 30V avec une tension maximale de 30 V. Enrevanche s’il est modulé en amplitude(AM), on ne doit utiliser qu’un transistorpouvant être alimenté avec une tensionde 24 à 30 V, cependant sur son collec-teur il est nécessaire d’appliquer unetension égale à la moitié de la tensionde travail maximale. Donc un transistordont la tension maximale est de 24 V seraalimenté en 12 V et un transistor de 30

V en 15 V. La raison en est la suivante :quand un transistor est modulé en AM, lesignal BF s’ajoute au signal HF et donc latension présente sur le collecteur est dou-blée, comme le montre la figure 406.

Figure 408 : Si l’on applique une puissance de 0,05 W à l’en-trée d’un transistor de 20 W ayant un gain de 12 dB, on pré-lève en sortie 0,79 W.

OSCILLATEUR AMPLI.

GAIN 12 dB

0,05 W 20 W 0,79 W

Figure 407 : Si l’on applique une puissance de 0,05 W à l’en-trée d’un transistor de 20 W ayant un gain de 7 dB, on prélèveen sortie 0,25 W.

OSCILLATEUR AMPLI.

GAIN 7 dB

0,05 W 20 W 0,25 W

AMPLI.

GAIN 7 dB

4 W 20 W 20 W

AMPLI.

GAIN 12 dB

1,26 W 20 W 20 W

AMPLI.

GAIN 12 dB

4 W 20 W 63,48 W

Figure 409 : Pour prélever la puissan-ce maximale à la sortie d’un transis-tor de 20 W ayant un gain de 7 dBseulement, vous devez appliquer surson entrée une puissance de 4 W.

Figure 410 : Pour prélever la puissancemaximale à la sortie d’un transistor de20 W ayant un gain de 12 dB, vous devez appliquer sur son entrée une puis-sance de 1,26 W seulement.

Figure 411 : Si à l’entrée d’un transis-tor de 20 W ayant un gain de 12 dB, vous appliquez une puissance de 4 W,en théorie vous devez obtenir 63,48 W,mais en pratique le transistor sera dé-truit car il ne peut dissiper que 20 W.

[(20 x 20) : 100] = 4 W

Pour calculer la puissance HF que peutfournir un transistor final, on utilise laformule (voir figure 403) :

W = (mA x V) : 1 000

mais étant donné que le rendementd’un transistor ne dépasse jamais 80 %de la puissance consommée, la puis-sance en W est multipliée par huit.

Donc si nous avons un transistoralimenté en 12 V et consommant420 mA, il doit théoriquement fournirune puissance de :

(420 x 12) : 1 000 = 5,04 W

Comme le rendement est de 80 %, lapuissance réelle obtenue est de :

5,04 x 0,8 = 4 W

Le transistoramplificateur de puissance

Pour élever la faible puissance fourniepar un étage oscillateur, avant de choi-sir un transistor amplificateur il estnécessaire de connaître ces données :

1°- fréquence maximale de travail

en MHz2°- puissance maximale de sortie en W3°- tension maximale à appliquer sur lecollecteur4°- gain maximal du transistor en dB

La fréquence de travail

Le transistor à utiliser doit être choisi avecune fréquence de coupure supérieure àla fréquence à amplifier. La fréquencede coupure est la fréquence limite quele transistor peut amplifier. Donc pouramplifier une fréquence de 30 MHz, il

faut choisir un transistor ayant une fré-quence de coupure d’environ 60 à 70MHz. Pour amplifier une fréquence de100 à 150 MHz, il faut choisir un tran-sistor ayant une fréquence de coupured’environ 200 à 300 MHz.

La puissance de sortie

Parmi les spécifications d’un transistor HFdevrait toujours figurer la puissance HFen W qu’il est capable de fournir (“OuputPower”). Ne confondez pas “l’OutputPower” et la “Total Device Dissipation”, enW aussi, qui est la puissance maximaleque peut dissiper sous forme de chaleurle boîtier du transistor. Pour avoir unebonne marge de sécurité, il faut toujourschoisir un transistor pouvant fournir unepuissance supérieure à celle requise.Pour prélever une puissance de 3 W, ilfaut toujours choisir un transistor capa-ble de fournir une puissance maximalede 4 à 5 W. Dans le cas d’un transistorde 3 W, si pour une raison quelconque lapuissance de sortie fournie dépassait 3,5

W, le transistor risquerait d’être détruit enquelques secondes. Pour prélever unepuissance de 3 W, nous pouvons aussichoisir un transistor de 15 à 20 W car ilne sera pas détruit même si par accident



LE COURS


Figure 412 : Connaissant le gain en dB d’un étage amplificateur, vous pouvez calculer la puissance que vous pourrezprélever en sortie. Si l’étage oscillateur fournit 0,05 W et si le premier étage a un gain de 6 dB, à la sortie vousprélèverez 0,199 W, si le deuxième étage a encore un gain de 6 dB, à la sortie vous prélèverez 0,79 W et si le derniera un gain de 7 dB, à la sortie vous prélèverez 3,96 W.

0,05 W



0,199 W 0,79 W 3,96 W

Figure 413 : En utilisant un transistor de gain supérieur, vous obtiendrez en sortie une puissance supérieure. Si le premier étage aulieu d’avoir un gain de 6 dB en a un de 10, à la sortie vous prélèverez 0,5 W, si le deuxième étage a encore un gain de 10 dB, à lasortie vous prélèverez 5 W et si le dernier a un gain de 8 dB seulement, à la sortie vous prélèverez 31,55 W (voir tableau 22).

0,05 W



0,5 W 5 W 31,55 W

Le gain en dB

Cette donnée, toujours en dB, sous lenom de “Gain Power HF” ou Gpe, indi-que de combien de fois est amplifiée lapuissance appliquée sur la base d’untransistor HF. Si nous avons deux tran-sistors capables de fournir tous deuxune puissance de 20 W :

transistor de 20 W – Gpe 7 dBtransistor de 20 W – Gpe 12 dB

pour savoir quelle différence il y a entreeux, il suffit de consulter le tableau 22des dB et trouver, deuxième colonne, lenombre par lequel il faut multiplier lapuissance appliquée sur les bases.

Si nous relions le transistor de 20 W,ayant un gain de 7 dB, à la sortie d’unétage oscillateur fournissant 0,05 W,

comme le montre la figure 407, nousprélevons sur son collecteur une puis-sance maximale de :

0,05 x 5 = 0,25 W.

Si nous relions le transistor de 20 W,ayant un gain de 12 dB, à la sortie del’étage oscillateur, comme le montre lafigure 408, nous prélevons sur son col-lecteur une puissance maximale de :

0,05 x 15,87 = 0,79 W.

Le gain en dB nous permet de connaî-tre aussi quelle puissance en W on doitappliquer à la base du transistor pourobtenir en sortie la puissance maxi-male. Dans le cas du transistor de 20W ayant un gain de 7 dB (voir figure

409), pour obtenir en sortie cettepuissance, nous devons appliquer surla base un signal de 20 : 5 = 4 W.

Dans le cas du transistor de 20 W ayantun gain de 12 dB (voir figure 410), pourobtenir en sortie cette puissance, nousdevons appliquer sur la base un signalde 20 : 15,87 = 1,26 W. Vous l’avezcompris, plus grand est le gain en dB,moindre doit être la puissance appli-quée sur la base pour obtenir en sortiela puissance maximale.

Si sur la base du transistor ayant ungain de 7 dB nous appliquons un signalde 1,26 W, sur son collecteur nousprélevons une puissance de 1,26 x 5= 6,3 W. Si sur la base du transistorayant un gain de 12 dB nous appli-

quons un signal de 4 W, sur son col-lecteur nous prélevons une puissancede 4 x 15,87 = 63,48 W (voir figure411). Or on sait que ce transistor nepeut fournir plus de 20 W, donc si nousappliquons sur sa base cet excès depuissance, nous le mettrons aussitôthors d’usage.

En effet, comparons un transistor àune lampe et la puissance de pilotageà la tension qu’il faut appliquer à sonfilament : il est évident que si nous ali-mentons une lampe de 12 V avec unetension supérieure elle grillera.

Les ultimes conseils

À l’extrémité de la self correspondantau collecteur (voir figure 414) se trou-vent toujours plusieurs condensateurs

reliés à la masse. Les extrémités deces condensateurs ne sont jamaisreliées à une masse quelconque ducircuit imprimé, mais toujours à lapiste de masse à laquelle est con-necté l’émetteur du transistor ampli-ficateur, comme le montre la figure415. En effet, si nous connections l’unde ces condensateurs à une piste demasse quelconque, tous les résidusHF pourraient atteindre les bases oules collecteurs des autres transistorsamplificateurs, ce qui aurait pour effetde produire des battements ou desauto-oscillations.

Vous l’avez compris, ces condensa-teurs servent à décharger à la massetout résidu de HF présents après laself.

Tableau 22 :

En connaissant la puissance appliquéeà la base d’un transitor, son Gpe et lefacteur multiplicateur de ce gain, onpeut connaître la valeur de la puissancequi se retrouvera sur son collecteur.

Gpe Facteur de(dB) multiplication

6 3,987 5,008 6,319 7,94

10 10,0011 12,5912 15,8713 19,9214 25,1215 31,62



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Figure 414 : A l’extrémité de la selfd’accord d’un étage amplificateur, vous trouverez toujours plusieurs con-densateurs de différentes capacités,tous reliés à la masse.

E

BC

100 nF100 pF

1 nF

1 nF 10µF

E

B

C

MASSE

Figure 415 : Les extrémités de cescondensateurs sont toujours reliées àla même piste de masse, celle allantalimenter l’émetteur du transistor.

E

B

C

MASSE

Figure 416 : Si l’on relie ces condensa-teurs à des pistes de masse fort éloi-gnées de celle alimentant l’émetteur,le transistor risque d’auto-osciller.

CX ESR

E

BC

0,053 Ω

5,3 Ω

1 nF 10 µF

53 Ω

Figure 417 : Souvenez-vous que cha-que condensateur a une résistance

théorique ESR variant en fonction dela fréquence de travail.

Figure 418 : Si l’on met en paral-lèle plusieurs condensateurs de dif-férentes capacités, on réduit la va-leur totale de cette ESR.

les premières leçons, celle où nousévoquons la réactance des conden-sateurs : leur XC en ohm varie avec lacapacité et aussi avec la fréquence detravail selon la formule :

XC ohm = [159 000 : (MHz x pF)].

Donc dans le cas de trois condensa-teurs, un de 100 pF, un de 1 000 et unde 100 000 pF, utilisés pour déchargerà la masse toutes les fréquences rési-duelles, ceux-ci se comportent commes’ils étaient des résistances de valeursohmiques suivantes :

100 pF = XC, soit 53 ohms1 000 pF = XC, soit 5,3 ohms

100 000 pF = XC, soit 0,053 ohm.De prime abord on pourrait penser quele seul condensateur de 100 nF, dontla XC est dérisoire, 0,053 ohm seu-lement, est plus que suffisant pourdécharger à la masse n’importe quelrésidu HF. Mais en fait un condensa-teur a une ESR ou RES (“EquivalentSerie Resistance” ou Résistance Equi-valente Série), c’est-à-dire une résis-tance théorique placée en série avecla capacité du condensateur, commele montre la figure 417.

Cette valeur ohmique ESR augmenteavec la capacité comme ci-dessous :

100 pF = ESR, soit 0,053 ohm1 000 pF = ESR, soit 5,3 ohms

100 000 pF = ESR, soit 53 ohms.

Note : les valeurs ohmiques ESR don-nées sont théoriques et ne serventqu’à démontrer qu’un condensateur decapacité élevée a une ESR supérieureà celle d’un condensateur de moindrecapacité.

Par conséquent un condensateur de100 nF ayant une ESR de 53 ohmsoffre une résistance supérieure à laHF par rapport à un condensateur de100 pF ayant une ESR de 0,053 ohmseulement. En mettant en parallèledeux ou plusieurs condensateurs dedifférentes capacités, chaque résiduHF qui n’est pas déchargé à la massepar le condensateur de capacité supé-rieure à cause de son ESR élevée, lesera par le condensateur de capacité

plus faible mais ayant une ESR plusfaible également.

Tous les condensateurs à utiliser pourdécharger à la masse les résidus HFdoivent avoir une tension de travailau moins égale à 100 V. Des con-densateurs de tensions inférieuressurchaufferaient, ce qui engendreraitdes pertes de puissance.

Conclusion et à suivre

Ajoutons pour conclure que le transis-tor final de puissance ne doit jamaisfonctionner sans charge et donc àsa sortie on devra toujours relier unesonde de charge de 50 ou 75 ohmsou bien un câble coaxial acheminant lesignal vers l’antenne émettrice.

Si aucune charge n’est présente à lasortie, en quelques secondes de fonc-tionnement le transistor sera détruit.

Enfin, pour vous démontrer que la

haute fréquence n’est finalement passi difficile que cela, nous vous feronsmonter, au cours de la partie suivante,un petit émetteur 27 MHz AM (gammeCB) et vous verrez que vous réussirezà le faire fonctionner sans rencontreraucune difficulté.

Vous voyez qu’au lieu d’utiliser unseul condensateur pour décharger cesrésidus, on en utilise toujours deux outrois de différentes capacités et reliésen parallèle, par exemple 100 nF, 1 nF,100 pF, comme le montre la figure414 : pourquoi cela ? Revoyez parmi




LE COURS


À l’aide de cet émetteur, conçu pour la gamme des 27 MHz, vous pourrezcommuniquer avec les cibistes de votre région. Si vous ne possédez pasencore de récepteur dans cette bande, sachez que, dans une prochaineLeçon, nous vous proposerons un convertisseur simple qui, relié à la prised’antenne d’un quelconque superhétérodyne pour ondes moyennes, vouspermettra de capter toutes les émissions CB dans un rayon de 30 km.

Sachant que l’étage oscillateur fournit ensortie une puissance d’environ 0,05 W,utilisant un transistor dont le gain est de11 dB, nous pouvons prélever sur le col-lecteur une puissance d’environ :

0,05 x 12,59 = 0,629 W

En effet, comme le montre le Tableau22, en utilisant un transistor de gain11 dB, la puissance appliquée sur labase est multipliée par 12,59.

Pour augmenter cette puissance de0,629 W il est nécessaire de l’ampli-fier avec un second transistor TR3, unNPN D44C8 dont les caractéristiquessont les suivantes :

Le schéma électrique

Le schéma électrique de la figure 421montre que le circuit se compose d’abordd’un étage oscillateur TR1 et FT1 : cetétage est identique aux schémas desfigures 337 à 344 de la Leçon 37-1.Dans cet étage oscillateur, il manque letrimmer R1, utilisé dans les schémassusdits pour régler la consommation deTR1 à 10 mA. Ce trimmer a été remplacéici par une résistance fixe R1 de 68 kilo-hms, cette valeur permettant une con-

sommation de 10 mA.Le signal HF présent sur la source deFT1 est appliqué sur la base du transis-tor amplificateur TR2 au moyen du fil-tre C7/C9/L1 servant, vous l’aviez com-pris, à adapter l’impédance de sortie duFET à l’impédance de base de TR2. Parrapport au filtre de la figure 393 (pre-mière partie de cette Leçon), vous voyezque le premier condensateur ajustablea été remplacé par un condensateurfixe C7 de 56 pF, parce que, lors desessais, nous avons peaufiné la valeurde cette capacité pour une adaptationparfaite d’impédance entre le FET et letransistor. En revanche, un second con-densateur ajustable C9, servant à corri-ger les éventuelles tolérances de la self L1 a été placé dans le circuit.

Un coup d’œil sur le schéma d’im-plantation des composants de lafigure 429 nous montre que la self L1, au lieu d’être bobinée sur air,l’est sur un petit noyau toroïdal enferrite. Pour remplacer la self à airpar une à noyau toroïdal en ferrite,nous en avons d’abord inséré une devingt spires sur air puis, au momentdu réglage, nous avons commencé àôter des spires jusqu’à une adapta-tion d’impédance parfaite du FET etdu transistor.

Une fois celle-ci obtenue, nous avonsôté la self à air et, avec un impédan-cemètre précis, nous avons mesurésa valeur exacte en µH. Après quoinous avons bobiné sur un noyautoroïdal adéquat un certain nombrede spires, de façon à obtenir cettemême valeur en µH.

Le transistor TR2, choisi comme pre-mier étage amplificateur, est un NPN2N4427 dont les caractéristiquessont les suivantes :

tension alimentation ........................20 V courant collecteur max ..............400 mApuissance HF maximum ...................1 Wfréquence de coupure ..............200 MHzgain en puissance ............11 dB environ

L E Ç O

N N ° 3 9

- 2 - 1

N I V E

A U 3

Apprendre

l’électroniqueen partant de zéroComment concevoir un émetteur

deuxième partie : mise en pratique



LE COURS


tension alimentation ................... 60 V courant collecteur max ..................4 A

puissance HF maximum ............. 20 Wfréquence de coupure ............ 35 MHzgain en puissance ...........9 dB environ

Pour adapter l’impédance du collec-teur de TR2 avec celle de la base deTR3, nous avons utilisé un second fil-tre adaptateur C14/C15/L2. Pour cefiltre aussi le premier condensateurajustable a été remplacé par un fixeC14 de 10 pF, valeur déterminée aucours de nos essais.

Le second condensateur ajustable C15sert à corriger les tolérances éventuel-les de L2. Avec un gain de 9 dB, la puis-sance appliquée sur la base doit êtremultipliée par 7,94 (voir Tableau 22) etdonc nous prélèverons sur le collecteurune puissance d’environ :

0,629 x 7,94 = 4,99 W

Ces 4,99 W sont théoriques car, si lerendement d’un transistor ne dépasse jamais 80 %, la puissance HF réelledisponible sera d’environ :

4,99 x 0,8 = 3,99 W

Pour transférer la haute fréquence ducollecteur de TR3, dont l’impédanceest de 3 ohms environ, à l’impédancedu câble coaxial utilisé pour transférerle signal vers le dipôle émetteur, ilest nécessaire d’utiliser le filtre de lafigure 394, c’est-à-dire de relier au col-lecteur la self L4 et de prélever le signalHF sur le condensateur ajustable C19.

Un coup d’œil sur le schéma électriquenous permet de voir que le signal HFprésent sur C19, au lieu d’atteindredirectement la prise d’antenne, passeà travers deux filtres passe-bas, lepremier constitué de C20/L5/C21 etle second de C22/L6/C23. Ce double

filtre passe-bas sert à atténuer toutesles fréquences harmoniques présentessur le collecteur de TR3.

En effet, il ne faut pas oublier que,même si notre fréquence fondamen-tale est de 27 MHz, sur le collecteurde TR3 se trouvent des fréquencesharmoniques multiples de 27, commele montre la figure 423 :

27 x 2 = 54 MHz27 x 3 = 81 MHz

27 x 4 = 108 MHz

Bien que ces fréquences harmoni-ques aient une puissance moindreque celle de la fondamentale, il fauttoujours éviter qu’elles arrivent àl’antenne, car cela pourrait occasion-ner des interférences dans tous lesrécepteurs des environs.

En appliquant un double filtre passe-bas à la sortie de l’émetteur, celui-cine laisse passer que la fréquencefondamentale de 27 MHz et non sesharmoniques, comme le montre lafigure 424. Ce double filtre atténue lesharmoniques de 36 dB, ce qui corres-

Figure 419 : Photo d’un des prototypes de la platine émettrice. Comme la théorie seule ne suffit pas à comprendre comment secomporte un étage amplificateur HF, nous allons vous expliquer comment monter un petit émetteur AM 27 MHz et commentle régler pour obtenir en sortie le maximum de sa puissance.

Figure 420 : L’émetteur de la figure 419 n’émet que le seul signal HF, maissi vous voulez envoyer à distance votre voix ou de la musique vous devez le

compléter avec cet étage modulateur. L’article vous explique comment leréaliser et comment le relier à l’émetteur afin de pouvoir moduler en AM.

pond à une atténuation en puissancede 3 981 fois.

Si les fréquences harmoniques sui-vantes sortent du collecteur de TR3 :

54 MHz avec une puissance de 1,2 W81 MHz avec une puissance de 0,4 W

108 MHz avec une puissance de 0,1 W

ce filtre passe-bas les atténue de3 981 fois et donc leur puissance àl’antenne sera, pour la première, de :

54 MHz 1,2 : 3 981 = 0,0003 W

ce qui est vraiment dérisoire…et ne par-lons pas des deuxième et troisième !

Le calcul du filtre passe-bas

Pour calculer un filtre passe-bas (voirfigure 425), la première opération

consiste à fixer sa fréquence de cou-pure : celle-ci est toujours calculéesur une fréquence supérieure par rap-port à la fondamentale et sur unefréquence inférieure par rapport à lapremière harmonique.



LE COURS


bas eût été de : 108 x 1,2 = 129,6 MHz

environ.Connaissant la fréquence de cou-pure, nous pouvons calculer la valeurde la self et des condensateurs enutilisant la formule :

self en µH = 15,9 : MHzC en pF = 3 180 : MHz

Étant donné que pour la gamme des27 MHz nous avons choisi une fré-quence de coupure de 32,4 MHz, laself doit avoir une valeur de :

15,9 : 32,4 = 0,49 µH

et les deux condensateurs une capa-cité de :

3 180 : 32,4 = 98 pF

Précisons que la fréquence de cou-pure n’est pas critique et donc,même si nous utilisons une self de0,5 µH et deux condensateurs de100 pF, le filtre atténuera toujours

autant les harmoniques. Pour connaî-tre la fréquence de coupure obtenueavec 0,5 µH et 100 pF, nous pouvonsutiliser la formule :

FC en MHz =318 : racine carrée de [µH x (pF x 2)]

Ce filtre commencera donc à atténuertoutes les fréquences supérieures à :

318 : racine carrée de[0,5 x (100 x 2)] = 31,8 MHz

Donc, la fréquence fondamentale de27 MHz atteint l’antenne sans aucuneatténuation et la première harmoniquede 54 MHz avec une atténuation impor-tante. Un filtre passe-bas, constituéd’une seule self et de deux condensa-

teurs (C20/L5/C21), atténue toutes les

harmoniques de seulement 18 dB, cequi fait une atténuation en puissancede 63,10 fois, mais comme nous enavons mis deux en série, nous avonsune atténuation en puissance de :

63,10 x 63,10 = 3 981,6 fois

ce qui correspond à une atténuation de36 dB.

Notez que dans le schéma électriquede tout émetteur on indique toujoursle nombre de spires des selfs et lescapacités des condensateurs à utiliserpour ce filtre.

L’étage de modulation

L’émetteur de la figure 421 ne rayonneque le seul signal HF : donc s i nousvoulons envoyer à distance notre voix,ou bien de la musique, nous devonsmoduler ce signal HF avec un signalBF. Pour moduler en amplitude, soiten AM, un signal HF il faut un ampli-

ficateur BF capable de produire unepuissance en W légèrement inférieureà la puissance HF produite par l’étagefinal de l’émetteur.

Quand du secondaire du transforma-teur T1 sort la demie onde positivedu signal BF, celle-ci fait augmenter latension sur le collecteur du transistorpilote et du transistor final.

Quand du secondaire du transforma-teur T1 sort la demie onde négativedu signal BF, celle-ci fait diminuer latension sur le collecteur du transistorpilote et du transistor final. Comme latension de collecteur du transistor finalHF varie, on aura en sortie un signalmodulé en amplitude, comme le montrela figure 406.

E

BC

S

GD

TR1

FT1

TAL

R1

R2 R3

R4

R5

R6

C1 C2 C3

C4

C5C6

C7

C8

JAF1

JAF2

TP1

Figure 421 : Schéma élec-trique de l’émetteur 27 MHzfournissant une puissanced’environ 3 W.

Liste des composantsEN5040

R1 .................68 kΩR2 .................15 kΩR3 .................100 ΩR4 .................100 kΩR5 .................22 ΩR6 .................100 ΩR7 .................2,2 kΩR8 .................150 ΩR9 .................4,7 ΩR10 ............... 100 ΩC1.................. 2-15 pF ajust. bleuC2.................. 100 pF céramiqueC3.................. 10.000 pF céramiqueC4.................. 22 pF céramique

C5.................. 47 pF céramiqueC6.................. 1 000 pF céramiqueC7.................. 56 pF céramiqueC8.................. 10 nF céramiqueC9.................. 3-40 pF ajust. violetC10 ............... 100 pF céramiqueC11 ............... 10 µF électrolytiqueC12 ............... 100 pF céramiqueC13 ............... 10 nF céramiqueC14 ............... 10 pF céramiqueC15 ............... 3-40 pF ajust. violetC16 ............... 100 pF céramiqueC17................10 nF céramiqueC18 ............... 3-40 pF ajust. violetC19 ............... 7-105 pF ajust. violetC20 ............... 100 pF céramiqueC21 ............... 100 pF céramiqueC22 ............... 100 pF céramiqueC23 ............... 100 pF céramiqueC24 ............... 10 nF céramiqueC25 ............... 10 µF électrolytiqueJAF1 .............. self 1 µHJAF2 .............. choc sur ferriteJAF3 .............. self 1 µHJAF4 .............. choc sur ferriteL1-L6............. lire texteXTAL .............. quartz 27,125

ou 27,095 MHzFT1................ FET J310TR1................NPN 2N.2222TR2................ NPN 2N.4427TR3................ NPN D.44C8J1 ..................cavalierJ2 ..................cavalier

Donc, pour un émetteur travaillantsur 27 MHz, nous devons choisir unefréquence de coupure supérieure à27 MHz et inférieure à 54 MHz. Laformule à utiliser pour déterminer lafréquence de coupure est :

Fréquence de coupure =MHz fondamentale x 1,2

Soit ici :27 x 1,2 = 32,4 MHz environ.

Si nous avions réalisé un émetteur pourla gamme FM des 88 à 108 MHz, lafréquence de coupure du filtre passe-



LE COURS


Figure 422 : Brochages des transistors et FET vus de dessous et, pour letransistor D44C8, vu de face.

E

B

C

2N2222

G D

S

J 310

E

B

C

2N4427

B C E

D44C8

E

BC

E

BC

TR2

TR3

C9C10

C11

C12 C13

C14

C15

R7

R8 R9 R10

C16 C17

C18

C19

C20 C21 C22 C23

C24 C25

JAF3

JAF4

L3L1

L2

L4 L5 L6

J1 J2

12 V

V E R S D

I P Ô L E

FILTRI PASSA-BASSO

Pour réaliser l’étage modulateur, nous

avons utilisé un circuit intégré TDA2002parce que, comme le montre la figure427, à l’intérieur se trouve un étageamplificateur BF complet, constituéde vingt-quatre transistors capables defournir en sortie une puissance d’en-viron 2 W. Le signal BF, prélevé sur lemicrophone, atteint le trimmer R4 dontle curseur est relié à la broche d’entrée1 du TDA2002.

Ce trimmer nous permet de doser lepourcentage de modulation : tournévers le minimum de résistance, lesignal HF est modulé à environ 20 %,comme le montre la figure 405, tournévers le maximum de résistance, ill’est à 90 %, comme le montre lafigure 406. Au-dessus du maximum, lesignal HF est surmodulé et en sortieon obtient alors un signal distordu.

Le signal amplifié en puissance présentsur la broche 4 de sortie du TDA2002,au lieu d’être appliqué à un haut-parleur,l’est à l’enroulement primaire du trans-formateur T1, puis il est prélevé sur le

secondaire pour être appliqué sur le col-lecteur des transistors TR2 et TR3.

La réalisation pratiquede l’émetteur

Avant de commencer le montage, nousvous conseillons de bobiner les selfsL1, L2, L3, L4, L5 et L6 sur leursnoyaux toroïdaux de couleur jaune/grisavec des fils de cuivre émaillé de dia-mètres 0,3 et 0,5 mm.

Selfs L1 et L2 : sur les deux petits noyauxde 8 mm, enroulez 17 spires de fil de0,3 mm (il vous en faut environ 30 cmpour les 17 spires), comme le montre lafigure 428. Les longueurs excédentairesdoivent être coupées et les deux extré-

mités du fil décapées, avec une lamede cutter ou du papier de verre, puisétamées.

Self L3 : sur un autre de ces petitsnoyaux de 8 mm, enroulez 27 spires defil de 0,3 mm (il vous en faut environ50 cm), comme le montre la figure 428.Les longueurs excédentaires doivent êtrecoupées et les deux extrémités du fildécapées, avec une lame de cutter oudu papier de verre, puis étamées.

Self L4 : sur un noyau de 13 mm,

enroulez 11 spires de fil de 0,5 mm (ilvous en faut environ 30 cm), commele montre la figure 428. Les longueursexcédentaires doivent être coupées etles deux extrémités du fil décapées,avec une lame de cutter ou du papierde verre, puis étamées.

Self L5 et L6 : sur un noyau de 13 mm,enroulez 8 spires de fil de 0,5 mm (ilvous en faut environ 26 cm pour 8 spi-res), comme le montre la figure 428.Les longueurs excédentaires doiventêtre coupées et les deux extrémités dufil décapées, avec une lame de cutterou du papier de verre, puis étamées.

Toutes les selfs étant terminées, réalisezle circuit imprimé EN5040, dont la figu-re 429b donne le dessin à l’échelle 1,

ou procurez-vous le et montez tous lescomposants, comme le montre la figu-re 429a. Enfoncez et soudez d’abord lesdix picots servant aux cavaliers, point testet connexions extérieures.

Montez toutes les résistances aprèsles avoir classées par valeurs afin dene pas les intervertir.

Puis montez tous les condensateurscéramiques en vous reportant éven-tuellement aux premières Leçons sivous avez un doute pour la lecture des

valeurs inscrites sur leur enrobage.Montez ensuite les selfs en boîtiersbleus JAF1, près de TR1 et JAF3,près de TR2. Près du quartz montezla petite self sur ferrite JAF2 et der-rière le dissipateur de TR3 l’autreself sur ferrite JAF4.

Montez alors les quelques conden-sateurs électrolytiques en respectantbien leur polarité +/– (la patte la pluslongue est le + et le – est inscrit surle côté du boîtier cylindrique).

Montez tous les condensateurs ajusta-bles : C1, bleu ciel, est un 15 pF, C9,C15 et C18, violets, sont des 40 pF etenfin C18, le plus grand, violet, a unecapacité maximale de 105 pF.



LE COURS


Prenez alors les selfs que vous avezpréparées : montez les deux petitesà 17 spires en L1 et L2 (de part etd’autre de TR2), la troisième petite à27 spires en L3 (en haut près de C16),la grande à 11 spires en L4 (à gauchede C19) et les grandes à 8 spires en L5et L6 (à droite de C19).

Vérifiez bien les soudures de cesselfs, la qualité des soudures dépen-dant de celle de la préparation desextrémités (décapage/étamage).

Montez maintenant les transistors :TR1 (petit boîtier métallique) à gau-che de la platine, ergot repère-dé-trompeur orienté vers le quadrantbas gauche, FT1 (plastique demielune) près de JAF2, méplat repère-dé-trompeur orienté vers R4, TR2 (grand

boîtier métallique) à droite de L1,ergot repère-détrompeur orienté versle quadrant bas gauche, comme lemontre la figure 429a.

Les bases des boîtiers de ces trois tran-sistors seront maintenues à 4 ou 5 mmde la surface du circuit imprimé.

Enfoncez sur le boîtier de TR3 le dis-sipateur à ailettes après l’avoir ouvertavec une panne de tournevis plat.

Montez enfin TR3 sur son dissipa-teur à l’aide d’un petit boulon 3MA etenfoncez les pattes jusqu’à ce que labase du dissipateur soit en contactavec la surface du circuit imprimé,maintenez-le bien appuyé pendantque vous soudez les pattes.

Montez le quartz debout et bien enfoncé.Il peut être marqué de cette fréquence :

27,095 ou de cette autre : 27,125 MHz.Choisissez-en un : le premier si vousdésirez émettre sur 27,095 ou le secondsi vous désirez le faire sur 27,125 MHz.

La réalisation pratiquedu modulateur

Réalisez maintenant le circuit impriméEN5041, dont la figure 430b donne ledessin à l’échelle 1, ou procurez-vous leet montez tous les composants, commele montre la figure 430a. Enfoncez etsoudez d’abord les six picots servantaux connexions extérieures.

Montez toutes les résistances aprèsles avoir classées par valeurs et puis-sances (R5, R6, R7 et R8 sont des1/2 W) afin de ne pas les intervertir et

le trimmer R4 en bas à gauche.Puis montez tous les condensateurscéramiques et polyesters en vousreportant éventuellement aux premiè-res Leçons si vous avez un doute pourla lecture des valeurs inscrites sur leurenrobage ou leur boîtier plastique.

Montez ensuite la self de choc VK200en ferrite JAF1, près de C6. Montezles quelques condensateurs électro-lytiques en respectant bien leur pola-rité +/– (la patte la plus longue estle + et le – est inscrit sur le côté duboîtier cylindrique).

Montez le circuit intégré TDA2002IC1 sur son dissipateur ML26 à l’aided’un petit boulon 3MA et enfoncezles pattes jusqu’à ce que la base dudissipateur soit en contact avec lasurface du circuit imprimé, mainte-nez-le bien appuyé pendant que voussoudez les pattes. Montez enfin letransformateur de modulation T1.

Reliez alors la capsule microphoniqueà l’entrée du modulateur à l’aide d’unpetit morceau de câble blindé (20 à30 cm) : la tresse de masse est à relierà la piste de masse m et l’âme à lapiste s du circuit imprimé, côté capsulela tresse de blindage est à relier à lademi-lune en contact avec son boîtiermétallique et l’âme est à relier à lademie lune isolée, comme le montre lafigure 431 (en cas d’inversion le mon-tage ne fonctionnerait pas).

Le réglage de l’émetteur

Si vous ne régliez pas tous les condensa-teurs ajustables du circuit, vous ne pour-riez prélever à la sortie de votre émetteuraucune puissance. Le réglage à faire est

27 MHz

54 MHz 81 MHz 108 MHz

Figure 423 : Étant donné qu’à lasortie d’un émetteur on trouve,en plus de la fréquence fondamen-tale, les fréquences harmoniquesmultiples, si on n’atténue pas cesdernières, elles sont rayonnéesdans l’éther par l’antenne émet-trice, où elles produisent des in-terférences inutiles et nuisibles.

27 MHz

54 MHz

81 MHz

108 MHz

Figure 424 : Si nous appliquonsentre la sortie de l’émetteur etl’antenne un double filtre pas-se-bas, comme le montre la figu-re 425, nous atténuons toutes lesfréquences harmoniques et non lafréquence fondamentale.

Figure 425 : Filtre passe-bas.

C1 C1

L1

ENTRÉE SORTIE

Fréquence de coupure = MHz x 1,2

L1 ( µH) = 15,9 : MHz

C1 (pF) = 3180 : MHz

µH x (pF x 2) Fréquence de coupure (MHz) = 318 :



LE COURS


Figure 427 : Schéma électrique interneet brochage du TDA2002

des plus simples, surtout si vous suiveznos instructions.

Avant tout il faut faire osciller le quartzde l’étage oscillateur et pour ce fairevous devez tourner l’axe du condensa-teur ajustable C1 monté en parallèleavec la self JAF1.

Après avoir relié la sonde de chargeEN5037 aux points TP1 (voirfigure 432), tournez l’axe de C1 len-tement jusqu’à lire sur le multimètreune tension d’environ 3 V. Cettetension correspond en théorie à unepuissance de :

(3 x 3) : 100 = 0,09 W

Cette puissance n’est pas réelle,car la sonde de charge ajoute à la

puissance produite par la fréquencefondamentale la puissance de toutesles harmoniques produites par l’étageoscillateur : donc, en enlevant la puis-sance des harmoniques, nous pouvonsconsidérer exacte une puissance deseulement 0,05 W.

Après avoir fait osciller le quartz, ôtezla sonde de charge des points TP1 etreliez un multimètre, portée 500 mACC, aux deux points J1, comme le mon-tre la figure 433.

Appliquez le 12 V d’alimentation àl’émetteur, puis tournez lentement lecondensateur ajustable C9 permet-tant d’adapter l’impédance entre FT1et TR2.

L’impédance est adaptée quand letransistor consomme un courant maxi-mal, aux alentours de 120 à 130 mA.

Retouchez alors C1 de l’étage oscilla-teur afin de vérifier si l’on ne peut pasaugmenter, fût-ce de quelques mA, le

courant consommé par TR2.Ceci fait, débranchez le multimètredes points J1, puis court-circuitez-lesavec un morceau de fil de cuivre nusoudé, comme le montre la figure 437,afin que le 12 V arrive sur le collecteur

de TR2. Reliez le multimètre, portée500 mA CC, aux points J2, puis con-nectez à la prise de sortie d’antenneune sonde de charge de 50 ou 75ohms d’impédance et d’environ 6 Wde puissance.

Si vous réglez la sortie avec la sondede charge de 50 ohms, pour transférerle signal HF vers le dipôle émetteur,vous devez utiliser un câble coaxial de

50 ou 52 ohms d’impédance : on entrouve chez les revendeurs de maté-riel CB.

Si vous réglez la sortie avec la sondede charge de 75 ohms, pour transférerle signal HF vers le dipôle émetteur,

Figure 426 : Schéma électrique de l’étage amplificateur BF utilisé comme modulateurAM (modulation d’amplitude). La sortie va moduler le signal HF de l’émetteur.

Figure 428 : Avant de commencer le montage de l’émetteur, nous vous conseillons de bobiner d’abord soigneusement toutes lesselfs sur leurs noyaux toroïdaux de ferrite (attention, ils sont cassants, aussi ne les faites pas tomber sur le sol).

vous devez utiliser un câble coaxialde 75 ohms d’impédance : n’importequel câble coaxial télévision fera l’af-faire et on en trouve partout, aussipeut-être avez-vous intérêt à prendrecette solution.

C3

C1

C4

C5 C6

C7

C8

C9

R2

R3

R4 R5

R6

R7

R8

JAF1

T1

IC15

3

1

2

4

12 V

SORTIEMIC

C2

R1

M


R1 ........ 10 kΩR2 ........ 47 kΩR3 ........ 100 ΩR4 ........ 100 kΩ trimmerR5 ........ 22 Ω 1/2 WR6 ........ 2.200 Ω 1/2 WR7 ........ 10 Ω 1/2 WR8 ........ 10 Ω 1/2 WC1 ........ 100 pF céramiqueC2 ........ 1 nF polyesterC3 ........ 220 nF polyesterC4 ........ 1 µFpolyesterC5 ........ 100 nF polyesterC6......... 100 µF électrolytiqueC7......... 470 microF. électrolytiqueC8......... 1 000 µF électrolytiqueC9......... 10n pF polyesterJAF1 ..... choc VK200IC1........ intégré TDA2002T1......... transfo. de modulationMIC....... micro préamplifié

1 3 52 4

TDA 2002

17 SPIRES

L1 - L2

27 SPIRES

L3

11 SPIRES

L4

8 SPIRES

L5 - L6



LE COURS


Figure 429a : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur. Sur TR2, montezson dissipateur à ailettes. Fixez d’abord TR3 sur le sien avant d’enfoncer bien à fondses pattes dans les trous pour les souder.

Quoi qu’il en soit vous devez réglerl’adaptation d’impédance entre lecollecteur de TR2 et la base de TR3 etpour ce faire vous devez tourner l’axedu condensateur ajustable C15 jusqu’àce que le transistor consomme un cou-rant d’environ 340 à 360 mA.

Quand cela est obtenu, débranchezle multimètre des points J2 et court-circuitez-les avec un morceau de filde cuivre nu soudé afin que le 12 Varrive sur le collecteur de TR3.

Reliez le multimètre, portée 20-25V CC, à la sonde de charge EN5042,comme le montre la figure 438. Puistournez lentement les axes des deuxcondensateurs ajustables C18 et C19 jusqu’à lire sur le multimètre la tension

TP1

XTAL

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

C1

C2 C4

C5 C3

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12 C13

C14

C15

C17C16

C18

C19

C20C21

C22

C23C24C25

J A

F 1

J A F 3

J A F 2

L1

L2

L3

L4

L5

L6

JAF4

J1 J2

TR1

FT1

TR2

TR3

12 V VERS ANT. DIPÔLE

Figure 429b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur EN5040.

maximale. Si vous avez pris la sondede charge de 50 ohms, vous lirez unetension maximale d’environ 17 à 18 V.Si vous avez choisi celle de 75 ohms,21 à 22 V. Ce résultat obtenu, vouspouvez retoucher légèrement C9 et C15pour essayer d’augmenter la tension desortie.

Si vous avez choisi 75 ohms et quevous lisiez 21 V, la puissance obte-nue est de :

(21 x 21) : (75 + 75) = 2,94 W

Si vous lisez 22 V :

(22 x 22) : (75 + 75) = 3,22 W

Si vous enlevez de la sortie de l’émet-

teur le double filtre passe-bas, vousobtenez une tension d’environ 26V qui, en théorie, correspond à unepuissance de :

(26 x 26) : (75 + 75) = 4,5 W

Cette augmentation de puissance estobtenue car à la puissance de la fré-quence fondamentale s’ajoute, en pureperte, la puissance des harmoniques les-quelles, n’étant pas atténuées, sont biensûr mesurées par la sonde de charge.Vous savez qu’en débranchant le filtrepasse-bas, la fréquence fondamentalede 27 MHz restera d’une puissanceréelle de 2,9 à 3,2 W. La différencepour arriver à 4,5 W est constituée parles harmoniques inutiles et nuisibles.



NOTES



LE COURS


Figure 430a : Schéma d’implantation des composants du modulateur. Pour relier le microphone avec la bonne polarité, regardezd’abord la figure 431. Le trimmer R4 sert à régler la sensibilité du microphone.

Figure 430b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du modulateur EN5041.

MASSE SIGNALMICROPHONE

Figure 431 : La piste en demi-lunede la capsule microphonique électretpréamplifiée reliée au boîtier métalli-que est celle de masse et elle doitêtre soudée à la tresse de blindagedu câble coaxial. La piste en demi-lune isolée est la sortie du signal mi-crophonique et elle doit être reliée àl’âme du câble coaxial.

R2

R3

XTAL

R1

R4

R5

R6

R7

R8

R9

C1

C2 C4

C5 C3

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12 C13

C14

J A F 1

J A F 3

J A F 2

L1

TR1

FT1

TR2

J1

TP1

S O R T I E

R1 R2 C1 C2 C 3 C 4R3

JAF1

DS1 E N

T R É E

SONDE CHARGE EN5037

COM+

Service

~ =50 µ A

0,5 µ A

5mA

50mA

0,5A5A 1KVmax

500V

10V

2V

x1K x100

x10

x1

100V

200V

50V

20V

OHM

SIGNAL

MASSE

MULTIMÈTRE sur Volts

Figure 432 : Pour régler l’émetteur,il faut tout d’abord faire osciller le

quartz. Après avoir relié la sondede charge EN5037 aux points TP1,tournez le condensateur ajustableC1 jusqu’à lire sur le multimètreune tension d’environ 3 V.

E N 5 0 4 1

R3R4

R5R6

R7

R8

C1

C3

C4

C5

C6C7

C8

C9

J A F 1

IC1

T1

12 V

SORTIE

MICROPHONE

M

C2

R1

R2

E

E

M

L E Ç O

N N ° 3 9

- 2 - 2

N I V E

A U 3



LE COURS


Figure 433 : Après avoir enlevé la sonde de TP1, reliez le multimètre, portée 500 mA, aux deux points J1, puis tournez lecondensateur ajustable C9 jusqu’à lire un courant de 120 à 130 mA. Ce réglage adapte l’impédance entre FT1 et TR2.

COM+

Service

~ =50 µ A

0,5 µ A

5mA

50mA

0,5A

5A 1KVmax

500V

10V

2V

x1K x100

x10

x1

100V

200V

50V

20V

OHM

MULTIMÈTRE sur mA

R2

R3

TP1

XTAL

R1

R4

R5

R6

R7

R8

R9

C1

C2 C4

C5 C3

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12 C13

C14

J A F 1

J A F 3

J A F 2

L1

J1

TR1

FT1

TR2

Figure 434 : Afin de poursuivre le réglage, vous devez utiliser une sonde ca-pable de supporter une puissance d’environ 6 W. En changeant la valeur desrésistances R1-R2-R3, vous pouvez réaliser cette sonde pour une impédanced’entrée de 50 ou 75 ohms.

ENTRÉE50 à 75Ω

R1 R3

DS1

C1 C2

JAF1

C3 C4 R4

COM+

Service

~ =

30 µ A

0,3 µ A

3mA

30mA0,3A

3A 1,5KVmax1KV

5V1,5V

x1K x100 x10

x1

150V

500V

50V

15V

OHM


R2

L X 5 0 . . . . E N T R

É E

5 0 à 7 5 Ω

V E R S

M U L T I M

È T R E

C1 C2 C3 C4 R4

JAF1

DS1SIGNAL

MASSE

R1 R2 R3

Figure 435a : Schéma d’implantation des composants de la sonde de 6 W EN5042.

Figure 435b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la sonde EN5042.


Pour sonde 75 Ω

R1 = 220 Ω 2 WR2 = 220 Ω 2 WR3 = 220 Ω 2 WR4 = 68 kΩ 1/4 WC1 = 10 nF céramiqueC2 = 1 nF céramiqueC3 = 10 nF céramiqueC4 = 1 nF céramiqueDS1 = diode schottky HP5711JAF1 = choc sur ferrite

Pour sonde 50 Ω

R1 = 150 Ω 2 WR2 = 150 Ω 2 WR3 = 150 Ω 2 WR4 = 68 kΩ 1/4 WC1 = 10 nF céramiqueC2 = 1 nF céramiqueC3 = 10 nF céramiqueC4 = 1 nF céramiqueDS1 = diodo schottky HP5711JAF1 = choc sur ferrite

Figure 436 : Photo d’un des prototypesde la platine de la sonde EN5042.



LE COURS


L X 5 0 . . . .

TR2

C 1 C 2 C 3 C 4R4

JAF1

DS1

R1 R2 R3

COM+

Service

~ =50 µ A

0,5 µ A

5mA

50mA

0,5A

5A 1KVmax

500V

10V

2V

x1K x100

x10

x1

100V

200V

50V

20V

OHM

C22

C10

TP1

R8

R9

R10

C12 C13

C14

C15

C17C16

C18

C19

C20C21

C23C24

C25

J A F 3

L3

L4

L5

L6

JAF4

J1J2

TR2

12 V

SIGNAL

MASSE

MULTIMÈTRE en mA

TR3

L2

CAVALIER

SONDE DE CHARGE EN5042

Figure 437 : Après avoir relié la sonde de charge EN5042 à la sortie de l’émet-teur, vous devez court-circuiter les points J1 , puis relier le multimètre, portée

500 mA, aux deux points J2 et tourner l’axe du condensateur ajustable C15 jusqu’à lire un courant de 340 à 360 mA. Cette valeur obtenue, vous avezadapté l’impédance entre TR2 et TR3.

L X 5 0 . . . .

TR2C22

C10

TP1

R8

R9

R10

C12 C13

C14

C15

C17C16

C18

C19

C20C21

C23C24

C25

J A F 3 L3

L4

L5

L6

JAF4

J1J2

TR2

12 V

TR3

L2

CAVALIER

C 1 C 2 C 3 C 4R4

JAF1

DS1

R1 R2 R3

SIGNAL

MASSE

SONDE DE CHARGE EN5042

COM+

Service

~ =50 µ A

0,5 µ A

5mA

50mA

0,5A

5A 1KVmax

500V

10V

2V

x1K x100

x10

x1

100V

200V

50V

20V

OHM


CAVALIER

Figure 438 : Ensuite, court-circuitez les deux points J1 et les deux points J2 etreliez le multimètre, portée 20-25 V, à la sonde de charge EN5042, puis réglezles deux condensateurs ajustables C18-C19 jusqu’à lire la tension maximale.Si vous utilisez une sonde de 50 ohms vous réussirez à atteindre une tensionmaximale de 17-18 V, avec une sonde de 75 ohms, 21-22 V.



LE COURS


Figure 440 : Pour réaliser un dipôle pour 27 MHz, il faut deux morceaux de fil de cuivre de 2,56 m de longueur.

R3R4

R5R6

R7

R8

C1

C3

C4

C5

C6C7

C8

C9

J A F 1

IC1T1

MICROPHONE

C2

R1

R2

VERSDIPÔLE

TP1

XTAL

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

C1

C2 C4

C5 C3

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12 C13

C14

C15

C17C16

C18

C19

C20C21

C22

C23C24

C25

J A F 1

J A F 3

J A F 2

L1

L2

L3

L4

L5

L6

JAF4

J2

TR1

FT1

J1

TR3

TR2

SORTIE

12 V

MS

S.

M.

CAVALIER

Figure 439 : Pour relier le modulateur à l’émetteur, vous devez câbler les deux fils entre la sortie du transformateur T1 du modulateuret l’entrée J1 de modulation, puis court-circuiter J2. Quand vous enlèverez la sonde de la sortie de l’émetteur, vous devrez laremplacer par un câble coaxial d’impédance convenable allant à l’antenne émettrice.

2,56 m

CÂBLE COAXIAL75 - 52Ω

2,56 m

ISOLANT ISOLANTISOLANT



LE COURS


Figure 441 : Étant donné que pour devenir un chevronné d’électronique la pratiquesert bien plus que la théorie, plus vous ferez de montages et plus vous réussirez àcomprendre leurs secrets.

FJML Q Q

Plrsb b slrp nr i ploqfb abi jbqqbro l alfq qlrglrop obifbo r bpl ab ab e odb lr fb r ib

l uf i ii q ifjb qbo ib afm ibjbqqbro+ Pf slrp iirjb i jbqqbro

p p r r b e odb) ib qo pfpqlocf i Q 0 qlrqbp ibp e bp a qob

rppfq q a qorfq+

La sonde de chargede 50 ou 75 ohms

La sonde de charge EN5037, fabriquéeLeçon 36, ne supporte pas des puis-sances supérieures à 1 W. Or notreémetteur fournit une puissance d’en-viron 3 W, il vous faut donc une charge

en mesure de supporter une puissanceà dissiper de 6 W.

Pour la réaliser, vous devez monter surle circuit imprimé EN5042 (voir figure435) trois résistances au carbone de2 W en parallèle. Pour que cela fasse50 ohms, il faut monter en parallèletrois résistances de 150 ohms.

Pour que cela fasse 75 ohms, il fautmonter en parallèle trois résistancesde 220 ohms. Cela fait exactement73,33 ohms en théorie, mais comptetenu des tolérances des résistances,cela peut faire en pratique 74 ou 75ohms. Quand vous utilisez cette sonde,les résistances chauffent, ne vous eninquiétez pas, elles dissipent en chaleurl’énergie HF produite par l’émetteur.

Comment relier le modulateur

Pour moduler en AM le signal HF de27 MHz, vous devez relier, au moyende deux fils de cuivre isolé, les deuxbornes de sortie du transformateur T1aux deux points d’entrée J1 de l’émet-teur, sans oublier de court-circuiter lespoints J2, comme le montre la figure439.

Le 12 V stabilisé nécessaire pouralimenter l’émetteur et le modulateurpeut être prélevé sur l’alimentationEN5004 présentée dans les premièresLeçons du Cours.

Respectez bien la polarité de ces bran-chements en vous aidant de la couleurdes fils : noir – et rouge +, sinon vous

détruiriez IC1 et les transistors.Si vous ne reliez pas le modulateur àl’émetteur, vous devez court-circuiterles points J1.

Le dipôle émetteur

Pour rayonner le signal HF de votreémetteur dans l’éther, vous avezbesoin d’une antenne émettrice etnous vous proposons de construireun dipôle : pour le réaliser il vous fautdeux longueurs de fil de cuivre de 2,65m, comme le montre la figure 440.

Comme fil, prenez du multibrin isoléplastique (il est plus souple), commecelui utilisé pour le câblage automobile.

Au centre du dipôle reliez les extrémi-tés d’un câble coaxial de 75 ohms etfaites-le descendre jusqu’à la sortie devotre émetteur où vous devez relier latresse de blindage au point de masseet l’âme au point correspondant à laself L6.

Le montage dans le boîtier

Comme ce petit émetteur expérimentalsert surtout à dévoiler à vos yeux lespremiers secrets touchant les oscilla-teurs et amplificateurs HF et aussi àvous apprendre à régler les adapta-teurs d’impédance entre étages, nousn’avons prévu aucun boîtier.

Le mieux serait de fixer les différentesplatines (dont l’alimentation secteur

230 V) sur une plaque de contre-pla-qué ou d’aggloméré, avec de petitsboulons ou des points de colle ther-mofusible.

Mais vous pouvez aussi bien déciderde faire vous-même le montage dansun boîtier métallique en disposant surle fond horizontal les trois platines :émetteur, modulateur et alimentation.

Sur le panneau arrière montez une BNCsocle 75 ohms comme sortie antenne,faites entrer le secteur 230 V par uncordon à travers un passe-fil, prévoyezun porte-fusible à côté.

En face avant, montez un jack pourl’entrée microphone, un interrupteurM/A sur la tension secteur 230 V etun autre à poussoir fugitif sur le 12 V(plus tard, si vous remplacez le petitmicrophone par un vrai microphone decibiste avec PTT, vous pourrez rempla-cer l’interrupteur 12 V par ce PTT, voirle câblage sur la notice fournie avec lemicrophone CB).




LE COURS


Figure 442 : Tous les oscillateurs utilisant des circuits in-tégrés numériques fournissent en sortie un signal carré. Lesignal, partant de 0 V, monte instantanément à la valeurpositive maximale puis redescend instantanément à 0 V.

Figure 443 : Les oscillateurs HF, Leçon 36, fournissenten sortie un signal sinusoïdal. Le signal, partant de 0 V,monte graduellement à la valeur positive maximale puisredescend graduellement à 0 V.

Vmax

Temps

0 Volt

Vmax

Temps

0 Volt

alimentons un C/MOS en 9 V, nous obtiendrons des signauxde tension de crête de 9 V et, si nous l’alimentons en 15 V, dessignaux de tension de crête de 15 V.

L’oscillateur avec un inverseur TTL de type déclenché ou “triggered inverter”

Avec un circuit intégré TTL SN7414 ou un HC/MOS 74HC14(voir figure 444), nous pouvons réaliser un oscillateur capablede produire une fréquence de quelques Hz à plus de 300 kHz,en utilisant un seul des six inverseurs déclenchés (voirfigure 445) présents à l’intérieur. Comme nous vous l’avons

enseigné dans la Leçon sur les portes logiques, les inverseursdéclenchés se différencient des autres par leur représentationschématique : ils comportent en effet un double S à l’intérieurd’un triangle, comme le montrent les figures 444 et 445.

Pour faire varier la fréquence produite, nous devons seu-lement modifier la valeur de R1-R2 ou celle de C1. Con-naissant les valeurs de R1-R2 et de C1, nous pouvonscalculer la fréquence prélevée en sortie avec la formule :

kHz = 700 : [(R1 + R2 en kilohm) x C1 en nF]

La valeur de la fréquence produite est toujours approxima-tive car, au-delà des tolérances des résistances et du con-densateur, il y a aussi celle du circuit intégré utilisé, variantselon le constructeur. Le petit trimmer R2 de 100 ohms,en série avec R1, nous permet de régler finement la valeurde la fréquence produite sur la valeur souhaitée. Pour lirela valeur de la fréquence produite par ces oscillateurs, ilnous faudrait un fréquencemètre et, comme vous n’en avez

Figure 445 : Schéma électrique d’un oscil lateur quenous pouvons réaliser avec les circuits intégrés 7414ou 74HC14 en utilisant un seul inverseur déclenché. Lafigure 446 donne les formules permettant de calculer lafréquence en kHz ou la capacité de C1 en nF.

R1

R2

C1

14

7

5 V

Figure 446 : La valeur des résistances R1-R2 doit êtreexprimée en kilohm et la capacité de C1 en nF.

C1 = 700

kHz = 700 (R1+R2) x C1

FORMULE pour la fig. 445

(R1+R2) x kHz

peut-être pas encore, une prochaine Leçon vous proposerad’en construire un.

La valeur ohmique totale de R1+R2 de cet oscillateur utili-sant un circuit intégré TTL ne doit jamais dépasser 1 kilohm.C’est pourquoi nous avons choisi pour R1 820 ohms,soit 0,82 kilohm et pour le trimmer R2 100 ohms, soit0,1 kilohm, ce qui fait un total de 920 ohms, soit0,92 kilohm. En effet, dans la formule les valeurs ohmiquessont en kilohm et les capacitives en nanofarad. Rappelonsque l’on passe des pF aux nF en divisant par 1 000 et desµF aux nF en multipliant par 1 000.

Sachant quelle fréquence en kHz (Hz : 1 000) nous vou-lons prélever à la sortie de cet oscillateur et connaissantla valeur de R1+R2, nous pouvons calculer la capacité àdonner à C1 grâce à la formule :

C1 en nF = 700 : [(R1 + R2 en kilohm) x kHz]

Figure 444 : À l’intérieur des circuits intégrés 7414 et74HC14 se trouvent six inverseurs déclenchés. Brochage vu de dessus et repère-détrompeur en U vers la gauche.

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

7414 - 74HC14



LE COURS


Figure 447 : Le signal carré sortant de l’oscillateur de la fi-gure 445 n’a pas un rapport cyclique de 50 %. Cela signifieque le temps pendant lequel l’impulsion reste au niveau logi-que 1 n’est pas identique au temps pendant lequel elle resteau niveau logique 0. Même si le rapport cyclique n’est pasde 50 %, la valeur de la fréquence en sortie ne varie pas.

0

1

Si vous voulez une excursion de fréquence plus ample,vous pouvez utiliser pour R1 une valeur de 470 ohms etpour le trimmer R2 une valeur de 470 ohms.

Avec ces valeurs ohmique et capacitive, si nous plaçons lecurseur de R2 à zéro afin de ne laisser que le 0,47 kilohmde R1, la fréquence est de :

700 : (0,47 x 68) = 21,90 kHz

Pour R2 au maximum de sa résistance, nous avons un totalR1+R2 de 0,94 kilohm et une fréquence de :

700 : (0,94 x 68) = 10,95 kHz

L’oscillateur avec trois inverseurs TTL

de type non déclenché

Pour réaliser un oscillateur numérique avec un circuit intégréTTL SN7404 ou le HC/MOS 74HC04 (voir figure 448), conte-nant six inverseurs non déclenchés, nous allons utiliser troisinverseurs en les reliant comme le montre la figure 449.

7404 - 74HC04

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

Figure 448 : Brochages vus de dessus et repère-détrompeuren U vers la gauche des circuits intégrés 7404 et 74HC04.

Fréquencemaximale minimale

capacitécondensateur C1

1,0 nF de 853 kHz à 760 kHz

1,5 nF de 569 kHz à 507 kHz2,2 nF de 388 kHz à 345 kHz








10 nF de 85 kHz à 76 kHz18 nF de 47 kHz à 42 kHz

22 nF de 39 kHz à 35 kHz







100 nF de 8 kHz à 7,6 kHz




470 nF de 1,8 kHz à 1,6 kHz




Tableau 23

Si, par exemple, nous voulons obtenir une fréquenced’oscillation de 12 kHz, pour calculer la capacité de C1nous vous conseillons de procéder en deux fois : uneavec R1 seulement et une autre avec la somme R1+R2afin de vérifier que le résultat obtenu corresponde bien àune valeur capacitive normalisée :

700 : (0,82 x 12) = 71 nF

700 : (0,92 x 12) = 63 nF

Étant donné qu’aucune de ces deux valeurs n’est normali-sée, nous pouvons choisir une capacité entre 71 et 63 nF,

soit 68 nF, valeur normalisée.Si nous tournons le curseur de R2 pour une résistance nulle,nous insérons dans le circuit la seule valeur de R1 égale à0,82 kilohm et nous obtenons donc une fréquence de :

700 : (0,82 x 68) = 12,55 kHz

Si nous tournons le curseur de R2 pour une résistancemaximale, nous insérons dans le circuit une valeurR1+R2 égale à 0,92 kilohm et nous obtenons donc unefréquence de :

700 : (0,92 x 68) =11,18 kHz

Le Tableau 23 donne les valeurs en kHz des fréquencesobtenues en faisant passer la valeur ohmique du trimmerR2 du minimum au maximum et en utilisant des valeurscapacitives normalisées pour C1.



LE COURS


Figure 449 : Schéma électrique d’un oscillateur uti-lisant trois des inverseurs non déclenchés contenusdans les circuits intégrés 7404 et 74HC04. La figure450 donne les formules pour calculer la fréquence enkHz ou la capacité de C1 en nF.

R1

C1

14

7

R2

5 V

C1 = 470

kHz = 470 (R1+R2) x C1


(R1+R2) x kHz

Figure 450 : La valeur des résistances R1 et R2 doit êtreexprimée en kilohm et la capacité de C1 en nF.

Pour savoir la fréquence produite par cet oscillateur, uti-lisons la formule :

kHz = 470 : [(R1 + R2 en kilohm) x C1 en nF]

La fréquence obtenue avec cette formule est approximative

à cause des tolérances des résistances et du condensateur.Ici aussi la valeur ohmique totale de R1+R2 ne doit pasdépasser 1 kilohm : il faut donc choisir pour R1 820 ohms,pour R2 100 ohms, ce qui fait pour R1+R2 920 ohms, soit0,92 kilohm. C1 est en nF et la fréquence en kHz.

Sachant quelle fréquence en kHz nous voulons préleverà la sortie de cet oscillateur et connaissant la valeur deR1+R2, nous pouvons calculer la capacité à donner à C1grâce à la formule :

C1 en nF = 700 : [(R1 + R2 en kilohm) x kHz]

Si, par exemple, nous voulons obtenir une fréquence d’oscilla-tion de 12 kHz, pour calculer la capacité de C1, procédons endeux fois : une avec R1 seulement et une autre avec la sommeR1+R2 afin de vérifier que le résultat obtenu corresponde bienà une valeur capacitive normalisée :

470 : (0,82 x 12) = 47 nF

470 : (0,92 x 12) = 42 nF

Étant donné que la première de ces deux valeurs est nor-malisée, nous pouvons la choisir : 47 nF.

Si nous tournons le curseur de R2 pour une résistance nulle,

nous insérons dans le circuit la seule valeur de R1 égale à0,82 kilohm et nous obtenons donc une fréquence de :

470 : (0,82 x 47) = 12,19 kHz

Si nous tournons le curseur de R2 pour une résistance maxi-male nous insérons dans le circuit une valeur R1+R2 égaleà 0,92 kilohm et nous obtenons donc une fréquence de :

470 : (0,92 x 47) = 10,86 kHz

Le Tableau 24 donne les valeurs en kHz des fréquencesobtenues en faisant passer la valeur ohmique du trimmerR2 du minimum au maximum et en utilisant des valeurscapacitives normalisées pour C1.

Si vous voulez une excursion de fréquence plus ample,vous pouvez utiliser pour R1 une valeur de 470 ohms etpour le trimmer R2 une valeur de 470 ohms.

Avec ces valeurs ohmique et capacitive, si nous plaçonsle curseur de R2 à zéro afin de ne laisser que le 0,47kilohm de R1, la fréquence est de :

470 : (0,47 x 47) = 21,27 kHz

Fréquencemaximale minimale

capacitécondensateur C1













22 nF de 26 kHz à 23 kHz33 nF de 17 kHz à 15 kHz








180 nF de 3,2 kHz à 2,8 kHz220 nF de 2,6 kHz à 2,3 kHz





Tableau 24



LE COURS


C1 en nF = 470 : (R1 en kilohm x kHz)

Si, par exemple, nous voulons obtenir une fréquence d’os-cillation de 12 kHz, avec des R1 de 0,47 kilohm, pour cal-culer la capacité de C1 :

470 : (0,47 x 12) = 83,33 nF

Étant donné que cette valeur n’est pas normalisée, nous pou-vons choisir 82 nF, ce qui nous donne une fréquence de :

470 : (0,47 x 82) = 12,19 kHz

À cause des tolérances des résistances et des condensa-teurs, cette fréquence sera comprise entre 11 et 13 kHz.

Note : Dans les formules de la figure 451b, la valeur de R1est en kilohm et C1 en nanofarad (nF).

Pour R2 au maximum de sa résistance, nous avons un total

R1+R2 de 0,94 kilohm et une fréquence de :470 : (0,94 x 47) = 10,63 kHz

Cet oscillateur aussi produit des signaux carrés dont lerapport cyclique, c’est-à-dire le rapport entre les deuxdemi-ondes, n’est pas exactement de 50 %, comme lemontre la figure 447.

L’oscillateur avec deux inverseurs TTL de type non déclenché

Avec un circuit intégré TTL SN7404 ou le HC/MOS74HC04 (voir figure 451), nous pouvons aussi réaliser unoscillateur fournissant un signal carré de rapport cyclique50 % en utilisant seulement deux inverseurs.

Pour savoir la fréquence en kHz produite par cet oscillateur,utilisons la formule :

kHz = 470 : (R1 en kilohm) x C1 en nF

Pour cet oscillateur les valeurs des résistances R1, ainsi quecelles des condensateurs C1, doivent être identiques. Sachantquelle fréquence en kHz nous voulons prélever à la sortie decet oscillateur et connaissant la valeur des R1, nous pouvons

calculer la capacité à donner aux C1 grâce à la formule :

Figure 451b : La valeur de la résistance R1 doit être expri-mée en kilohm et la capacité de C1 en nF.

C1 = 470

kHz = 470 R1 x C1

FORMULE pour la fig. 451a

R1 x kHz

R1

C114

7R1

C15 V

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

7404 - 74HC04

Figure 451a : En utilisanttoujours les circuits in-tégrés 7404 ou 74HC04,contenant six inverseursnon déclenchés, il est pos-sible de réaliser un oscilla-teur avec seulement deuxinverseurs. Dans ce sché-ma les valeurs des R1, demême que celle des C1,doivent être identiques.

40106

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

Figure 452 : À l’intérieur du cir-cuit intégré C/MOS 40106 setrouvent 6 inverseurs déclen-chés. Brochage vu de dessuset repère-détrompeur en U versla gauche du 40106.

R1

R2

C1

14

7

5 à 18 V

Figure 453 : Schéma électrique d’un oscillateur que nouspouvons réaliser avec le C/MOS 40106 en utilisant un seulinverseur déclenché. La figure 454 donne les formules pourcalculer la fréquence en kHz ou la capacité de C1 en nF.

Figure 454 : La valeur des résistances R1 et R2 doit êtreexprimée en kilohm et la capacité de C1 en nF.


kHz (5 volts) = 1.650

(R1+R2) x C1

kHz (12 volts) = 1.100

kHz (15 volts) = 1.000

(R1+R2) x C1

(R1+R2) x C1



NOTES





LE COURS


Si nous voulons utiliser des condensateurs ou des résistancesde valeurs différentes, on peut trouver la fréquence en kHz enutilisant les trois formules du Tableau noir de la figure 457.

L’oscillateur à deux inverseurs C/MOS non déclenchés

Avec un C/MOS 4069, contenant six inverseurs non déclen-chés, nous pouvons réaliser un oscillateur avec seulementdeux inverseurs (voir figure 459), en mesure de fournir unsignal carré de rapport cyclique 50 %. Avec ce schéma aussion peut faire varier la fréquence en modifiant les valeurs desR1 ou des C1 ou encore la tension d’alimentation (plus latension augmente, plus la fréquence diminue). Si nous ali-mentons l’oscillateur avec une tension de 5 V, pour connaî-tre la fréquence produite, nous devons utiliser la formule :


Si nous alimentons l’oscillateur avec une tension de

12 V, pour connaître la fréquence produite, nous devonsutiliser la formule :


Si nous alimentons l’oscillateur avec une tension de15 V, pour connaître la fréquence produite, nous devonsutiliser la formule :


Avec tous les circuits intégrés C/MOS la valeur des R1 peutatteindre 820 kilohms.

Le Tableau 27 montre comment changent les valeurs de lafréquence quand on alimente le C/MOS en 5 - 12 - 15 V,quand on utilise deux condensateurs normalisés de 10 nFet quand on fait varier la valeur de R1.

Capacité C1 = 10 nF

L’oscillateur à NE555

Un oscillateur à signal carré peut être obtenu en utilisant uncircuit intégré “timer” NE555, comme le montre la figure 461,pouvant être alimenté avec une tension de 5 V à 18 V.

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

4069

Figure 455 : À l’intérieur ducircuit intégré C/MOS 4069se trouvent 6 inverseurs nondéclenchés. Brochage vu dedessus et repère-détrompeuren U vers la gauche du 4069.

Figure 456 : Schéma électrique d’un oscillateur utilisanttrois des inverseurs non déclenchés contenus dans le4069. La figure 457 donne les formules pour calculer lafréquence en kHz ou la capacité de C1 en nF.

R1

C1

14

7

R2

5 à 18 V

FORMULE pour la fig. 456 kHz (5 volts) =

630 (R1+R2) x C1

kHz (12 volts) = 660


(R1+R2) x C1

(R1+R2) x C1

Figure 457 : La valeur de R1 et R2 doit être exprimée enkilohm et la capacité de C1 en nF.

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

4069

Figure 458 : A nouveau, bro-chage vu de dessus et repère-détrompeur en U vers la gau-che du 4069.

Tension d’alimentation5 volts 12 volts 15 volts

Valeur R1en kilohms

4,7 14,4 kHz 15,3 kHz 15,9 kHz

10 6,80 kHz 7,20 kHz 7,50 kHz

22 3,09 kHz 3,27 kHz 3,40 kHz

47 1,44 kHz 1,53 kHz 1,59 kHz

56 1,21 kHz 1,25 kHz 1,34 kHz

68 1,00 kHz 1,05 kHz 1,10 kHz

82 0,83 kHz 0,85 kHz 0,91 kHz

100 0,68 kHz 0,70 kHz 0,75 kHz

220 0,30 kHz 0,32 kHz 0,34 kHz

470 0,14 kHz 0,15 kHz 0,16 kHz

820 0,08 kHz 0,08 kHz 0,09 kHz

Tableau 27



LE COURS


Pour faire varier la fréquence avec le schéma de la figure 462, ilsuffit de faire varier la valeur des R1+R2 ou de C1. Connaissantla valeur de R1+R2 en kilohm et celle de C1 en nF, nous pouvonscalculer la fréquence produite à l’aide de la formule :

kHz = 1,44 : [(R1+R2+R2) x C1]

Dans cette formule, on a ajouté deux fois la valeur de R2reliée entre les broches 7 et 2-6 du NE555. Si l’on réaliseun circuit avec ces valeurs :

R1 = 2,2 kilohmsR2 = 4,7 kilohmsC1 = 1 nF

de la broche 3 sort une fréquence de :

1,44 : [(2,2 + 4,7 + 4,7) x 1] = 0,124 kHz, soit 124 Hz.

Pour le NE555 la valeur de la fréquence de sortie ne variepas avec la tension d’alimentation.

Les oscillateurs à quartzavec des circuits intégrés TTL-HC/MOS-C/MOS

Les circuits intégrés numériques sont utilisés aussi pourfaire osciller des quartz jusqu’à une fréquence maximalede 15 MHz. Ces oscillateurs sont normalement employéspour produire des fréquences très stables, indispensa-bles pour réaliser des “timers”, horloges, fréquencemè-tres numériques, etc.

Les oscillateurs numériques font osciller un quartz seulementà sa fréquence fondamentale et donc, si vous mettez enœuvre un quartz “overtone” en troisième ou cinquième har-monique (voir Leçon 37) marqués 27-71-80 MHz, ne vousétonnez pas d’obtenir ces fréquences :

27 : 3 = 9 MHz(c’est un quartz de 27 MHz en troisième harmonique)

71 : 3 = 23,666 MHz(c’est un quartz de 71 MHz en troisième harmonique)

80 : 5 = 16 MHz(c’est un quartz de 80 MHz en cinquième harmonique).


kHz (5 volts) = 680

R1 x C1



R1 x C1

R1 x C1

Figure 460 : La valeur des R1 doit être exprimée en ki-lohm et celle des C1 en nF.

NE 555

F - F

RQ

2 3 4GND

+V 567

Figure 461 : Avec un NE555 il estpossible de réaliser un oscillateurà signaux carrés en mesure de travailler jusqu’à une fréquence maxi-male d’environ 500 kHz.

Figure 462 : Schéma électrique d’un oscillateur utilisant leNE555. Dans ce schéma nous ne devons pas utiliser pourR1 une valeur inférieure à 1 kilohm. Pour C2 nous pouvonsutiliser une capacité de 10 nF et pour C3 de 100 nF. Figure463 vous trouvez la formule permettant de calculer la va-leur de la fréquence sortant de la broche 3.

8 4

7

2

651

3

R1

R2

C1 C2

IC1

C3

Figure 463 : La valeur de R1 et R2 doit être exprimée enkilohm et la capacité de C1 en nF.

kHz = 1,44(R1+R2+R2) x C1


Hz = 1.440 (R1+R2+R2) x C1

Figure 459 : Avec le C/MOS 4069, contenant six inver-seurs non déclenchés, il est possible de réaliser un os-cillateur en n’utilisant que deux inverseurs. Dans ceschéma les valeurs des R1, ainsi que la capacité desC1, doivent être identiques.

R1

C114

7R1

C15à 18 V



LE COURS


Les circuits intégrés TTL, HC/MOS et C/MOS

Si nous utilisons des TTL, dont le nom commence par74, ou bien des HC/MOS, commençant par 74HC, nousdevons toujours les alimenter avec une tension de 5 Vet, comme ils sont très rapides, nous pouvons les faireosciller au-delà de 20 MHz.

Si nous prenons des C/MOS, dont le nom commence par 40ou 45, nous pouvons les alimenter avec une tension de 5 Vminimum jusqu’à 16 ou 18 V maximum, mais étant donnéque par rapport aux précédents ils sont plus lents, vous nepourrez pas dépasser 4 MHz.

En outre, dans les oscillateurs à quartz avec des C/MOS lafréquence du quartz ne change pas, même quand la tensionpasse de 5 à 16 V.

L’oscillateur à un inverseur HC/MOS

Pour faire osciller un quartz avec un circuit intégréHC/MOS 74HC04 constitué de six inverseurs non déclen-chés (voir figure 464), un seul inverseur suffit, comme lemontre la figure 466.

Avec ce circuit, on peut faire osciller tout type de quartz jusqu’à une fréquence maximale de 25 MHz.

Le condensateur ajustable C2 de 10/60 pF, monté entreR2 et la masse, sert non seulement à trouver la capacité juste permettant au quartz d’osciller, mais aussi à corri-ger légèrement la fréquence d’oscillation. Ce HC/MOSest alimenté avec une tension de 5 V.

L’oscillateur à NAND type HC/MOS

Avec un circuit intégré HC/MOS 74HC00 constitué dequatre NAND (voir figure 464), il suffit de relier ensembleles deux entrées pour transformer une porte NAND enune porte inverseur.

En effet, si vous comparez le schéma de la figure 466 aveccelui de la figure 467, vous ne trouverez aucune différence.Avec ce circuit on peut faire osciller tout type de quartz jus-qu’à une fréquence maximale d’environ 25 MHz.

Le condensateur ajustable C2 de 10/60 pF, monté entreR2 et la masse, sert non seulement à trouver la capacité juste permettant au quartz d’osciller, mais aussi à corrigerlégèrement la fréquence d’oscillation. Tous les HC/MOSsont alimentés avec une tension stabilisée de 5 V.

L’oscillateur à trois inverseurs TTL

Pour pouvoir faire osciller un quartz avec un TTL SN7404ou équivalent, contenant six inverseurs non déclenchés(voir figure 464), nous devons utiliser trois inverseurs reliéscomme le montre la figure 468.

Avec ce circuit, on peut faire osciller tout quartz jusqu’à unefréquence maximale de 15 MHz environ. Si un quartz se faitun peu prier pour osciller, il suffit de réduire la valeur desR1-R2 de 680 à 560 ohms.

Les circuits intégrés TTL sont toujours alimentés en 5 V.

Figure 465 : Brochages vus de dessus et repère-détrom-peur en U vers la gauche des circuits intégrés C/MOS.Ces circuits intégrés peuvent être alimentés avec unetension comprise entre 5 V et 18 V.

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

4069 4011

GND5 61 2 3 4

8910111213VCC

Figure 464 : Brochages vus de dessus et repère-détrom-peur en U vers la gauche des circuits intégrés TTL etHC/MOS. Ces circuits intégrés sont alimentés avec unetension stabilisée de 5 V.

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

7404 - 74HC04 7400 - 74HC00

8910111213VCC

GND5 61 2 3 4

R1

C1

14

7R2

C2

5 V

XTAL

Figure 467 : En reliant ensemble les deux entrées d’unNAND HC/MOS 74HC00, nous le transformons en un inverseur, par conséquent ce schéma est identique à celuide la figure 466. Si vous utilisez un TTL 7400 le circuitne fonctionne pas.

R1...... 4,7 MΩR2...... 3,3 kΩC1...... 33 pF céramiqueC2...... 10/60 pF condensateur ajustable

Figure 466 : En utilisant un seul inverseur HC/MOS74HC04 nous pouvons faire osciller n’importe quelquartz en utilisant ce schéma. Si vous utilisez un TTL7404 le circuit ne fonctionne pas.

R1....... 4,7 MΩR2....... 3,3 kΩC1.......33 pF céramiqueC2....... 10/60 pF condensateur ajustable

R1

C1

14

7R2

C2

5 V

XTAL



LE COURS


L’oscillateur à NAND type C/MOS

Si l’on relie ensemble les deux entrées d’un circuit intégré

C/MOS 4011, constitué de quatre NAND (voir figure 465),nous transformons les portes NAND en une porte inverseur.

En effet, si vous comparez le schéma de la figure 470avec celui de la figure 471, vous ne verrez aucune diffé-rence. Les oscillateurs à C/MOS ne peuvent faire oscillerun quartz qu’à une fréquence inférieure à 4 MHz. Ils peu-vent être alimentés de 5 V à 18 V.

Les derniers conseils

Dans tous les circuits utilisant des circuits intégrés numé-riques, il est bon d’appliquer entre la broche positive d’ali-mentation Vcc et la broche de masse GND un condensateurdestiné à éliminer les perturbations parasites dues aux com-mutations des niveaux logiques sur les sorties des portes.

Ce condensateur, de 10, 47 ou 100 nF, est à souder leplus près possible des pistes de cuivre ou pastilles par-tant du support lui-même.

La tolérance des quartz

Même les quartz, comme les autres composants, ont destolérances et, même si elles sont tout à fait dérisoires,

cela empêchera de prélever à la sortie une fréquenceexacte. Par conséquent ne vous étonnez pas si un quartzde 10 MHz n’oscille pas sur 10 000 000 Hz, mais plutôtsur 9 999 800 Hz ou 10 000 500 Hz.

Outre leur tolérance, les quartz sont influencés par latempérature : s i elle augmente, la fréquence diminued’environ 0,003 % par degré, si la température diminue,la fréquence augmente d’environ 0,003 % par degré. Lecondensateur ajustable inséré dans tous les oscillateursà quartz permet de corriger les petites tolérances dequelques centaines de Hz.

Conclusion

Au cours de la deuxième partie de cette Leçon nousvous expliquerons comment construire un convertisseur27 MHz permettant d’écouter la CB sur un récepteursuperhétérodyne ondes moyennes.

R1

C1

14

7R2

C2

5 à 18 V

XTAL

Figure 469 : En utilisant un C/MOS 4069 nous pouvonsfaire osciller n’importe quel quartz en mettant en œuvreun seul inverseur. Par rapport au schéma de la figure 466nous devons seulement diminuer la valeur de R1.

R1....... 1 à 1,2 MΩR2....... 2,7 kΩ

C1.......33 pF céramiqueC2....... 10/60 pF condensateur ajustable

R1

C1 14

7

R2 5 V

XTAL

Figure 468 : Pour faire osciller un quartz avec un TTL 7404 vous devez utiliser deux des inverseurs contenus, en lesreliant comme le montre la figure.

R1...... 680 ΩR2...... 680 ΩC1...... 10 nF céramique

R1

C1

14

7R2

C2

5 à 18 V

XTAL

Figure 470 : En reliant ensemble les deux entrées d’un NANDC/MOS 4011, nous le transformons en un inverseur, par con-séquent ce schéma est identique à celui de la figure 469.

R1....... 1 à 1,2 MΩR2....... 2,7 kΩC1.......33 pF céramiqueC2....... 10/60 pF condensateur ajustable

INTÉGRÉ VU DE DESSOUS

8910111213+V

5 61 2 3 4 GND

Figure 471 : Dans tout oscillateur utilisant des circuitsintégrés numériques, qu’ils soient des TTL, HC/MOS ouC/MOS, nous devons toujours appliquer entre la broche Vcc et la broche GND un condensateur céramique de10 nF ou 47 nF ou 100 nF de façon à éliminer toutes lesperturbations parasites produites à l’intérieur du circuitintégré par les commutations des niveaux logiques.

L’oscillateur à inverseur C/MOS

Pour réaliser un oscillateur avec un C/MOS 4069, cons-titué de six inverseurs non déclenchés (voir figure 465),nous pouvons exploiter le schéma de la figure 469 en modi-fiant la valeur de R1, qui passe de 4,7 mégohms à 1,2 ou1 mégohm. Toutefois ces oscillateurs C/MOS ne dépassentpas 4 MHz. Les circuits intégrés C/MOS s’alimentent de 5 Vau minimum à 18 V au maximum.



NOTES



LE COURS


utilisateurs de CB, qui communiquententre eux durant leur voyage.

Evidemment, ce convertisseur vousservira aussi pour écouter le signalde votre émetteur, mais pour cela,nous vous conseillons de ne pas avoirle récepteur dans la même pièce,car si vous augmentez légèrement levolume, vous entendrez un fort siffle-ment, causé par le microphone, qui enamplifiant le signal émis par le haut-parleur, génère une réaction (connuesous le nom d’effet Larsen).

Convertir le 27 MHzsur les ondes moyennes

Si vous savez comment fonctionne unrécepteur superhétérodyne, vous savezdéjà qu’en mélangeant deux fréquen-

ces différentes, on arrive à en obtenirune troisième d’une valeur complète-

ment différente.

Pour convertir les fréquences CBsur la gamme des ondes moyennes,on utilise le même principe, celuidu superhétérodyne, pour cela, onmélange la fréquence captée avec unsignal prélevé d’un oscillateur interne,de façon à obtenir une troisième fré-quence, qui soit comprise dans lagamme des 500 à 1 600 kHz.

Pour expliquer comment fonctionnece convertisseur, à la figure 472,

nous vous proposons un schémaélectrique théorique.

La CB (prononcez CiBi, ce qui signifie Citizen Band ou bande popu-laire) est une bande fort intéres-sante à écouter. Les jours de bonnepropagation des ondes, on y entenddes stations lointaines. Pour la re-cevoir, il vous faut disposer d’unrécepteur pour ondes courtes en

mesure de se syntoniser sur les fréquences comprises entre 26,9et 27,4 MHz. Afin de ne pas vous

faire acheter un tel récepteur ou un transceiver* CB, aujourd’hui, nousallons vous enseigner comment

transformer un quelconque récep- teur superhétérodyne pour ondesmoyennes en un sensible récepteurpour CB, en lui appliquant, en ex-

terne (c’est-à-dire sans toucher àl’électronique de votre récepteurproprement dit), un circuit appeléconvertisseur. Après l’avoir réalisé,

vous découvrirez, qu’en vous synto-nisant sur les fréquences 600 - 1100 kHz, vous pourrez écouter tousles émetteurs CB que recevra votreantenne.

* Transceiver : Contraction de l’anglais trans- mitter-receiver. Emetteur-récepteur dont un certain nombre de circuits sont communs.

Précisons immédiatement que le momentles plus propices à l’écoute des fréquen-ces CB, est le soir ou bien les jours de

vacances, parce que le jour, de nombreuxamateurs sont “au travail”.

Si à quelques dizaines de kilomètre devotre domicile passe une autoroute, vouspourrez écouter également les routiers

L E Ç O

N N °

4 0 - 2

N I V E

A U 3

Comment convertirla gamme des 27 MHz

sur les ondes moyennes ?Les oscillateurs numériquesdeuxième partie : mise en pratique

E N 5 0 4 3



LE COURS


Le premier transistor MOSFET, référencé

MFT1, procède à l’amplification du signaldes 27 MHz capté par l’antenne.

Du fait que sur la source de ce MOS-FET est appliqué une fréquence de28 MHz prélevée de l’étage oscilla-

teur, sur sa broche de sortie, ledrain, nous aurons disponibles, lesquatre fréquences suivantes :

F1 = la fréquence des 27 MHz, syntoni-sée par la bobine L1 et par le conden-sateur C1.

F2 = la fréquence des 28 MHz, généréepar le quartz XTAL, placé sur l’étageoscillateur FT1.

F3 = la fréquence obtenue de lasomme de F1 + F2, donc 27 + 28 =55 MHz.

F4 = la fréquence obtenue de lasoustraction F2 - F1, donc 28 - 27 =1 MHz.

Comme dans le circuit de drain

du MOSFET MFT1 est insérée unemoyenne fréquence MF1, qui s’ac-corde sur une bande comprise entre0,6 et 1,1 MHz, de son secondaire,seule la fréquence F4 est prélevée,obtenue par la soustraction F2 - F1.

Toutes les autres fréquences, donc les27, 28 et 55 MHz, sont automatique-ment ignorées et écartées.

Nous avons toujours affirmé que l’os-

cillateur d’un superhétérodyne doitgénérer une fréquence supérieure, parrapport à celle de syntonisation, demanière à obtenir de leur différence,une fréquence fixe qui peut être de455 kHz ou bien de 10,7 MHz.

Ainsi, si nous faisons varier la fréquencede syntonisation d’un superhétérodyne,nous devons également faire varier lafréquence de l’oscillateur local.

Si nous observons attentivement leschéma de la figure 472, on peutnoter que la fréquence de l’oscilla-

teur de ce convertisseur demeure toujours fixe sur la valeur de 28 MHz(voir XTAL).

La fréquence de l’oscillateur local étantdonc fixe, pour convertir la fréquencecaptée en une troisième fréquence, ilest nécessaire de faire varier la fré-quence de la bobine MF1.

Ainsi, si nous syntonisons le récep- teur ondes moyennes sur 600 kHz,

pour savoir quelle sur fréquence noussommes syntonisés, nous devonssoustraire ce nombre aux 28 000 kHzdu quartz.

28 000 – 600 – 27 400 kHz

De ce fait, si nous captons un émet- teur CB en syntonisant le récepteurondes moyennes sur la fréquence de1 000 kHz, nous saurons que celui-ci

transmet sur :

28 000 - 1 000 = 27 000 kHz

Ainsi, en faisant varier l’accorddu récepteur ondes moyennes de600 kHz jusqu’à 1 100 kHz, nousréussirons à écouter tous les émet-

teurs CB locaux.

En pratique, l’utilisation de ce conver-

tisseur nous permet d’avoir à notredisposition un récepteur superhété-rodyne à double conversion (doublechangement de fréquence).

En fait, la première conversion estexécutée par le convertisseur, qui pro-cède à la conversion de toutes les fré-quences des 26 900 à 27 400 kHzen une valeur de moyenne fréquencecomprise entre 600 et 1 100 kHz.

La seconde conversion est exécutéepar le récepteur ondes moyennes, quiprocède à la conversion des fréquen-ces comprises entre 600 et 1 100 kHzsur la valeur de la moyenne fréquence,normalement égale à 455 kHz.


Passons du schéma théorique de lafigure 472, au schéma définitif donnéen figure 474.

On peut noter que, pour cette réali-

sation, un transistor FET type J310(voir FT1) et un circuit intégré NE602(voir IC1) ont été utilisés.

Le NE602 est équipé d’un étage préam-plificateur, d’un étage oscillateur et d’unétage mélangeur (voir figure 473).

Le premier transistor FT1 est utilisécomme étage préamplificateur HFavec gate à la masse, pour avoir sursa source, une valeur d’impédancequi se situe normalement autour de50 à 70 ohms.

Le signal capté par l’antenne, avant d’atteindre l’entrée source, passe à traversun filtre passe-bande (voir JAF1-JAF2),qui permet de laisser passer seulementles fréquences des 26-28 MHz.

S

GD

G1

G2 D

S

FT1

MFT1

MF1

XTAL28 MHZ

L1 C1

ÉTAGEOSCILLATEUR

ÉTAGEMIXER

27 MHz

ANTENNE

SORTIE

Figure 472 : Sur ce schémathéorique, le transistor MOS-FET MFT1 amplifie le signaldes 27 MHz capté par l’an-tenne et le mélange avec lafréquence des 28 MHz gé-nérée par l’étage oscillateurcomposé du transistor FETFT1. Comme nous l’avons ex-pliqué dans l’article, du draindu transistor MOSFET MFT1,sortent 4 fréquences.

Fréquenceà reçevoir

F1


F2 - F1

FréquenceOscillateur

F228 000 kHz 26 900 kHz 1 100 kHz28 000 kHz 26 950 kHz 1 050 kHz28 000 kHz 27 000 kHz 1 000 kHz28 000 kHz 27 050 kHz 950 kHz28 000 kHz 27 100 kHz 900 kHz28 000 kHz 27 150 kHz 850 kHz28 000 kHz 27 200 kHz 800 kHz28 000 kHz 27 250 kHz 750 kHz28 000 kHz 27 300 kHz 700 kHz28 000 kHz 27 350 kHz 650 kHz28 000 kHz 27 400 kHz 600 kHz

TABLEAU 28




LE COURS


En observant le schéma électrique de lafigure 474, on peut noter qu’en parallèleà la bobine JAF1 du premier filtre, nous

trouvons, reliées en série, une capacitéde 33 pF (voir C1) avec une capacité de220 pF (voir C2).

Ces deux capacités de 33 pF etde 220 pF, servent seulement pouradapter la haute impédance du cir-cuit d’accord, qui se situe aux alen-

tours de 3 000 ohms, avec la basseimpédance de l’antenne, qui norma-lement se situe aux alentours de 50à 52 ohms.

Pour déterminer la valeur de C1-C2,il faut avoir recours à ces simplesopérations :

1° opération - Calculer quelle capa-

cité il faut appliquer en parallèle à labobine JAF1 d’une valeur de 1 micro-henry, pour pouvoir l’accorder sur lafréquence centrale de 27 MHz, en uti-lisant cette formule :

pF =25 300 : (MHz x MHz x microhenry)

La numérisation de cette formule avecles valeurs connues donne :

25 300 : (27 x 27 x 1) =34,7 picofarads

Ceci serait la valeur de la capacité àplacer en parallèle à la bobine JAF1,pour pouvoir l’accorder sur la fré-quence centrale de 27 MHz.

2° opération - Sachant que l’impé-dance aux extrémités de la bobine estd’environ 3 000 ohms, pour pouvoirl’adapter sur la valeur de 50-52 ohmsde l’antenne, il faut réaliser un diviseur

capacitif ; pour calculer la valeur desdeux condensateurs C1 et C2, nousdevons d’abord connaître quel rapportexiste entre eux en utilisant la formulesuivante :

Rapport C1-C2 =√(3 000 : 51) - 1

comme première opération, nousextrayons la racine carrée, puis noussoustrayons 1

√(3 000 : 51) - 1 =6,669 rapport C1-C2

3° opération - Sachant que pour accorderla bobine JAF1 sur 27 MHz il faut appliquerà ces extrémités une capacité de 34,7 pF,maintenant que nous connaissons le rap-port qui doit exister entre ces deux capa-cités, nous pouvons calculer la valeur ducondensateur C2, en utilisant la formule :


R1 68 ΩR2 100 ΩR3 470 ΩR4 10 kΩ

C1 33 pF céramiqueC2 220 pF céramiqueC3 2,2 pF céramiqueC4 33 pF céramiqueC5 220 pF céramiqueC6 1 nF céramiqueC7 47 pF céramiqueC8 100 pF céramiqueC9 100 nF céramiqueC10 100 nF céramiqueC11 100 nF céramiqueC12 10 µF électrolytiqueC13 22 pF céramique

C14 1 nF céramiqueC15 47 pF céramiqueC16 100 pF céramiqueC17 47 µF électrolytiqueC18 100 nF polyesterC19 100 pF céramiqueJAF1 Self 1 µHJAF2 Self 1 µHJAF3 Self 47 µHJAF4 Self 1 µHJAF5 Self 1 µHXTAL Quartz 28 MHzMF1 MF 455 kHz (rose)

DS1 Diode 1N4007DZ1 Zener 5,6 V 1/2 WFT1 FET J310IC1 Intégré NE602

Figure 474 : Schéma électrique du circuit qui convertit les 27 MHz sur la gamme des ondes moyennes.

Figure 473 : Dans le convertisseurde la figure 474, nous avons utili-

sé le circuit intégré NE602 commeétage oscillateur et mélangeur.

NE 602

1234 5

678 Vcc

OSCILLATEUROSCILLATEURSORTIE B

OSCILLAT. VOLT REG.

6 7 8

5

4

3

12

MIXER

AMPLIFIER

SORTIE A

ENTRÉE AENTRÉE B

MASSE

S

G

D

1

2

3 6 7

84

5

C1

C2

C3

C4

C5

C6JAF1 JAF2

JAF3

R1

JAF4

C7

C8

C9

C10 C11

R2C12 DZ1

R3

R4

XTALC13 C14

JAF5C15

C16

C17 C18

C19MF1

DS1

FT1IC1

12 à 15 V

ENTRÉESORTIE

5,6 V

Toutes les fréquences inférieures à26 MHz ou supérieure à 28 MHz,ne seront pas amplifiées, car ellesne parviendront pas à rejoindre lasource du transistor FET.



LE COURS


Figure 475b-1 : Dessin, à l’échelle 1 du circuit imprimé, côté composants.

Figure 475b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé, côté soudures.

Figure 475a : Schéma d’implantation des composants du convertisseur 27 MHz / ondes moyennes. Le circuit imprimé estun double face dont la face composants forme blindage. Tous les composants allants à la masse doivent être soudés desdeux côtés. Le circuit professionnel est à trous métallisés et il est sérigraphié.

C2 en pF =capacité de C1 x rapport

Ainsi, pour C2, nous devrons utiliser uncondensateur de :

34,7 x 6,669 = 231,41 pF

Du fait que les valeurs calculées deC1 et de C2 ne sont aucunement stan-dards, nous choisirons les valeursles plus proches, ainsi, pour C1,33 pF feront l’affaire, quant à C2,nous prendrons 220 pF.

La formule pour connaître la capacitédes deux condensateurs C1 et C2reliés en série est la suivante :

capacité = (C1 x C2) (C1 + C2)

(33 x 220) : (33 + 220) = 28,69 pF

En appliquant en parallèle à la bobineJAF1 une capacité de 28,69 pF, ce cir-cuit devrait se syntoniser, en théorie,

sur la fréquence de :MHz =

159 : √picofarads x microhenry

MHz =159 : √28,69 x 1 = 29,68 MHz

Avec ce calcul théorique, on trouve toujours une fréquence plus hauteque celle réelle, car on ne prend

jamais en compte les capacités para-sites du circuit imprimé, la tolérancedes composants ou tout au moins

celle du condensateur C3 qui permetde transférer le signal de la bobineJAF1 à la bobine JAF2.

Mais nous pouvons toutefois vous assu-rer que ce filtre passe-bande laissera

passer les seules fréquences comprisesentre 26 MHz et 28 MHz.

Poursuivant le fil de notre description,après le filtre JAF1-C1-C2, nous en

trouvons un second, toujours accordésur 27 MHz, composé de l’impé-dance JAF2 et des deux condensa-

teurs C4-C5.

De la jonction de C4 et C5, nous préle-vons, à travers le condensateur C6, unsignal basse impédance que nous pou-vons appliquer sur la source du transistorFET FT1, pour qu’il soit amplifié.

Le signal amplifié qui sort du draindu transistor FT1 est de nouveausyntonisé sur la fréquence centralede 27 MHz par l’impédance JAF4 etpar les deux condensateurs C7-C8.

De la jonction des deux condensateursC7-C8, le signal est transféré sur labroche d’entrée 1 d’IC1, pour êtreamplifié et mélangé avec le signal RFgénéré par le quartz de 28 MHz (XTAL),relié entre la broche 6 et la masse.

La self JAF5 de 1 microhenry reliée,à travers le condensateur C14, à la

12 à 15 V

IC1FT1

C1

C2

C3 C4

C5

C6

C7 C8C9

C10

C11

C12

C13

C 1 4

C 1 5

C16

C17 C 1 8

C19

R1

R2

R3

R4

DS1

DZ1

J A F 1

J A F 2

JAF3

JAF4

JAF5

XTAL

MF1

ENTRÉE SORTIE



LE COURS


Figure 476 : La sortie du convertisseur est appliquée sur la prise antenne et terre d’un quelconque récepteur superhétérodynecapable de recevoir les ondes moyennes. Sur la prise antenne du convertisseur, vous devez connecter le câble coaxial d’undipôle taillé pour les 27 MHz, à défaut, un long fil fera également l’affaire aux pertes près.

broche 7 d’IC1, sert pour faire osciller lequartz sur 28 MHz.

Les fréquences CB déjà converties surles ondes moyennes sont prélevéesdes broches 4 et 5 d’IC1, de ce fait, àces broches, il est nécessaire de relierle primaire d’une bobine (voir MF1) quipermet de s’accorder sur la fréquencecentrale de 850 kHz.

Pour élargir la bande passante decette MF1 de façon quelle puissefaire passer toutes les fréquencescomprises entre 600 et 1 100 kHz,il faut appliquer une résistance de10 000 ohms en parallèle à sonenroulement primaire (voir R4).

Sur le secondaire de cette bobine MF1,nous prélevons le signal converti etpar l’intermédiaire d’un câble coaxialblindé, nous l’appliquons sur la priseantenne et sur la masse d’un quelcon-que récepteur superhétérodyne capa-ble de recevoir les ondes moyennes

(voir figure 476).

Pour alimenter ce convertisseur, ilfaut une tension stabilisée compriseentre 12 et 15 volts, que nouspouvons prélever d’une alimentation

telle que la EN5004 décrite dans laleçon 7 du Cours.

La diode DS1 connectée en série à la tension positive d’entrée, sert pourprotéger le circuit intégré et le tran-sistor FET, dans le cas où par inad-vertance, nous relierions le fil négatif

au bornier positif.

Comme le NE602 doit être alimentépar une tension qui ne doit en aucuncas dépasser 6 volts, nous l’abaissonsà 5,6 volts grâce à la diode zener DZ1

et à la résistance R3 de 470 ohms.

La réalisation pratique

Tous les composants sont montéssur le circuit imprimé donné enfigure 475b et disposés selon leschéma pratique de câblage de lafigure 475a.

Même si ce montage ne présenteaucune difficulté, pour éviter le risqued’insuccès, cherchez toujours à obte-nir des soudures parfaites en utili-sant de la soudure à l’étain 60/40.

Commencez le montage en insérantsur le circuit imprimé le support ducircuit intégré IC1. Après avoir soudéses huit broches sur les pistes decuivre, vous pouvez insérer les résis-

tances, la diode au silicium DS1 enboîtier plastique, en orientant vers ladroite le côté de son corps marquéd’une bague, puis la diode zener DZ1

en boîtier en verre, en orientant versIC1 le côté marqué par un anneau(voir figure 475a).

Poursuivons le montage par le sou-dage des condensateurs céramique.

Vous pouvez ensuite insérer le con-densateur polyester référencé C18et les deux condensateurs électroly-

tiques C12 et C17, en respectant lapolarité +/– de leurs pattes. Rappe-lons une fois encore, que la patte laplus longue est la patte du pôle posi-

tif et la plus courte le négatif.

Continuez en montant toutes les selfsJAF1, JAF2, JAF4 et JAF5 d’une valeurde 1 microhenry et marquées 1, puis,au-dessous du transistor FT1, la self

JAF3 de 47 microhenrys, marquée 47.

Montez aussi le transistor FET FT1, àune distance d’environ 5 mm du circuitimprimé et en orientant la partie platede son boîtier vers le condensateurcéramique C6.

Pour compléter le montage, soudez lequartz XTAL, la MF1, le bornier pourpermettre l’alimentation du montageet insérez le circuit intégré IC1 dansson support en orientant son repèrede positionnement en forme de “U”vers le transistor FT1.

La liaison au récepteur

Le câble blindé relié aux deux pointsde sortie situés sur la droite dumontage sera raccordé au récepteuronde moyennes.

Si, comme antenne réceptrice, vousutilisez un dipôle ou un fouet, connec-

tez le câble coaxial utilisé sur les deuxpoints d’entrée situés à gauche.

N’inversez évidemment pas âmeet masse.

En remplacement de l’antenne dipôle,vous pouvez également utiliser unlong fil de cuivre relié à l’extérieurde la maison. Dans ce cas, il est for-

tement recommandé de raccorder lamasse du montage à la terre.

Dès que vous capterez un émetteur

CB, vous devrez tourner le noyau dela MF1 jusqu’à obtenir le signal leplus fort possible (réglage de la sen-sibilité).

12 à 15 V

IC1FT1

C1

C2

C3 C4

C5

C6

C7 C8C9

C10

C11

C12

C13

C 1 4

C 1 5

C16

C17 C 1 8

C19

R1

R2

R3

R4

DS1

DZ1

J A F 1

J A F 2

JAF3

JAF4

JAF5

XTAL

MF1SORTIE

ACCORD FIN ACCORD VOLUME

Récepteur superhéthérodyne OM

S-MÈTRE

ACCORD

MIN MAX

S-MÈTRE

3 4 5 7 1 0 2 02 1 0 1 2 3

VU

ANTENNE

ENTRÉEANTENNE

M/A



NOTES



LE COURS


Nous allons voir, dans ce troisième volet de la Leçon, comment concevoir un temporisateur (“timer”) et, pour ce faire, vous donner toutes les formules permettant de calculer la fréquence et les durées en secondes, minutes et heures. Eneffet, pour un débutant, la difficulté consiste à comprendre pourquoi les temps sont toujours divisés par deux.

contacts du relais (voir figure 479) etnon plus à travers P1. Le relais ne serelaxe que lorsque la broche 3 de IC2passe au niveau logique 1 (voir figure480) car, si nous relions R5 au positif d’alimentation, le PNP TR1, ne pouvantconduire, coupe la tension d’alimenta-tion du relais.

La durée d’excitation du relais dépendde la valeur de R1, R2 et R3 et decelle de C1-C2 ou C3-C4 reliés aux

E N 5 0 4 4 - E N 5 0 4 5

Le premier temporisateur

Le premier temporisateur, figure 477,utilise un circuit intégré “timer” IC1NE555 suivi d’un diviseur IC2 4020.

Si l’on presse le poussoir P1, onfournit une tension au temporisateuret, instantanément, C7 envoie uneimpulsion positive sur la broche 11 deIC2, ce qui le réinitialise. Avant que IC2ne soit réinitialisé, la broche de sortie

3 est au niveau logique 1 (voir figure480) et, au moment précis du “reset”,cette broche passe au niveau logique0 (voir figure 479) : par conséquent ellecourt-circuite à la masse R5 appliquéeà la base du PNP TR1. R5 étant à lamasse, le PNP se met tout de suite àconduire et alimente le relais relié àson collecteur.

Le relais étant excité, la tensionpositive de 12 V passe à travers les

L E Ç O

N N °

4 0 - 3

N I V E

A U 3

Constructionde deux temporisateurs

à NE555Les oscillateurs numériques troisième partie : mise en pratique



LE COURS


broches 7, 2 et 6 de IC1 et du facteurde division de IC2. Si nous plaçons lelevier de l’inverseur S1 vers C1-C2 et si

nous tournons l’axe du potentiomètreR3 d’un bout à l’autre, nous pouvonsmaintenir le relais excité pendant unedurée de 59 secondes (minimum) àenviron 12 minutes (maximum).

Si nous mettons le levier de S1 versC3-C4 et si nous tournons le poten-tiomètre R3 d’un extrême à l’autre,nous pouvons maintenir le relaisexcité pendant une durée de 9 minu-tes et 52 secondes, soit environ 10minutes (minimum) à 2 heures et 5minutes (maximum).

Le calcul de la duréeen secondes

La formule pour calculer la durée d’ex-citation du relais en secondes est :

secondes =(1 : Hz) x (facteur de division : 2)

La fréquence en Hz est celle prélevéesur la broche 3 de IC1 NE555 et le fac-

teur de division de IC2 4020. Si, parexemple, IC1 produit une fréquence de11 Hz et si IC2 la divise par 16 384, lerelais demeure excité pendant :

(1 : 11) x (16 384 : 2) =744,72 secondes

Pour savoir à combien de minutes celacorrespond, il est nécessaire de diviserce nombre par 60 (puisqu’une minutefait 60 secondes) :

744,72 : 60 = 12,41 minutes

Soit 12 minutes et 0,41 minute, soit41 centièmes de minute, à convertiren secondes, ce qui fait :

0,41 x 60 = 24 secondes

Figure 477 : Schéma électrique du premier temporisateur. Quand on met S1 sur A, le relais reste excité de 1 à 1 2minutes environ. S1 sur B de 10 minutes à 2 heures environ.

R7

DL1

A B C

8 47

26 51

3

R1

R2

R3

C3

C6

IC1

12 V

310

11

16

8

B

E

C

IC2

C7

R4

R5

R6

C9

DS1

REL1

P1

TR1CK

C1

C2

C4

S1

SORTIES RELAIS

C5

C8

RESETA

B

NE 555

F - F

RQ

2 3 4GND

+V 567

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

CK

5 81 0 2 6 7 3

R E CK 9 4C OUT

4017

Q 1Q 12

R 1Q 9Q 11 Q 10 Q 8

4QQ 7Q 5Q 13 Q 14 Q 6

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

4020

E

B

C

BC 327

Figure 478 : Brochages duNE555, du 4020 et du4017 vus de dessus et re-père-détrompeur en U versla gauche et du PNP BC327

vu de dessous et méplat vers le bas. Le 4017, undiviseur par 10, est utiliséseul dans le temporisateurde la figure 484.


R1 ...............2,7 kΩR2 ...............39 kΩR3 ...............470 kΩ pot. lin.R4 ...............1 MΩR5 ...............6,8 kΩR6 ...............12 kΩR7 ...............820 ΩC1................82 nF polyesterC2................47 nF polyesterC3................820 nF polyesterC4................470 nF polyesterC5................100 nF polyesterC6................10 nF polyester

C7................100 nF polyesterC8................100 nF polyesterC9................470 µF électrolytiqueDS1............. diode 1N4007DL1 .............LEDTR1..............PNP BC327 ou BC328IC1...............intégré NE555IC2...............CMOS 4020P1................poussoirS1................inverseur 1 c.REL1 ...........relais 12 V 2 RT

Sauf spéci cation contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.

Donc le relais demeure excité pendant12 minutes et 24 secondes.

Le calcul de la fréquence

Pour calculer la durée en secondes,nous devons avant tout savoir quellefréquence en Hz sort de la broche 3de IC1, et pour la trouver, effectuonsune première opération :

valeur RC =(R1 + R2 + R2 + R3 + R3) x

(C1 + C2)

Note : dans la formule les valeurs de R2 et R3, reliées entre les broches 7 et 2-6 de IC1 NE555, sont doublées.

Connaissant la valeur RC, effectuonsune seconde opération :

fréquence en Hz = 1 440 : valeur RC

Note : les valeurs des résistances à insérer dans la formule du calcul de RC sont en kilohm, celles de condensateurs en µF (1 µF = 1 000 nF = 1 000 000 pF).



LE COURS


Figure 483 : Le facteur de division du4020 est divisé par deux car le signalcarré sortant des broches de sortiereste la moitié du temps au niveaulogique 0 et l’autre moitié au niveaulogique 1. Quand, la moitié du tempsétant écoulé, l’onde passe du niveaulogique 0 au niveau logique 1, le re-lais se relaxe car la tension de polari-sation manque sur la base de TR1.

Figure 482 : Dans ce schéma élec-trique, nous avons reporté à droitele facteur de division par ordre crois-sant de haut en bas en face de cha-que numéro de broche.

Figure 480 : P1 relâché, la tension 12 Vcc alimente le circuit àtravers les contacts du relais. C’est seulement quand le 4020a fini de compter que sa broche de sortie passe au niveaulogique 1 et que le relais se relaxe.

Si le potentiomètre R3 a sa résistanceentièrement insérée (470 kilohms), RCest égal à :

(2,7 + 39 + 39 + 470 + 470) x(0,082 + 0,047) = 131,67

ce qui fait une fréquence de :

1 440 : 131,67 = 10,93 Hz

donc le relais demeure excité pendant :

(1 : 10,93) x (16 384 : 2) =749 secondes

correspondant à 12 minutes et 29secondes.

L’inverseur S1 vers C3-C4

S1 vers C3-C4 et potentiomètre R3résistance entièrement court-circuitée,RC est égal à :

(2,7 + 39 + 39) x (0, 82 + 0, 47) =104,10


1 440 : 104,10 = 13,83 Hz


(1 : 13,83) x (16 384 : 2) =592,33 secondes

Ce qui correspond à 9 minutes et52 secondes.

Si le potentiomètre R3 a sa résistanceentièrement insérée (470 kilohms), RCest égal à :

(2,7 + 39 + 39 + 470 + 470) x (0,82+ 0,47) = 1 316,70

Figure 479 : P1 pressé, la tension 12 Vcc alimente le tempo-risateur. La broche de sortie 3 du 4020, au niveau logique 1au repos, passe au niveau logique 0 quand R5 va à la masse.Le PNP TR1 entre en conduction et excite le relais.

On insère donc les valeurs :R1.....................2,7 kΩR2.....................39 kΩR3.....................470 kΩC1.....................0,082 µFC2.....................0,047 µFC3.....................0,82 µFC4.....................0,47 µF

L’inverseur S1 vers C1-C2

S1 vers C1-C2 et potentiomètre R3résistance entièrement court-circuitée,RC est égal à :

(2,7 + 39 + 39) x (0,082 + 0,047) =10,41


1 440 : 10,41 = 138,82 Hz


(1 : 138,32) x (16 384 : 2) =

59,22 secondesLes 22 sont des centièmes de secon-des.

Figure 481 : Brochage du 4020 vu dedessus et connexions internes.

12 V

3 BE

CREL1

P1

TR1

A B CSORTIES RELAIS

4020

16

80

RELAIS EXITÉ

R5

R6

DS1

12 V

3 B

E

CREL1

P1

TR1

A B C

SORTIES RELAIS

4020

16

8

RELAIS AU REPOS

R5

R6

DS1

1

Q 1Q 12

R 1Q 9Q 11 Q 10 Q 8

4QQ 7Q 5Q 13 Q 14 Q 6

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

4020

9

7

5

4

6

13

12

14

15

1

2

38

10

16

4020

12 V

ENTRÉE

: 2

: 16

: 32

: 64

: 128

: 256

: 512

: 1 024

: 2 048

: 4 096

C1

11

CK

R

: 8 192

: 16 384R4

50 %

TEMPS

0

1

50 %



LE COURS


Figure 484 : Schéma électrique du deuxième temporisateur. Pour obtenir la durée maximale vous devez mettre S1 sur B. S1sur A, le relais reste excité pendant une durée 256 fois moindre que sur B. Si l’on connaît la durée pendant laquelle le relaisreste excité sur A, on peut calculer combien de temps il restera excité sur B, en multipliant la durée A par 256.

Figure 485a : Schéma d’implantation des composants du premier temporisa-teur EN5044.

8 47

2

6 51

3

R1

R2

R3

C2 C4

IC1

12 V

16

8 13

3

11

15

14

10

11

16

8

B

E

C

IC2 IC3

C6

R4

R5

R6

C8

DS1

REL1

P1

TR1CK

: 10

RESET

CK

A B C

SORTIES RELAIS

C1

C3 C5 C7

4

S1A

B R7

DL1

SORTIES RELAIS

ABC

A

K

12 V

REL1

P1

R3

R1

R2

R4

R5

R6

DS1

C3

C4

C1

C2C5 C6

C7

C8

C9

TR1

IC1

IC2

R7

S1

DL1


R1 ...............2,7 kΩR2 ...............39 kΩR3 ...............470 kΩ pot lin.R4 ...............1 MΩR5 ...............6,8 kΩR6 ...............12 kΩR7 ...............820 Ω

C1................1 µF polyesterC2................470 nF polyesterC3................100 nF polyesterC4................10 nF polyesterC5................100 nF polyesterC6................100 nF polyesterC7................100 nF polyesterC8................470 µF électrolytiqueDS1............. diode 1N4007DL1 .............LEDTR1..............PNP BC327 ou BC328IC1...............intégré NE555IC2...............CMOS 4017IC3...............CMOS 4020P1................poussoirS1................inverseur 1 c.REL1 ...........relais 12 V 2 RT

Sauf spéci cation contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


1 440 : 1 316,70 = 1,09 Hz


(1 : 1,0,9) x (16 384 : 2) =7 515 secondes

correspondant à 7 515 : 3 600 =2,087 heures. La décimale 0,087 esten heure, pour obtenir les minutes, ilfaut multiplier par 60 et donc 0,087 x60 = 5 minutes.



LE COURS


Figure 485b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du premier temporisateur EN5044. A gauche, le côté composants ; à droite,

le ôté soudures.

Le circuit intégré diviseur 4020

La fréquence produite par le NE555est appliquée sur la broche d’entrée10 de IC2, un diviseur numérique4020 : sur les broches de sortie dece dernier se trouve la fréquenceappliquée à l’entrée divisée par lavaleur reportée dans le Tableau 29.

Tableau 29

broche facteur

de sortie de division

broche 9 2broche 7 16broche 5 32broche 4 64broche 6 128broche 13 256broche 12 512broche 14 1 024broche 15 2 048broche 1 4 096

broche 2 8 192broche 3 16 384

Connaissant la valeur de la fréquenceappliquée sur la broche d’entrée 10de IC2, pour calculer la durée d’ex-citation du relais en seconde nousdevons utiliser la formule :

secondes =(1 : Hz) x (facteur de division : 2)

Étant donné que nous prélevons surla broche 3 de IC2 (divisant par 16384) le signal destiné à piloter TR1,nous insérons dans la formule ce fac-teur de division :

secondes = (1 : Hz) x (16 384 : 2)

Notez que le facteur de division de IC2est divisé par deux simplement parceque TR1 ne reste en conduction quependant la première moitié du tempsoù l’onde carrée est au niveau logique0 (voir figure 483) : dès qu’elle passeau niveau logique 1, le relais se relaxeet donc la durée totale est divisée pardeux.

S1 vers C1-C2, si nous tournons le cur-seur de R3 d’une extrémité à l’autrede sa piste, la fréquence passe de10,41 Hz à 131,67 Hz. S1 vers C3-C4,si nous tournons le curseur de R3 d’uneextrémité à l’autre de sa piste, la fré-quence passe de 1,09 Hz à 13,83 Hz.

Le 4020 ne divise la fréquence appli-quée à son entrée que lorsque la bro-che 11 de “reset” est au niveau logique0, ce dont se charge R4 reliée entrecette broche et la masse. Avant de com-mencer un comptage, il est indispensa-

ble de remettre à zéro toutes les sortiesdu 4020 si nous voulons que le comp-tage de division reparte toujours de zéroet ceci s’obtient en envoyant une impul-sion positive sur la broche 11. Le con-densateur relié entre la broche 11 deIC2 et le positif d’alimentation (voir C7figure 477) et celui relié entre la broche15 de IC2, 11 de IC3 et le positif d’ali-mentation (voir C6 figure 484), envoientcette impulsion positive de “reset” cha-que fois que P1 est pressé.

Les durées théoriqueset les durées réelles

Quand le montage est terminé, ne vousétonnez pas si vous constatez que lesdurées réellement obtenues diffèrent

légèrement des durées calculées, carles résistances, le potentiomètre et lescondensateurs ont une tolérance : iln’est donc pas à exclure que sur C1-C2le relais reste excité 58 à 62 secondesau lieu de 59 ou 11 à 14 minutes aulieu de 12.

Pour corriger ces erreurs, il suffirait defaire varier, en plus ou en moins, la capa-cité des condensateurs reliés à S1.

Le deuxième temporisateur

Vu que le temporisateur de la figure477 nous permet de maintenir le relaisexcité de 1 minute à 2 heures, pouraugmenter cette durée maximale vouspensez peut-être qu’il suffit d’aug-menter la capacité des condensateursreliés à S1 : en fait, pour obtenir desdurées plus longues, il est indispensa-ble d’utiliser des condensateurs élec-

trolytiques de fortes capacités, maiscomme ils ont une tolérance pouvantdépasser 40 % (!), le montage terminéon risque de se trouver confronté à desdurées tout à fait erronées.

Afin d’éviter de telles erreurs, il faut toujours utiliser des condensateurs polyes-ters dont la tolérance est de 5 ou 6 %puis diviser par 10 la fréquence prélevéesur la broche 3 du NE555 avant de l’ap-pliquer sur le diviseur 4020.

Comme le montre la figure 484, lafréquence produite par IC1 NE555 estappliquée sur la broche d’entrée 14 deIC2, un compteur Johnson 4017 et pré-levée sur la broche de sortie 11 diviséepar 10. Cette fréquence est ensuiteappliquée sur la broche d’entrée 10 de



LE COURS


Figure 486 : Photo d’un des prototypes de la platine du pre-mier temporisateur EN5044.

Figure 487 : Montage dans le boîtier plastique à l’aide dedeux vis autotaraudeuses et d’une entretoise autocollante.

IC3 4020 et prélevée sur la broche 3 divisée par 16 384.Dans ce deuxième temporisateur nous avons relié aux bro-ches 2 et 6 du NE555 un condensateur polyester C1 de 1 µFet un autre C2 de 0,47 µF, de façon à obtenir une capacitétotale de 1,47 µF.

Si l’on tourne l’axe du potentiomètre R3 de manière à court-circuiter sa résistance, on obtient une RC de :

(2,7 + 39 + 39) x 1,47 = 118,629

et cette RC donne une fréquence sur la broche 3 de IC1de :

1,440 : 118,629 = 12,138 Hz

Étant donné que IC2 la divise par 10, sur sa broche desortie 11 nous prélevons une fréquence de :

12,138 : 10 = 1,2138 Hz

Étant donné que cette fréquence est ensuite divisée par 16384 par IC3, le relais demeure excité pour une durée de :

(1 : 1,2138) x (16 384 : 2) =6 749 secondes

En divisant ce nombre par 3 600, nous trouvons la duréeen heure :

6 749 : 3 600 = 1,87 heure

La décimale 0,87 est en heure, pour l’exprimer en minutesil faut les multiplier par 60 :

0,87 x 60 = 52 minutes

Ce qui fait 1 heure et 52 minutes. D’éventuelles différencesentre le calcul et la réalité peuvent se produire à cause destolérances de R1, R2, R3 et de C1-C2.

Si nous tournons l’axe de R3 de façon à insérer toute larésistance de 470 kilohms, nous obtenons une RC de :

(2,7 + 39 + 39 + 470 + 470) x 1,47 = 1 500

et cette RC donne sur la broche 3 de IC1 une fréquencede :

1 440 : 1 500 = 0,96 Hz

Et cette fréquence étant divisée par 10 par IC2, nous pré-levons sur sa broche 11 une fréquence de :

0,96 : 10 = 0,096 Hz

excitant le relais pendant :

(1 : 0,096) x (16 384 : 2) =85 333 secondes

Pour savoir à combien d’heures cela correspond, divisonspar 3 600 :

85 333 : 3 600 = 23,70 heures

et comme la décimale 0,70 est en heure, pour obtenir lesminutes, multiplions par 60 :

0,70 x 60 = 42 minutes

ce qui fait un total de 23 heures et 42 minutes.

En tournant le bouton de R3 d’un bout à l’autre, il est pos-sible de régler la durée d’excitation du relais de 1 heure 52minutes à 23 heures 42 minutes.

C6, relié à la broche 15 de “reset” de IC2 4017 et à la bro-che 11 de “reset” de IC3 4020 permet de réinitialiser les



LE COURS


Figure 488b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du second temporisateur EN5045. A gauche,le côté composants ; à droite, le côté soudures.

Figure 488a : Schéma d’implantation des composants du second temporisa-teur EN5045.

ABC

SORTIES RELAIS

REL 1

12 V

R5

R6

R4

R1

R2

DS1

C3C4

C5

C6

C7

C8

TR1

IC1

IC2IC3

C2

C1

R7

A

K

R3

P1S1

DL1

deux circuits intégrés chaque fois quel’on presse P1 et ainsi nous pouvonsêtre certains que le comptage partbien de zéro.

Comment contrôlerles durées maximales

Quand on réalise des temporisateursen mesure de maintenir l’excitation durelais pendant des dizaines d’heures,le premier problème se présentant con-siste à savoir si effectivement le relaisse relaxera une fois le temps écoulé.

Afin de ne pas avoir à attendre 12,15 ou 20 heures pour vérifier si celaarrive, dans le schéma de la figure484 nous avons inséré l’inverseur S1lequel, en déconnectant R5 de la bro-

che 3 divisant par 16 384, la con-necte à la broche de sortie 4 de IC3qui ne divise que par 64.

Étant donné qu’avec R4 reliée à labroche 3 de IC3 le relais pouvait serelaxer au bout de 23,70 heures, enla reliant à la broche 4 le relais serelaxera après seulement :

(1 : 0,096) x (64 : 2) =333,33 secondes

correspondant à :

333,33 : 60 = 5,555 minutes

et la décimale 0,555 étant en minutecela fait :

0,555 x 60 = 33 secondes



LE COURS


Figure 490 : Montage dans le boîtier plastique à l’aide dedeux vis autotaraudeuses et d’une entretoise autocollante.

Montez les trois supports des circuits intégrés et vérifiezbien vos soudures (ni court-circuit entre pistes ou pastillesni soudure froide collée).

Puis procédez exactement comme pour le premier tempo-risateur, y compris pour le montage dans le boîtier.

le relais se relaxera au bout de 5 minutes et 33 secondes.

Si l’on rétablit avec S1 la connexion de R5 avec la bro-che 3 divisant par 16 384, on peut savoir après combiende temps le relais sera relaxé.

Calculons d’abord le rapport entre 16 384 : 64 = 256,puis multiplions ce rapport par la durée 256 x 333,33 =85 332 secondes, ce qui fait 23 heures 42 minutes.

Si l’on relie R5 à la broche 4 de IC3 le relais se relaxeaprès 60 secondes, si on la relie à la broche 3 il se relaxeau bout de :

60 x 256 = 15 360 secondes

Divisons pour obtenir les heures :

15 360 : 3 600 = 4,266 heures

La décimale 0,266 est en heure, ce qui fait 0,266 x 60 =

15,96 minutes. La décimale 0,96 est en minute, ce quifait 0,96 x 60 = 57 secondes. Soit une durée totale de4 heures 15 minutes 57 secondes.

La réalisation pratiquedu premier temporisateur

Réalisez ou procurez-vous le circuit imprimé EN5044, dontla figure 485b donne le dessin à l’échelle 1 et montez tousles composants, comme le montre la figure 485a.

Enfoncez et soudez d’abord les neuf picots servant auxconnexions extérieures.

Montez les deux supports des circuits intégrés et vérifiezbien vos soudures (ni court-circuit entre pistes ou pas-tilles ni soudure froide collée).

Montez toutes les résistances puis tous les condensa-teurs en respectant bien la polarité +/– de l’électrolytique(la patte la plus longue est le +). Montez la diode DS1bague vers TR1.

Montez ce dernier méplat vers DS1. Montez le relais et lesdeux borniers. Enfoncez les deux circuits intégrés dans leurssupports repère-détrompeur en U vers le haut.

Montez ensuite la platine dans le boîtier plastique adaptéà l’aide de deux vis et une entretoise autocollante et réa-lisez les connexions au potentiomètre, à l’inverseur, aupoussoir et à la LED après avoir fixé ces derniers en faceavant comme le montre la figure 491.

Prévoyez deux trous dans le panneau arrière pour l’entréedu 12 Vcc et la sortie du relais.

La réalisation pratiquedu deuxième temporisateur

Réalisez maintenant le circuit imprimé EN5045, dont la figure488b donne le dessin à l’échelle 1, ou procurez-vous le et mon-tez tous les composants, comme le montre la figure 488a.

Enfoncez et soudez d’abord les neuf picots servant auxconnexions extérieures.

Figure 489 : Photo d’un des prototypes de la platine dupremier temporisateur EN5044.



LE COURS


Figure 492 : Si vous avez besoin d’un temporisateur pour desdurées fixes et très précises, vous pouvez remplacer le poten-tiomètre par des trimmers que vous réglerez exactement surla durée requise. Sélectionnez le trimmer correspondant à ladurée souhaitée avec un commutateur rotatif S1.

Les réglages

Pour ce faire, il suffit de relier l’ali-mentation 12 Vcc, puis de presserP1 : DL1 s’allume pour confirmer l’ex-citation du relais.

Celui-ci pouvant demeurer excité long-temps, pour ne pas devoir attendre

des heures, vous pouvez mettre S1sur A, ce qui réduit la durée 256 fois.

Si le relais s’excite mais si la LEDne s’allume pas, c’est que vousavez monté cette dernière à l’envers :intervertissez alors les pattes A-K.

Conclusion

Nous vous avons expliqué commentconcevoir un temporisateur avec unNE555 et un ou deux diviseurs : vouspouvez maintenant changer la capa-cité des condensateurs puis calculerles durées d’excitation du relais.

Si vous remplacez R3 par un autre de100 kilohms, vous pourrez réduire la

8 47

2

6

51

3

R1R2

C2

IC1

C1

3

2

1

R3R3 R3

S1

durée maximale de 4,7 fois et doncl’échelle graduée aura une résolutionsupérieure, ce qui facilite le réglage dela durée et en augmente la précision.

Si vous avez besoin de temporisa-tions très précises, nous vous con-seillons de modifier le schéma électri-que comme le montre la figure 492,

R2 étant reliée au curseur d’un com-mutateur rotatif S1 commutant sur des“timers” de différentes valeurs ohmi-ques, que vous pourrez régler jusqu’àobtenir la durée exacte souhaitée.

Les contacts de sortie du relais

Les contacts d’utilisation des relaissont indiqués sur les schémas élec-triques par A-B-C : si vous voulezmaintenir une lampe, un ventilateur,une radio, etc. allumé pendant ladurée réglée avec le bouton du poten-tiomètre, utilisez les deux contactsA-B, comme le montre la figure 493.

Les contacts B-C peuvent être uti-lisés pour une fonction inverse,

Figure 491 : Aspect extérieur des deux montages (tem-porisateurs 1 et 2). La LED, l’inverseur S1 et le poussoirP1, ainsi que le bouton du potentiomètre R3, sont enface avant. Les fils entrent (alimentation) et sortent(commande relais) par le panneau arrière.

REL1

A B CSORTIESRELAIS

SECTEUR230 V

Figure 493 : Sur le circuit imprimé nous avons mis un bornierde sortie relais à trois pôles, mais les sorties à utiliser sontles contacts A et B. Quand le relais est excité, les contactsA et B se court-circuitent, ce qui permet de commander lepassage du courant dans une charge.

c’est-à-dire pour allumer une lampe,un ventilateur, une radio, etc., aprèsune durée réglée avec le bouton dupotentiomètre.

Note : comme on n’utilise normalement que les deux contacts A-B, vous pouvez ne faire sortir du boîtier que les seuls fils qui y sont reliés. Si vous commandez

des utilisateurs alimentés sous la tension du secteur 230 V, ne laissez jamais sortir ces fils dénudés : isolez-les avec du ruban adhésif plastifié ou dotez-les de connecteurs adéquats.




NOTES



LE COURS


Grâce à cette leçon vous allez

apprendre qu’en polarisantla Base d’un transistor, demanière à retrouver sur son

Collecteur la moitié de la tension d’ali-mentation, vous êtes en classe A, alorsqu’en polarisant la Base de façon telleque la totalité de la tension d’alimenta-

tion se retrouve sur le Collecteur, vousêtes en classe B.

La classe B peut fournir en sortieune puissance plus importante quela classe A mais, comme la classe Bn’amplifie qu’une demie onde, pour

amplifier l’autre demie onde opposée,il faut obligatoirement utiliser 2 tran-sistors, un NPN et un PNP en série. Laclasse B a un seul défaut, celui de four-nir en sortie un signal notablement dis-

tordu et donc elle n’est guère favorable

Un étage amplificateur peut êtreconçu pour travailler en classe

A, en classe B, en classe ABou bien en classe C : s’il vousest arrivé de chercher quelquepart une explication claire et

compréhensible concernant lesdifférences entre ces 4 classes,il est fort probable que vousn’aurez trouvé aucune réponsesatisfaisante à vos nombreuxdoutes ni à votre abyssaleperplexité.

à la fabrication d’amplificateurs Hi-Fi :

c’est pourquoi on a recours à la classeAB exempte, elle, de distorsion.

La quatrième, la classe C, ne s’utiliseque pour réaliser les étages de puis-sance HF (par opposition à BF, maison dit aussi RF, Radio Fréquence, paropposition à AF, Audio Fréquence),parce qu’à la sortie de l’unique tran-sistor de puissance, la puissance estélevée mais le signal distordu.

Les amplificateurs

en classes A, B, AB et C

Vous aurez sûrement lu qu’un transistor peut travailler en classe A, B, ABou C ou en push-pull mais si vous avezcherché un texte expliquant exhaus-

tivement les différences entre ces

classes, vous êtes restés quelque peusur votre faim.

C’est pourquoi nous chercheronsaujourd’hui à nourrir votre légitimecuriosité et nous commencerons parvous expliquer en quel mode on peutpolariser la Base d’un transistor.

Polarisation de la Base Comme le montre la figure 494, laBase d’un transistor amplificateur estnormalement polarisée par un parti-

teur résistif composé des résistances

R1-R2.

La résistance R1 sert à polariser laBase du transistor et la résistance R2pour stabiliser le courant parcourantce partiteur.

L E Ç O

N N °

4 1 - 1

N I V E

A U 3

Apprendre


Les amplificateurs en classe A, B ou C

première partie



LE COURS


Si nous déconnectons ce partiteur dela Base de transistor et connectonsaux extrémités de R2 un voltmètre(figure 495), nous relevons une tension

inversement proportionnelle à la valeurohmique de R1, selon la formule :

volts aux extrémités de R2 = Vcc : (R1 + R2) x R2

où Vcc = tension alimentant R1et R1-R2 = valeur des résistances

en kilohm

Si nous alimentons ce partiteur avecune tension de 12 V, si R2 a une valeurde 3,3 kilohms et si R1 prend succes-sivement les 6 valeurs suivantes :

100-82-68-56-47-39 kilohms

pour chaque valeur différente de R1insérée en série avec R2, nous lironssur le voltmètre les tensions suivantes(figure 495) :

12 : (100 + 3,3) x 3,3 = 0,38 V 12 : (82 + 3,3) x 3,3 = 0,46 V 12 : (68 + 3,3) x 3,3 = 0,55 V 12 : (56 + 3,3) x 3,3 = 0,66 V 12 : (47 + 3,3) x 3,3 = 0,78 V

12 : (39 + 3,3) x 3,3 = 0,93 V Si nous reconnectons ensuite ce parti-

teur à la Base du transistor (figures 496à 501), pour les 3 valeurs de R1 :

100-82-68 kilohms,

nous lirons respectivement des ten-sions de :

0,38-0,46-0,55 V,

alors qu’avec les 3 autres valeurs de

R1 :56-47-39 kilohms,

nous lirons toujours une seule et uni-que tension fixe de :

0,65 V.

Vous vous demandez pourquoi ces 3dernières valeurs de R1 aboutissent

toutes à l’unique tension fixe de 0,65 Valors que selon nos calculs cette tensiondevrait varier d’un minimum de 0,66 V àun maximum de 0,93 V.

A ce sujet commençons par dire que

la jonction Base/Emetteur d’un tran-sistor se comporte comme une diodeau silicium dont l’anode serait tournéevers la patte Base et la cathode vers lapatte Emetteur (figure 502).

Vous savez désormais qu’une diode ausilicium commence à conduire seule-ment lorsque la tension à ses extrémi-

tés dépasse la valeur de seuil, autourde 0,65 V : avec une tension inférieureune telle diode n’est pas conductrice.

C’est seulement quand on dépasse la

valeur de seuil de 0,65 V, que la diodecommence à conduire et consommedu courant à travers R1.

Indépendamment du courant parcou-rant la résistance R1, entre la Base et

Figure 494 : Les résistances R1-R2,reliées à la Base d’un transistor, ser-

vent à le faire travailler en classe A.

E

B

C

R1

R2

R3

TR1

12 V

Figure 495 : Si nous déconnectons ces résistances de la Base du transistor et

si nous relions à leur point de liaison un testeur, nous relèverons une tensioninversement proportionnelle à la valeur de R1. Si la valeur de R2 reste fixe et sinous faisons varier R1, nous lirons sur le testeur les tensions indiquées.

l’Emetteur il y a toujours une tension de0,65 V.

Pour savoir combien de courant doitpasser dans la résistance R2 pourobtenir à ses extrémités une tensionde 0,65 V, nous pouvons employer laformule suivante :

mA dans R2 = Vbe : R2 en kilohm

Sachant que la Vbe (volt entre Baseet Emetteur) est de 0,65 V et que larésistance R2 a une valeur de 3,3 kilo-hms, le courant devant traverser cettedernière ne devra pas être inférieur à

0,65 : 3,3 = 0,196969 mA,

à arrondir à 0,197 mA.

Le partiteur R1-R2 étant alimenté en

12 V et R1 prenant successivement les6 valeurs :

100-82-68-56-47-39 kilohms,

le courant traversant R2 augmentera



LE COURS


Figure 498 : Si nous relions à laBase d’un transistor une résistanceR1 de 68 kilohms et une résistanceR2 de 3,3 kilohms, le testeur indi-quera 0,55 V.

Figure 501 : Si nous relions à laBase d’un transistor une résistanceR1 de 39 kilohms et une résistanceR2 de 3,3 kilohms, le testeur indi-quera 0,65 V et non 0,93 V.

en fonction directe de la réduction dela valeur ohmique de R1, selon la for-mule :

mA = (Vcc – 0,65) : R1 en kilohm.

Et donc, avec les valeurs ohmiqueschoisies, nous obtiendrons les cou-rants suivants :

(12 – 0,65) : 100 = 0,113 mA(12 – 0,65) : 82 = 0,138 mA(12 – 0,65) : 68 = 0,166 mA

(12 – 0,65) : 56 = 0,202 mA(12 – 0,65) : 47 = 0,241 mA(12 – 0,65) : 39 = 0,291 mA

Vous aurez noté que, avec les 3 résis- tances de

100-82-68 kilohms

on obtient un courant inférieur à0,197 mA puisqu’aux extrémités de R2le 0,65 V, nécessaire à la conduction du

transistor, n’est jamais atteint.

C’est seulement avec les 3 résistan-ces de :

56-47-39 kilohms

qu’on obtient un courant supérieur à0,197 mA puisque, cette fois, auxextrémités de R2, la tension de 0,65 V,nécessaire à la conduction du transis-

tor, est atteinte.

Sachant que le transistor commence àconduire seulement lorsqu’un courantsupérieur à 0,197 mA parcourt le par-

titeur résistif, en utilisant la formule ci-

dessous nous saurons quelle valeur decourant nous pouvons faire parcourir laBase du transistor :

courant sur la Base =(mA de R1 – mA de R2).

Nous aurons donc avec les 6 résistan-ces examinées les courants suivants :

avec 100 kilohms =0,113 – 0,197 = – 0,084 mA

avec 82 kilohms =0,138 – 0,197 = – 0,059 mA

avec 68 kilohms =0,166 – 0,197 = – 0,031 mA

avec 56 kilohms =0,202 – 0,197 = + 0,005 mA

avec 47 kilohms =0,241 – 0,197 = + 0,044 mA

avec 39 kilohms =0,291 – 0,197 = + 0,094 mA

Comme avec les 3 premières valeursde résistances on obtient une valeurnégative, la Base ne consommeraaucun courant et dans ces conditions

on dit que le transistor se trouve eninterdiction ou bloqué puisqu’il n’estpas conducteur.

C’est seulement avec les 3 dernièresvaleurs de résistances que l’on obtientune valeur positive et on dit alors quele transistor est conducteur ou pas-sant : il amplifie les signaux appliquéssur sa Base.Dans notre exemple nous avons choisipour R2 la valeur de 3,3 kilohms, maisdans d’autres schémas nous pourrions

trouver des valeurs complètement dif-

férentes ; de même pour celle de R1.

Les valeurs utilisées pour les résistan-ces R1-R2 permettent toujours d’obte-nir aux extrémités de R2 une tensionfixe de 0,65 V.

Le courant de Collecteur Comme un transistor amplifie un signalen courant, plus le courant de Base estimportant, plus est important le courantde Collecteur. Le courant de Collecteurse calcule en multipliant le courant deBase par le hfe du transistor, c’est-à-dire par son gain en courant, selon laformule :

mA Collecteur =(courant de Base x hfe).

Donc, si nous avons un transistor avecun hfe de 55 (gain en courant de 55fois) et si sur sa Base nous appliquonsles courants fournis par les résistan-ces de :

56-47-39 kilohms,

Figure 496 : Si nous relions à laBase d’un transistor une résistanceR1 de 100 kilohms et une résistan-ce R2 de 3,3 kilohms, le testeur in-diquera 0,38 V.

Figure 497 : Si nous relions à laBase d’un transistor une résistanceR1 de 82 kilohms et une résistanceR2 de 3,3 kilohms, le testeur indi-quera 0,46 V.

Figure 500 : Si nous relions à laBase d’un transistor une résistance

R1 de 47 kilohms et une résistanceR2 de 3,3 kilohms, le testeur indi-quera 0,65 V et non 0,78 V.

Figure 499 : Si nous relions à laBase d’un transistor une résistanceR1 de 56 kilohms et une résistanceR2 de 3,3 kilohms, le testeur indi-

quera 0,65 V et non 0,66 V.



LE COURS


Figure 505 : Si dans la Base passeun courant de 0,094 mA, le courantdu Collecteur augmentera de 0,27à 5,17 mA et sa tension de Collec-teur sera de 0,62 V, soit la tensiond’alimentation minimale.

son Collecteur sera parcouru par les cou-rants suivants (figures 503 à 505) :

(R1 de 56 kilohms) 0,005 x 55 = 0,27 mA(R1 de 47 kilohms) 0,044 x 55 = 2,42 mA(R1 de 39 kilohms) 0,094 x 55 = 5,17 mA.

Plus est élevé le courant de Collecteur,plus augmente la chute de tension auxextrémités de la résistance R3 et parconséquent moins est élevée la ten-sion de Collecteur, selon la formule :

volt Collecteur = Vcc – (R3 en kilohm x mA).

Donc, si le transistor est alimenté en12 V et que la résistance R3 dans leCollecteur est de 2,2 kilohms, nousrelèverons les tensions suivantes :

12 – (2,2 x 0,27) = 11,4 V 12 – (2,2 x 2,42) = 6,68 V 12 – (2,2 x 5,17) = 0,62 V

Vous l’aurez noté, lorsque le courantde Collecteur est de 0,27 mA (figure503), nous relevons sur ce Collecteurune tension de 11,4 V ; quand le cou-rant traversant le Collecteur est de2,42 mA (figure 504), nous relevonssur ce Collecteur une tension de 6,68V ; alors que si ce courant de Collec-

teur est de 5,17 mA (figure 505), la tension sur ce Collecteur est cette foisde 0,62 V seulement.

Graphe d’un transistor Pour connaître le courant minimum etmaximum que l’on peut appliquer surla Base d’un transistor en fonction deson hfe, on utilise communément uninstrument de mesure appelé “traceurde courbes”, permettant de voir surl’écran de l’oscilloscope de combienaugmente le courant de Collecteurquand on fait varier le courant deBase (figure 507).

En se référant à ces courbes, on peut tracer une droite en diagonale (figure508), appelée “ligne de charge”,reliant le point Vcc en abscisse et lepoint de courant maximum de Collec-

teur en ordonnée.

Pour trouver la valeur du courantmaximum, on se sert de la formule :

courant maximum = Vcc : R3en kilohm.

Comme dans notre exemple nousavons utilisé une R3 de 2,2 kilohms,le Collecteur peut être traversé par uncourant maximum de :

12 : 2,2 = 5,45 mA.

Si nous substituons à la résistance R3de 2,2 kilohms une résistance de 10kilohms, le courant maximum pouvant

traverser le Collecteur sera de :

12 : 10 = 1 ,2 mA seulement.

Si nous faisons varier le courant deBase du transistor, nous pouvonsdéplacer le point de travail, c’est-à-dire faire en sorte que, en absencede signal, le Collecteur ne soit plus

traversé par aucun courant.

C’est justement en choisissant lepoint de travail sur cette ligne decharge qu’il est possible de faire

travailler un transistor en classe A,B, AB ou C.

Comme le traceur de courbes n’estpas un instrument facile à trouver,nous vous expliquerons commenton peut également tracer une lignede charge qui, quoiqu’approximative,puisse vous aider à mieux compren-dre les différences entre les diversesclasses.

Prenez une feuille de papier quadrilléet tracez une ligne verticale (ordon-née), placez en haut le point de cou-rant maximum de Collecteur avant lasaturation (figure 509).

En bas, tracez une ligne horizontale(abscisse) et sur l’extrémité de droiteplacez le point de tension d’alimenta-

tion Vcc du transistor.

Entre ces 2 points, tracez une diago-nale et reportez-y le courant de Base :comme vous ne le connaissez pas, ilsuffit que vous vous souveniez que lepoint placé en haut à gauche corres-pond au maximum de courant admis-sible par le Collecteur et que le pointplacé en bas à droite correspond auminimum de courant nécessaire pourque le transistor soit conducteur.

Connaissant la valeur de tension Vcc,vous pouvez calculer le courant maxi-

mum que le Collecteur peut accepter,grâce à la formule :

courant maximum = Vcc : R3 en kilohm.

E

B

C

DIODESILICIUM

Figure 502 : Avec les valeurs 56-47-39 kilohms, la ten-sion reste fixe à 0,65 V parce que la jonction Base/Emetteur d’un transistor se comporte comme si une dio-de au silicium se trouvait à l’intérieur et, comme celle-cicommence à conduire lorsqu’on dépasse 0,65 V, mêmesi le partiteur R1-R2 fournit une tension plus élevée, cel-le-ci se stabilise à 0,65 V.

Figure 503 : Si dans la Base d’untransistor à “hfe” de 55 passe uncourant de 0,005 mA, un courantde 0,27 mA passera dans son Col-lecteur et de ce fait la tension surce Collecteur sera de 11,4 V, soitpresque la tension d’alimentation.

Figure 504 : Si dans la Base passeun courant de 0,044 mA, le courantdu Collecteur augmentera de 0,27 à2,42 mA et sa tension de Collecteursera de 6,68 V, soit presque la moi-tié de la tension d’alimentation.



LE COURS


Figure 507 : L’instrument appelé“traceur de courbes” permet de

voir comment et de combien variele courant de Collecteur quand onfait varier le courant de Base.

Comme dans notre exemple la R3 a unevaleur de 2,2 kilohms et que la Vcc est de12 V, vous pouvez faire traverser le Col-lecteur par un courant maximum de :

12 : 2,2 = 5,45 mA.

Placez cette valeur de courant surl’ordonnée (figure 509). Si, dans unschéma, vous aviez une résistance R3de 8,2 kilohms, le courant maximumde Collecteur serait :

12 : 8,2 = 1,46 mA,

nombre à placer en ordonnée à laplace des 5,45 mA de l’exemple précé-dent.

Le graphe de la figure 509 se réfèreau transistor pris comme exemple etsi donc vous utilisez un transistor dif-férent, de moyenne ou forte puissance,dont le Collecteur peut admettre uncourant de 1 ou 2 A, vous devrez des-siner un nouveau graphe et placer en

ordonnée les valeurs de courant maxi-mum de Collecteur (figure 510).

Lorsque le transistor n’est pas con-ducteur, comme aucun courant neparcourt le Collecteur, vous relèverez

la tension positive maximale ; quand,en revanche, il commence à conduire,le courant de Collecteur augmenteproportionnellement à la valeur du

courant appliqué sur sa Base.

Plus le courant traversant R3 est élevé,plus la tension de Collecteur diminueet quand cette dernière atteint unevaleur proche de 0 V on dit que le

transistor est saturé car, même si onaugmente le courant de Base, on nepourra pas lui faire consommer uncourant plus élevé.

Un transistor en classe APour faire travailler un transistor enclasse A, il faut polariser la Base de

telle manière que le courant traver-sant le Collecteur soit égal à la moitiédu courant maximum admissible :2,72 mA dans notre exemple.

Dans ces conditions, une tension de6 V, c’est-à-dire la moitié de la Vcc(figure 511), est présente entre le Col-lecteur et l’Emetteur et on l’appelle Vce(volt Collecteur/Emetteur).

Si nous appliquons maintenant unsignal alternatif sur la Base du tran-

sistor, lorsque sa demie onde positive

atteint l’amplitude maximale, le tran-sistor consommera plus de courantet par conséquent la tension sur leCollecteur chutera vers 0 V.

Quand la demie onde négativeatteindra son amplitude maximale,le transistor consommera moins decourant et par conséquent la tensionsur le Collecteur montera vers les 12V (figure 511).

Regardons le graphe de la figure 512pour comprendre plus facilement com-ment varient tension et courant de Col-lecteur lorsque lr transistor amplifie unsignal alternatif.

Observons le graphe de la figure 511.Comme vous pouvez noter toutes lesvariations de tension et courant du

transistor mais si vous pensiez pouvoirrelever ces variations en utilisant unsimple ampèremètre, vous serez déçuscar celui-ci indiquera à chaque fois lavaleur moyenne du courant.

En fait, les variations d’amplitude entrele maximum positif et le maximumnégatif sont si rapides que l’aiguillede l’ampèremètre n’arrive pas à les

suivre.

E

BC

R1

R2

2,2KΩ

TR1

Vcc

R3

R4 330Ω

Figure 508 : Le graphe d’un traceur decourbes permet de déduire la “lignede charge” reliant la tension maxima-le d’alimentation au courant maximumque le transistor peut débiter.

Ic

0 VccVolts collecteur

C o u r a n t c o

l l e c t e u r

CourantBase max.

L i g n e d e c h a r g e Courant

Base min.

Volt

Ic

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

Pointde travail

m i l l i a m p è r e s

tension

Figure 506 : Si nous connectons,entre l’Emetteur d’un transistor etla masse, une résistance R4, il estpossible d’en préfixer le gain selonla formule : gain = R3 : R4.

Figure 509 : Même sanstraceur de courbe il estpossible de trouver la li-gne de charge en pla-çant en abscisse (droi-te horizontale) la valeurmaximale de la tensiond’alimentation et en or-donnée (droite vertica-le) le courant maximumpouvant parcourir le Col-lecteur du transistor. Sil’on déplace le point detravail sur la ligne decharge le transistor tra-

vaille en classe A, B,AB ou C.



LE COURS


Figure 511 : Pour faire travailler un transistor en classe C, nous devrons polariser saBase de telle manière que, en absence de signal, la moitié de la tension d’alimentation

se trouve sur le Collecteur.Lorsque nous appliquerons sur la Base un signal alternatif, en présence de

la demie onde négative, le transistor consommera moins de courant et enprésence de la demie onde positive, plus de courant.

C’est seulement si vous disposez d’unoscilloscope que vous verrez à l’écranles deux demies ondes monter et des-

cendre.Le signal appliqué sur la Base estprélevé sur le Collecteur déphaséde 180°, parce que la demie ondepositive partant d’un minimum de 6V descend vers 0 V et la demie ondenégative, partant d’un minimum de 6V, monte vers 12 V.

Auparavant nous avions précisé quepour faire travailler un transistor enclasse A il faut polariser sa Base demanière que le Collecteur soit à une

tension égale à la moitié de la tensiond’alimentation.

Ajoutons maintenant que cette valeurn’est absolument pas critique etqu’une petite différence en ± ne modi-fie en rien le fonctionnement.

Si le Collecteur est à une tension de

7 V, au lieu de 6 V (figure 513), nousprélèverons toujours à la sortie uneonde sinusoïdale ; même chose pour

une tension de 5 V (figure 516).Il pourrait, en revanche, y avoir unproblème si nous appliquions sur laBase des signaux d’amplitude élevée,ou bien si nous amplifiions le signal defaçon exagérée.

Si le Collecteur était à une tension de7 V et si nous appliquions à l’entréeun signal d’amplitude élevée, nousécrêterions toutes les demies ondesinférieures (figure 518).

Le signal maximal en V que nous pou-vons appliquer sur la Base du transis-

tor pour éviter l’écrêtage, se calculeavec la formule :

volt entrée Base = (Vcc x 0,8) : gain.

Dans notre exemple nous avons choisiun transistor amplifiant 55 fois et ali-

menté par une tension de 12 V. Surla Base, nous ne devons donc jamaisappliquer des signaux dont la tensionserait supérieure à :

(12 x 0,8) : 55 = 0,174 V.

Si cette valeur est dépassée, les 2extrémités de la demie onde serontécrêtées et nous aurons un signal dis-

tordu à la sortie. Si nous alimentons lecircuit avec une tension plus élevée,par exemple 15 V, nous pourrons appli-quer sur la Base un signal de :

(15 x 0,8) : 55 = 0,218 V.

Pour amplifier des signaux de plusgrande amplitude, il est nécessaire deréduire le gain et pour cela il suffit deconnecter entre l’Emetteur et la masse

une résistance (R4, figure 506).

Cette résistance R4 permet de déter-miner le gain et, pour savoir de façonapproximative mais suffisamment pré-cise combien de fois le signal seraamplifié, vous pouvez mettre à profit laformule :

gain = R3 : R4.

La résistance R3 ayant par exempleune valeur de 2 200 ohms et la résis-

tance R4 de 330 ohms, le transistoramplifiera un signal :

2 200 : 330 = 6,66 fois.

Donc, en alimentant le transistor avecune tension de 15 V, nous pourronsappliquer sur son entrée un signal maxi-mum de :

Volt

Ic

0 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 22 24

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,01,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Pointde travail

a m p è r e s

tension

Vcc

IcmA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

C o u r a n t d e b a s e

Courant decollecteur

Tension de collecteur

E

BC

12 V

6 V

0,4

0,4

GAIN10 volt R3

Figure 510 : Si nousprenons un transistorde puissance, en ordon-née nous reportons lecourant maximum pou-

vant parcourir le Col-lecteur et en abscissela valeur maximale dela tension d’alimenta-tion. La droite reliantces 2 points est la li-gne de charge de cetransistor.

Figure 512 : Ce graphe montre comment la demie ondepositive appliquée sur la Base fait chuter la tension deCollecteur de 6 V vers 0 V, alors que la demie onde né-gative la fait monter de 6 V vers 12 V.



LE COURS


(15 x 0,8) : 6,66 = 1,8 V.

Dans notre exemple nous avions choisipour R3 une valeur de 2 200 ohms

et pour R4 330 ohms mais si, dansun circuit, nous trouvions une R3 de10 000 ohms et une R4 de 1 500 ohms,le gain sera it le même :

10 000 : 1 500 = 6,66 fois.

Figure 515 : Cependant, si nous augmentons le gain du tran-sistor, une partie du signal sera écrêtée et nous aurons ainsiun signal distordu. Pour éviter cette distorsion, il suffit de ré-duire le gain ou l’amplitude du signal entrant par la Base.

La classe A est normalement utiliséepour amplifier un signal avec unedistorsion très faible, parce qu’on fait

travailler le transistor au repos sur la

moitié de la droite en diagonale de laligne de charge ( figure 511).

L’unique inconvénient présenté parla classe A est que le transistor con-somme toujours le même courant que

Vcc

IcmA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,02,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5




E

BC

12 V

7 VGAIN15 volt R3

0,6

0,6

Figure 518 : Cependant, si nous augmentons le gain du tran-sistor, une partie du signal sera écrêtée et nous aurons ainsiun signal distordu. Pour éviter cette distorsion, il suffit de ré-duire le gain ou l’amplitude du signal entrant par la Base.

Vcc

IcmA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,03,5

4,0

4,5

5,0

5,5




E

BC

12 V

5 V

0,4

0,4

GAIN10 volt R3

E

BC

12 V

5 V

GAIN15 volt R3

0,6

0,6

ce soit en absence de signal ou à lapuissance maximale : par conséquentil faut dissiper une grande quantité dechaleur accumulée par le boîtier.

C’est pourquoi la classe A ne permetpas d’obtenir un étage final de puis-sance élevée mais les audiophiles lapréfèrent aux autres en raison de sa

très basse distorsion.

Figure 513 : La valeur “moitié de la tension d’alimenta-

tion” n’est pas critique et, même avec une tension de 7 V,le signal appliqué sur la Base ne dépasserait pas la lignede charge.

E

BC

12 V

7 V

0,4

0,4

GAIN10 volt R3

Figure 514 : Si nous déplaçons le point de travail de ma-nière à retrouver sur le Collecteur une tension de 7 V, aulieu de 6 V, la sinusoïde amplifiée ne sortira pas de seslimites de 12 V et de 0 V.

Figure 516 : Si une tension de 5 V, au lieu de 6 V, setrouve sur le Collecteur, là encore le signal appliqué surla Base ne dépassera pas la ligne de charge.

Figure 517 : Si nous déplaçons le point de travail de ma-nière à retrouver sur le Collecteur une tension de 5 V, aulieu de 6 V, la sinusoïde amplifiée ne sortira pas de seslimites de 12 V et de 0 V.



NOTES



LE COURS


Un transistor en classe B

Pour faire travailler un transistor enclasse B, il faut polariser sa Base demanière que son point de travail se

trouve à la limite inférieure de sa lignede charge (figure 519).

En absence de signal aucun courantne traverse le Collecteur et quand lesignal BF arrive sur la Base, le tran-sistor commence à conduire lorsquela tension du signal dépasse le niveaude 0,65 V nécessaire pour qu’il entreen conduction.

Si nous pilotons un transistor NPN,celui-ci ne pourra entrer en conduc-

tion qu’en présence de demies ondespositives et non de demies ondesnégatives, lesquelles ne seront jamaisamplifiées.

Si nous pilotons un transistor PNP,celui-ci ne pourra entrer en conduc-

tion qu’en présence de demies ondesnégatives et non de demies ondespositives, lesquelles ne seront jamaisamplifiées.

Sachant qu’en classe B un transistorNPN est capable d’amplifier les seulesdemies ondes positives et un transistorPNP le seules demies ondes négatives,pour amplifier les 2, il sera nécessaired’utiliser 2 transistors, un NPN et un

PNP en série (figure 520).

Si nous prélevons le signal sur les2 Emetteurs des transistors, nousobtiendrons l’onde sinusoïdale com-plète appliquée en entrée.

La classe B présente l’avantage de fourniren sortie une puissance élevée mais avecune distorsion non négligeable.

En fait, avant que la demie onde positive puisse faire entrer en conductionle transistor NPN et que la demie ondenégative puisse faire entrer en conduc-

tion le transistor PNP, les 2 signauxdoivent dépasser le niveau de seuilrequis, soit 0,65 V.

Donc, quand le signal passe de la demieonde positive à la demie onde négative

ou vice versa, un temps de pause se pro-duit pendant lequel aucun des 2 transis-

tors n’est en conduction (figure 520).

Cette pause entre les 2 demies ondess’appelle “distorsion de croisement”.

Donc le seul avantage de la classe B estque les 2 transistors ne consommentaucun courant en absence de signal etle maximum de courant en présence dusignal.

Un transistor en classe AB

Pour pouvoir obtenir à la sortie d’unétage final la puissance élevée d’uneclasse B sans distorsions de croisementindésirables, on utilise la classe AB et un

transistor NPN en série avec un PNP.

Sachant qu’un transistor commence àconduire lorsqu’une tension de 0,65 Vest présente sur sa Base, nous pou-vons appliquer cette tension en plaçant2 diodes au silicium alimentées par lesrésistances R1-R2 (figure 522).

L E Ç O

N N °

4 1 - 2

N I V E

A U 3

Apprendre


Les amplificateurs en classe A, B ou C

seconde partie et fin



LE COURS


Figure 519 : Si nous ne polarisons pas la Base d’un transistor, celui-ci travailleen classe B et donc, en absence de signal, aucun courant ne circulera dans leCollecteur ; par contre sur ce dernier on trouvera la tension positive maximale(figure 503).

Si nous appliquons sur la Base d’un transistor NPN un signal sinusoïdal, il ampli-

fiera au maximum les seules demies ondes positives, lorsque celles-ci dépassent 0,65 V. Si le transistor était un PNP, il amplifierait les seules demies ondes néga- tives. Pour amplifier les 2 demies ondes, nous devrions monter en série un NPN et un PNP (figure 520).

Quand, sur la Base du NPN, arrive lesignal BF, le transistor amplifie lesdemies ondes positives complètes caril se trouve déjà en conduction, maispas en mesure d’amplifier les demiesondes opposées négatives.

Quand, sur la Base du NPN, arrive lesignal BF, le transistor amplifie lesdemies ondes négatives complètes caril se trouve déjà en conduction, maispas en mesure d’amplifier les demiesondes opposées positives.

Si nous prélevons le signal amplifié surles Emetteurs des transistors NPN etPNP, nous obtenons une onde sinusoï-dale complète.

Le signal sinusoïdal sortant de cetétage est exempt de distorsion, parce

qu’il n’y a plus aucune pause entrela demie onde positive et la demieonde négative, comme c’était le casen classe B.

L’avantage principal de la classe ABest d’obtenir une puissance de sortieélevée avec un courant de Collecteurdérisoire en absence de signal.

Avec une dissipation minime au repos,les transistors chauffent moins parrapport à un étage final en classe A etil est donc possible de réduire la tailledes dissipateurs.

La classe AB est normalement utiliséepour réaliser des étages finaux depuissance Hi-Fi.

Un transistor en classe C

La classe C n’est jamais utilisée pouramplifier des signaux BF parce que,même s’il est possible d’obtenir unepuissance de sortie élevée, le signalest notablement distordu : c’est pour-

quoi la classe C s’utilise exclusivementpour réaliser des étages finaux enhaute fréquence.

Comme vous pouvez le voir sur lafigure 524, la Base d’un transistor enclasse C n’est jamais polarisée et danspresque tous les schémas on peut voirque la Base est à la masse à traversune self RF, ou HF, c’est la mêmechose (figure 525), servant seulementà empêcher que le signal HF, venantdu transistor pilote, ne se décharge àla masse.

Vous devez savoir encore ceci

Beaucoup de gens croient qu’un étagefinal en push-pull est forcément sem-

Ic

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,5

Vcc

C o u r a n t d e b a s e p o s i t i f

Courant deCollecteur


A m p

è r e s

E

B

C

12 V

C

B

E

NPN

PNP

12 V

Rc

PAUSE

Figure 520 : Pour réaliser un étage final en classe B, il faut 2 transistors, un NPNet un PNP, alimentés par une tension double symétrique. Comme les transistorscommencent à conduire seulement quand les 2 demies ondes dépassent 0,65 V,celles-ci seront toujours séparées par une pause produisant une distorsion decroisement.



LE COURS


Figure 522 : Un étage final utilisant un transistor NPN et un PNP en classe AB,doit être alimenté par une tension double symétrique. Comme les transistorscommencent à conduire tout de suite, nous ne retrouverons plus entre les 2demies ondes la pause (comme en classe B, figure 520) et donc nous obtien-drons un signal parfaitement sinusoïdal.

blable à celui que montre la figure

526, avec, en entrée comme en sortie,un transformateur à prise centrale ; ehbien pourtant les autres étages à 2

transistors, qu’ils s’appellent “single-ended” ou “à symétrie complémen-

taire”, sont aussi des push-pull.

Les 2 transistors NPN du schéma de la

figure 526 amplifient les seules demiesondes positives mais, comme sur leursBases arrive un signal déphasé de 180°,quand la demie onde positive arrive sur lepremier transistor la demie onde négativearrive sur le second et vice versa.

Quand la demie onde positive arrive surle premier transistor il l’amplifie, alorsque le second transistor, sur lequel arrivela demie onde négative, le signal étantdéphasé de 180°, ne l’amplifie pas.

Quand la demie onde négative arrivesur le premier transistor il ne l’ampli-fie pas mais, comme la demie ondepositive arrive sur le second transistor,celui-ci l’amplifie.

Donc, dans le laps de temps pendantlequel le premier transistor travaille, lesecond est au repos et, dans le lapsde temps pendant lequel le premier

transistor est au repos, le second tra-vaille.

Comme les 2 Collecteurs des transistors sont reliés à un transformateur de

sortie doté d’une prise centrale (T2),sur son secondaire on prélèvera unesinusoïde complète.

Si la prise centrale du transformateurd’entrée alimentant les Bases (T1)est reliée à la masse, les 2 transis-

tors commencent à conduire seule-ment lorsque les demies ondes positi-ves dépassent le 0,65 V requis pourles faire conduire et donc c’est unétage en classe B.

Si la prise centrale du transformateurest reliée à un partiteur résistif pou-vant fournir aux Bases des transistorsune tension de 0,65 V pour les faireconduire (figure 521), c’est un étageen classe AB.

Un étage final en push-pull peut aussiêtre réalisé sans aucun transforma-

teur (figure 527) mais, dans ce cas,les 2 transistors finaux NPN devrontêtre pilotés par un autre transistorNPN (TR1) qui déphasera de 180°le signal arrivant sur les Bases des

finaux.

En connectant deux résistances d’éga-les valeurs (R3-R4) sur le Collecteur etsur l’Emetteur du transistor TR1, surces 2 sorties (C et E) nous prélèveronsun signal déphasé de 180°.Ce schéma n’utilisant aucun transfor-mateur s’appelle étage final “single-ended”.

Si les Bases des 2 transistors TR2-TR3 sont polarisées de manière tellequ’elles consomment, en absence

de signal, la moitié de leur courantmaximum (figure 511), l’étage final

travaillera en classe A et donc les 2 transistors amplifieront aussi bien lesdemies ondes positives que les demiesondes négatives.

E

BC

12 V

C

BE

NPN

PNP

12 V

Rc

+ 0,65 V

- 0,65 V

R2

R1

Figure 521 : Si nous polarisons la Base d’un transistor avec une tension de0,65 V, celui-ci travaille en classe AB. Si nous appliquons sur la Base d’un tran-sistor NPN un signal sinusoïdal, il amplifiera aussitôt au maximum les seulesdemies ondes positives parce qu’il est déjà à la limite de conduction. Pour am-plifier aussi la demie onde opposée négative, nous devrons monter en série unNPN et un PNP (figure 522).

Ic

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,5

Vcc


Courant de

collecteur


A m p

è r e s



LE COURS


Figure 523 : Autrefois tous les transistors de puissance avaient un boîtier mé-tallique mais, récemment, d’autres, en boîtier plastique, sont apparus. En hautefréquence on peut réaliser un étage final en classe B ou AB utilisant un seultransistor.

Figure 525 : Schéma électrique d’un étage amplificateuren classe C. Le circuit d’accord C1/L1 est calculé pourêtre accordé sur la fréquence de travail.

Figure 524 : Même la Base d’un tran-sistor travaillant en classe C n’est paspolarisée parce qu’elle est connec-tée à la masse à travers une self HF(JAF1, figure 525). Lorsque la demieonde positive appliquée sur la Base,dépasse le niveau de seuil de 0,65 V,le transistor l’amplifie selon son gainmaximum. Même si une seule demieonde est amplifiée, ce sera au circuitaccordé C1/L1 ou au filtre passe-bas,toujours relié au Collecteur, de recréerla demie onde manquante car ils fontoffice de “volant d’inertie”.

En absence de signal, aucun courantne circule dans le Collecteur et, lors-qu’arrivera sur la Base un signal HF,le transistor consommera le courantmaximum.

Ic

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,5

Vcc




A m p

è r e s

E

B

C

12 V

NPN

0 V

JAF1

L1C1

Si les Bases des deux transistorsTR2 et TR3 sont polarisées avec une

tension de 0,65 V (voir figure 521),l’étage final travaillera en classe AB etdonc un transistor amplifiera les seu-les demies ondes positives et l’autreles seules demies ondes négatives,comme dans le push-pull de la figure526.

Comme les transistors TR2-TR3 sonten série, leur jonction Emetteur/Collecteur est à une tension égale àla moitié de la tension d’alimentationet donc, afin d’éviter que celle-ci nese décharge à la masse à travers lehaut-parleur, nous devrons toujoursconnecter ce dernier aux 2 transistorspar l’intermédiaire d’un condensateurélectrolytique.

Si nous réalisons un étage final enpush-pull en reliant en série un NPNavec un PNP (voir la figure 528), nousobtenons un étage final “à symétriecomplémentaire”.



LE COURS


En alimentant cet étage final avec une tension double, nous obtiendrons sur les2 Emetteurs des transistors une tensionde 0 V par rapport à la masse et doncle haut-parleur pourra être relié directe-ment entre les 2 Emetteurs et la massesans aucun condensateur.

Un étage final utilisant un transistorNPN et un PNP peut aussi être ali-menté par une tension simple asymé-

trique (figure 529) mais si, en sortie,on désire obtenir la même puissancequ’avec une alimentation double, il fau-dra doubler la tension d’alimentationparce que les transistors ne recevrontque la moitié de la tension.

Comme une tension égale à la moi- tié de la tension d’alimentation estprésente sur la jonction Emetteur/

Emetteur des 2 transistors NPN-PNP,afin d’éviter que cette tension nedétruise le haut-parleur, il est néces-saire d’isoler ce dernier avec un con-densateur électrolytique laissant pas-ser seulement le signal BF et non la

tension continue.

Arrivés à ce stade de nos explications,nous avons le sentiment que cette leçonaura porté ses fruits et que nous avons

réussi à vous faire clairement compren-dre en quoi diffèrent les diverses clas-ses d’amplification A, B, AB et C. Aussi,quand vous verrez le schéma d’un étageamplificateur BF, vous saurez tout desuite en quelle classe il travaille.

Quant à la classe C, nous vous rappe-lons qu’elle n’est pas utilisée en BFmais en HF (ou RF) et qu’elle permet deréaliser, avec un seul transistor, des éta-ges de puissance pour émetteurs.

Figure 527 : Un étage final utilisant 2 transistors NPN et aucun transformateur s’ap-pelle “single-ended”. Le transistor TR1 sert à déphaser le signal BF de 180°.

Figure 526 : Schéma classique d’un étage final en push-pull utilisant en entréeet en sortie 2 transformateurs à prise centrale.

Figure 528 : Un étage final utilisant un transistor NPN et un PNP en série s’ap-pelle “à symétrie complémentaire”. Cet étage final est alimenté normalementpar une alimentation double symétrique. Le haut-parleur est relié directementà l’Emetteur sans condensateur.

Le transistor NPN amplifiera les seulesdemies ondes positives et le transistorPNP les seules demies ondes négati-ves.

Pour faire travailler cet étage final enclasse AB nous devrons appliquer surles Bases des 2 transistors les diodesau silicium DS1-DS2 permettant d’ob-

tenir le 0,65 V requis pour les rendrelégèrement conducteurs (figure 521).

Si nous prélevons le signal amplifié sur lesEmetteurs des 2 transistors en série, nousobtenons l’onde sinusoïdale.

Un étage final utilisant un NPN et un PNPest presque toujours alimenté avec une

tension double symétrique, c’est-à-direfournissant une tension positive par rap-port à la masse du transistor NPN et une

tension négative par rapport à la massedu transistor PNP.

ENTRÉE

E

BC

E

BC

Vcc

NPN

NPN

T1T2

C1

E

BC E

BC

E

BC

NPN

NPN

C1

R1

R2

R3

R4

TR1

NPN

TR2

TR3

C21/2 Vcc

E

BC

NPN

PNP

C1

R1

R2

ENTRÉE

0 volt

DS1

DS2

BE

C

0 volt

TR1

TR2

Figure 529 : Un étage final à sy-métrie complémentaire peut aussi

être alimenté par une alimentationsimple asymétrique mais, commeune tension égale à la moitié de latension d’alimentation est présentesur les 2 Emetteurs, le haut-parleurest relié à la sortie à travers un con-densateur électrolytique.

E

BCNPN

PNP

C1

R1

R2

C2DS1

DS2B

E

C

TR1

TR2ENTRÉE 1/2 Vcc



NOTES



LE COURS


Comme il se publie de plusen plus de schémas avecces étranges configurationsde portes numériques, nous

vous expliquerons dans cette leçon

la différence existant entre un FLIP-FLOP de type S-R et un FLIP-FLOP de type D.

Le FLIP-FLOP de type Set-Reset, consti- tué par un couple de NAND ou de NOR,sert à commuter les deux sorties duniveau logique 1 au niveau logique 0et vice versa, par conséquent il estemployé normalement dans tous lescircuits numériques comme commu-

tateur électronique simple.

Le FLIP-FLOP de type D, tout à fait

différent du précédent, est utilisénormalement pour diviser par 2 unefréquence, ou bien un temps.

Si l’on monte en série 2 FLIP-FLOP de type D, on obtient un diviseur par 2 x

Quand les premiers circuits intégrés numériques firent leur apparition,la majeure partie des passionnés d’électronique ne connaissait que trèssuperficiellement leur fonctionnement. Mais aujourd’hui plus aucun étudianten électronique n’ignore ce qu’est une porte NAND ou NOR ou INVERTER.

2 = 4. Si l’on en monte 3 en série, onobtient un diviseur par 2 x 2 x 2 = 8.Si l’on en monte 4 en série, un divi-seur par 2 x 2 x 2 x 2 = 16. Si l’on enmonte 5 en série, par 2 x 2 x 2 x 2 x 2= 32. Pour chaque FLIP-FLOP ajouté onobtient toujours un facteur de divisiondouble par rapport au précédent.

Savez-vous commentfonctionne un circuit FLIP-

FLOP ?

Dans maint appareils électroniqueson utilise des circuits FLIP-FLOP maispeut-être tout le monde n’en connaît-ilpas encore le fonctionnement. Aussi,

dans cette leçon, nous allons expliquerce qu’ils sont, comment ils fonction-nent et dans quelles applications ilssont utilisés.

Avant de poursuivre, nous vous con-seillons de relire la leçon sur lessignaux numériques, signaux définispar deux niveaux seulement :

- niveau logique 1

- niveau logique 0

On dit qu’un signal est au niveau logi-que 1 quand la valeur positive de sa

tension est identique à celle alimentant le circuit intégré.

E N 5 0 4 6

L E Ç O

N N °

4 2

N I V E

A U 3

Apprendre


Les FLIP-FLOP



LE COURS


Figure 532 : Si l’on utilise des cir-cuits intégrés TTL, toujours alimen-tés par une tension positive de 5 V,il va de soi que leur niveau logiqueaura une valeur de 5 V.

Vous noterez que, entre l’entrée Reset etla masse de ce FLIP-FLOP est connectéun condensateur électrolytique de quel-ques microfarads (C1), obligeant cetteentrée à rester une fraction de secondeau niveau logique 0 la première fois quele FLIP-FLOP est connecté à sa tensiond’alimentation.

Le condensateur électrolytique déchargé,est présent sur l’entrée Set le niveaulogique 1 et sur l’entrée Reset un niveaulogique 0 : par conséquent, sur les sor-

ties A-B du FLIP-FLOP nous trouvons lesniveaux logiques :

0sortie A

1sortie B

1Set

0Reset

Le condensateur électrolytique chargé,la broche Reset est également au niveau

logique 1, mais les niveaux logiques desdeux sorties A-B ne changent pas :

0sortie A

1sortie B

1Set Reset

1

Pour commuter les deux sorties A-B,il est nécessaire de presser le pous-soir Set de manière à porter sonentrée au niveau logique 0 et en effeton aura :

0sortie A

1sortie BSet

0Reset

1

Cette condition étant obtenue, sinous pressons de nouveau le pous-soir Set, les deux sorties ne chan-geront pas d’état. Pour changer, ilest nécessaire de presser le boutonReset de manière à porter son entréeau niveau logique 0 :

0sortie A

1sortie BSet

0Reset

1

Cette condition étant obtenue, si nous

pressons de nouveau le poussoirReset, les deux sorties ne changerontpas d’état. Pour le faire, il est néces-saire de presser le poussoir Set.

Le tableau 1 reporte toutes lesséquences d’un FLIP-FLOP utilisantdeux por tes NAND :

Tableau 1 :Table de vérité

d’un FLIP-FLOP à 2 NAND.

sortieA sortieBentréeReset1 0 0 1

01

1

111

011

100

entréeSet

à la valeur de la tension d’alimentation.Donc, si nous l’alimentons avec une ten-sion de 9 V, son niveau logique 1 auraune valeur de 9 V. Si nous l’alimentonsavec une tension de 12 V, son niveaulogique 1 aura une valeur de 12 V et sinous l’alimentons en 18 V, une valeur de18 V (figure 533).

Maintenant que nous vous avons

remémoré ce qu’est un niveau logi-que 1 et un niveau logique 0, nouspouvons passer à la présentation desdivers types de FLIP-FLOP.

Le FLIP-FLOP de type SET-RESET avec NAND

Pour réaliser un FLIP-FLOP de type Set-Reset utilisant des portes NAND, il estnécessaire d’en relier deux comme onle voit à la figure 535.

Comme les entrées Set et Reset d’unFLIP-FLOP avec portes NAND au repossont contraintes au niveau logique 1,il est nécessaire de les connecter àla tension positive d’alimentation à tra-vers les 2 résistances R1-R2.

Figure 531 : Quand une broche estau niveau logique 0, elle peut êtreconsidérée reliée internement à lamasse.

KFSB RILDFNRB -

Figure 530 : Quand une broche estau niveau logique 1, elle peur êtreconsidérée reliée internement à latension positive d’alimentation.

Figure 533 : Si l’on utilise des cir-cuits intégrés CMOS, pouvant êtrealimentés par des tensions varia-bles de 5 à 18 V, il va de soi queleur niveau logique aura une valeurégale à la tension d’alimentation.

.2-

2 . -

2

-

SLIQ0 -

2 S 2 SQQI

.2-

2 . -

2

-

SLIQ0 -

6 S 6S, lp

.2-

2 . -

2

-

SLIQ0 -

. S . S

.2-

2 . -

2

-

SLIQ



LE COURS


la broche de sortie A, pour découvrirqu’elles sont exactement la moitié.

Si nous relions en série deux FLIP-FLOP

D (figure 551), nous obtenons un divi-seur par 4 (2 x 2 = 4).

Si nous en mettons trois en série(figure 552), un diviseur par 8 (2 x 2x 2 = 8) et si nous en mettons quatreen série, un diviseur par 16 (2 x 2 x 2x 2 = 16).

Comme le montre la figure 546, à l’in- térieur du circuit intégré CMOS 4013(figure 547) il y a deux FLIP-FLOP Dalors qu’à l’intérieur du circuit intégréTTL SN7475 il y en a quatre.

Un montaged’expérimentation pour FLIP-FLOP Set-Reset

Pour compléter cette leçon, nous vousproposons un montage simple permet-

tant de montrer pratiquement le fonctionnement d’un FLIP-FLOP Set-Resetà deux portes NAND (contenues dansle circuit intégré CMOS 4011).

Dès que la tension est fournie au cir-cuit, les diodes LED DL1 et 2, reliéesaux deux entrées du FLIP-FLOP, s’allu-ment : en effet elles se trouvent toutesles deux au niveau logique 1 et la LEDDL4 reliée à la sortie du NAND IC1-Baussi car, sur à sa broche de Reset(figure 553) est connecté le condensa-

teur C1 de 1 microfarad contraignantla sortie de IC1-B au niveau logique 1

dès la mise sous tension du circuit.

Pour allumer la diode LED DL3, reliéeà la sortie du NAND IC1-A, il estnécessaire de presser le poussoir Set

de manière à porter au niveau logique0 sa broche d’entrée : dès que l’onpresse le poussoir de Set la diode LEDDL1 s’éteint.

Pour rallumer la diode LED DL4, con-nectée à la sortie du NAND IC1-B, il estnécessaire de presser le poussoir deReset de manière à porter au niveaulogique 0 sa broche d’ent rée : dès quel’on presse le poussoir Reset la diodeLED DL2 s’éteint.

Le schéma électriqueet la réalisation pratique

Comme il y a quatre NAND dans le cir-cuit intégré CMOS 4011 (figure 559) etcomme il n’en faut que deux pour ceFLIP-FLOP, on n’utilisera que la moitiédu circuit intégré.

Vous pouvez le voir à la figure 553, surchaque entrée a été insérée une diodeLED pour indiquer de façon visuelle,par son allumage, le niveau logique 1.

Rien qu’en pressant un des deux pous-soirs Set et Reset, la diode LED qui leurest reliée s’éteint, pour indiquer l’étatlogique 0 des entrées.

Pour monter ce circuit, procurez-vous(ou réalisez) le circuit imprimé ainsique tous les composants de la figure553 sans oublier la pile 6F22 de 9 V.

Nous vous conseillons de commencerle montage par l’insertion sur le circuitimprimé du support du circuit intégré

IC1. Soudez les broches du support surles pistes de cuivre.

Une fois cela réalisé, montez toutes lesrésistances et les deux condensateurspolyesters C1 et C2.

Figure 559 : Dans les diodes LED, la patte la plus longue est l’Anode et la pluscourte la Cathode.A droite, brochage du circuit intégré CMOS 4011 vu de dessus et repère-dé-trompeur tourné vers la gauche.

4011

GND5 61 2 3 4

8910111213VCC

DIODELED A K

A K

Puis ce sera le tour des deux poussoirsP1-P2 à enfoncer à fond dans le circuitimprimé.

Ensuite montez les quatre diodes LEDen insérant leur patte la plus longuedans le trou marqué A (Anode) et laplus courte dans le trou marqué K(cathode).

Avant de les souder, prévoyez que leurs têtes devront affleurer légèrement surla face avant lors de la mise sousboîtier et donc réglez la longueur despattes.

Soudez la prise de la pile 6F22 etl’interrupteur S1 puis placez le circuitintégré 4011 dans son support, repère-détrompeur orienté vers le condensa-

teur C1.

Si maintenant vous connectez la pilede 9 V à sa prise et que vous pressezle poussoir de Set puis de Reset, vousverrez s’allumer les deux diodes LEDplacées sur les entrées et l’uniquediode LED placée sur la sortie IC1-B.

Pour rendre ce montage esthéti-quement remarquable, nous avonsrecherché un petit boîtier plastiquesur lequel nous collerons une étiquettesérigraphiée autocollante où apparaîtle symbole graphique du FLIP-FLOP(figure 558).

Placez cette étiquette dans le sensindiqué par la figure 557.

Pour faire sortir les deux poussoirs etl’interrupteur S1 en face avant, vousdevrez faire trois trous de 7 mm. Pourles diodes LED, quatre trous de 3,5mm.





NOTES



LE COURS


Pour lire une fréquence sur un testeur(multimètre), il faut utiliser un circuitintégré permettant de convertir leshertz et les kilohertz en une tensioncontinue.

Le XR4151 exécute cette fonction. Ilcomporte 2 x 4 broches (figure 560).

La fréquence à convertir est appli-quée, à travers le condensateur C9,à la broche d’entrée 6. Attention, lesignal à appliquer sur cette entrée doitnécessairement être une onde carrée

et si l’on tentait de lui appliquer uneonde sinusoïdale ou en dent de scieon n’obtiendrait aucune conversion.

Sur la broche de sortie 1 de ce cir-cuit intégré est prélevée une tension

continue, proportionnelle à la valeurde la fréquence et à la valeur du con-densateur C11 placé entre la broche 5et la masse (figure 560).

La formule pour calculer la valeur ducondensateur C11 en pF est la sui-vante :

C11 en pF =750 000 : (11 x R15 en kilohm)

Comme la résistance R15 est de6,8 kilohms, le condensateur C11 à

utiliser doit avoir une valeur de :

750 000 : (11 x 6,8) = 10 026 pF,

valeur à arrondir à 10 000 pF, soit10 nF.

Pour aller de la théorie à la pratique,c’est-à-dire pour commencer àexécuter un montage, il estindispensable de posséder diversinstruments de mesure, maissouvent cela se limite à l’achat d’unmultimètre puisque, rien qu’avecun tel instrument, on peut déjàmesurer volts, ampères et ohms.

Au-delà du testeur, il serait pourtantnécessaire de disposer d’uncapacimètre pour mesurer la valeurdes condensateurs, d’un oscillateurBF pour produire des signaux

sinusoïdaux ou triangulaires et,enfin, d’un fréquencemètre pourlire avec précision la valeur d’une

fréquence.

Dans les leçons précédentes, nous vous avons appris à réaliser cesinstruments, ô combien utiles,dans une version économique. Ilmanquait encore le fréquencemètre.

Nous vous le proposons aujourd’huien version analogique dans cettepremière partie et en versionnumérique dans la suivante.

L E Ç O

N N °

4 3 - 1

N I V E

A U 3

Un fréquencemètreanalogiquepour multimètre à aiguille

ou numérique

E N 5 0 4 7



LE COURS


Figure 560 : Pour convertir une fréquence de 0 à 3 000 Hz en une tension continue atteignant une valeur maximale de3 V, on utilise le circuit intégré XR4151. La fréquence à convertir est appliquée sur la broche 6 alors qu’on prélève surla broche 1 la tension continue à appliquer au testeur. Dans ce montage, la valeur du condensateur C11 est calculéeavec la formule reportée dans le cadre bleu. Le trimmer R17 sera tourné jusqu’à lire sur le testeur une tension de 3 V avec une fréquence de 3 000 Hz.

Si nous appliquons à l’entrée dece convertisseur une gamme de fré-quence comprise entre 100 Hz et3 000 Hz, nous lirons sur le testeur les

tensions données dans le tableau 32.

Tableau 32

fréquence tensionen hertz de sortie100 Hz 0,1 volt200 Hz 0,2 volt500 Hz 0,5 volt

1 000 Hz 1,0 volt1 500 Hz 1,5 volt2 000 Hz 2,0 volts2 500 Hz 2,5 volts3 000 Hz 3,0 volts

Schéma électrique

Maintenant que nous vous avonsprésenté le convertisseur fréquence/

tension (IC4), nous pouvons passerà la description du schéma électri-que complet de ce fréquencemètre(figure 562).

Presque toutes les fréquences quenous aurons à mesurer auront uneforme sinusoïdale ou triangulaire. Orle XR4151 n’accepte que des signauxcarrés. Nous devrons donc effectuerune première conversion en signauxcarrés et pour cela nous mettronsen œuvre les 2 amplificateurs opéra-

tionnels nommés IC1-A et IC2 sur le

schéma électrique.

Le premier ampli-op IC1-A est utilisécomme étage amplificateur et le signalà amplifier est appliqué sur son entréenon inverseuse (broche 5).

Les 2 diodes au silicium DS1 et DS2en opposition de polarité (tête-bêche)entre l’entrée et la masse, servent àprotéger le circuit intégré des éventuel-les surtensions qui pourraient parvenirsur son entrée.

Le signal amplifié par l’ampli-op IC1-Aest transféré, à travers le condensateurC4, sur l’entrée inverseuse (broche3) du second ampli-op IC2 (LM311)

transformant en onde carrée n’importequelle forme d’onde arrivant sur sonentrée.

L’onde carrée sortant de labroche 7 de IC2 est envoyéesur la position 1 du commu-

tateur rotatif S1 (3 kHz) etsur la broche 2 de IC3 (circuitintégré CMOS 4518 composéde 2 diviseurs par 10).

Nous avons déjà présenté

ce circuit intégré 4518 maisla figure 564 vous proposeson schéma d’organisationpar sous-ensembles afin quevous puissiez suivre plus faci-lement le circuit électrique.

La fréquence appliquée surla broche 2 du 4518 sortirapar la broche 6 divisée par10, rentrera par la broche10 et sortira par la broche 14divisée par 100.

En plaçant le commutateurS1 sur la position 1, nousappliquerons à l’entrée duconvertisseur IC4 la fré-quence sortant de l’ampli-opIC2 et donc sur cette position

nous pourrons lire une fréquence maxi-mum de 3 000 Hz ou 3 kHz.

En plaçant le commutateur S1 sur laposition 2, nous appliquerons à l’en-

trée du convertisseur IC4 la fréquencesortant des broches 6 et 10 du circuitintégré IC3 diviseur par 10 et donc surcette position nous pourrons lire unefréquence maximum de 30 000 Hz ou30 kHz.

En plaçant le commutateur S1 sur laposition 3, nous appliquerons à l’en-

trée du convertisseur IC4 la fréquence

SORTIE FRÉQUEN.

1234 5

678SORTIE COURANT

COURANT DE RÉF.

MASSE

+ VccENTR. COMPARATEURSEUILR - C

XR 4151

AB

C

D

E

BC

VOLTS

SORTIE

7

6

1

4

2

3

5

8

C9

R12

R13

R14

R15

R16

R17

C11

9 V

XR 4151

C11 en pF = 750 000 11 x R15 en k Ω

Figure 561 : Pour lire la tension, vous pouvez utili-ser un testeur analogique à aiguille ou numériqueà afficheur LCD.



LE COURS


300 kHz

30 kHz

3

2

1

C

5

67

2

16

10

6

141 7

89 15

S1

IC1-A

IC3ENTRÉERÉQUENCE

3 kHz3

2

78

41

IC2

C1 R1

R2R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

C2

C3

C4

C5

C6 C7

C8

C9

DS1

DS2

Figure 563 : Brochages, vus de dessus, des circuits intégrés utilisés pour ce montage. Le repère détrompeur à U est orienté vers la gauche. Vous trouverez le brochage du XR4151 figure 560.

Figure 562 : Schéma électrique du fréquencemètre analogique EN5047. Le commutateur rotatif S1 permet d’obtenirune tension de 3 V, avec des fréquences de 3 - 30 - 300 kHz.

1 2 3 -V

56+V 7

LM 3114518

R

Q A Q B Q C Q D

CK

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

R

Q AQ BQ CQ D

CK

NE 555

F - F

RQ

2 3 4GND

+V 567+V 567

1 2 3 -V

NE 5532

sortant de la broche 14 de IC3 diviseurpar 100 et donc sur cette position nouspourrons lire une fréquence maximumde 300 000 Hz ou 300 kHz.

La tension continue sortant de la bro-che 1 du convertisseur IC4 est appli-

quée sur l’entrée inverseuse (broche2) de l’ampli-op IC1-B dont la sortie estconnectée aux douilles de face avantpermettant une liaison aux cordons du

testeur (figures 573 et 574).

Le potentiomètre R19 connecté à l’en- trée non inverseuse de IC1-B sert à réglerl’aiguille du testeur sur 0 en l’absencede signal. Notez que le cordon positif du

testeur est à relier à la douille de masseet le cordon négatif à la douille de sortiede l’ampli-op IC1-B. Si nous regardons leschéma électrique, nous voyons en haut

à droite un circuit intégré IC5 (NE555)utilisé ici pour obtenir une tension posi-

tive de 14 V, alimentant les broches 5et 8 du circuit intégré XR4151 et une

tension négative de 5 V, alimentant labroche 4 de l’ampli-op IC1-B.

Pour obtenir une tension de +14 Vet une de –5 V, le NE555 est utilisécomme oscillateur produisant uneonde carrée de fréquence 4 000 Hzenviron, prélevée sur la broche de sor-

tie 3.

La formule pour trouver la valeur de lafréquence produite par cet oscillateurest la suivante :

Hz =1 440 000 : [(R25+R26+R26) x C22]

Note : La valeur des résistances est en kilohm et celle du condensateur est en nF.

Les valeurs de la liste des composants,figure 562, permettent d’obtenir lafréquence :

1 440 000 : [(10+12+12) x 10] = 4235 Hz.

L’onde carrée prélevée sur la broche 3et redressée par la diode DS5, fournit

une tension négative d’environ 5 V(notez que le + est orienté vers le con-densateur électrolytique C14), utilisépour alimenter la broche 4 de IC1-B.

La même onde carrée, prélevée sur labroche 3, mais redressée par la diode

DS3, fournit une tension positivede 5 V (notez que le + est orienté versle condensateur électrolytique C12),mais à cette tension s’ajoute la ten-sion positive de 9 V que la diode DS4envoie vers la diode DS3 : aux bornesdu condensateur électrolytique C12,on aura donc une tension positive de5+9 = 14 V, utilisée pour alimenter lesbroches 5 et 8 de IC4.

En théorie le XR4151 pourrait êtrealimenté avec une tension de 9 V aulieu de 14 V mais par sécurité il est

préférable de l’alimenter avec une tension supérieure car, si la tension dela pile descendait en dessous de 8,5V, ce circuit intégré ne serait plus enmesure de convertir aucune fréquenceen tension.



LE COURS


7

6

5

3 4

2

1

8

IC4

VOLTSSORTIE

9 V

3

2

1

IC1-B

3

6

78 4

1

2

4

8

IC5

14 V

5 V

R12 R13

R14

R16

R17

R18

R19R20

R21

R22

R23

R24

R15

R25

R26

R27C10

C11C12

C13

C14

C15 C16

C17

C18

C19

C20

C22

C23 C24 DL1

DS3DS4

DS5

DS6

S2

5

C21

Figure 564 : Si l’on applique une quelconque fréquence à l’entrée du doublediviseur 4518 (IC3), on pourra prélever cette fréquence divisée par 10 sur labroche 6 et divisée par 100 sur la broche 14.

1410

15971

2 6

DCBAR

CK CKRDCBA

16

8

4518

SORTIE÷ 10

SORTIE÷ 100

ENTRÉE

Figure 565 : Formule pour calculer la fréquence produite par l’étage oscilla-teur NE555 (IC5). La valeur des résistances est en kilohm et celle des con-densateurs en nF.

Hertz = 1 440 000 (R25 + R26 + R26) x C22

En l’alimentant avec une tension de 14 Vnous avons l’assurance que, même avecune tension de pile de 8 V, la tension d’ali-

mentation du circuit intégré sera toujoursau moins de 13 V.

Réalisation pratique

Une fois réalisé ou acquis, déjà percéet sérigraphié, le circuit imprimé visi-ble figure 566b, vous aurez à inséreret souder 65 composants, ce qui neprésentera aucune difficulté.

Vous commencerez par les supportsde IC1, IC2, IC3, IC4 et IC5. Avant de

souder leurs broches, relisez bien laleçon 5, figure 141.

Retenez bien que le secret pour fairefonctionner n’importe quel appareilélectronique tient dans les soudures

et donc exécutez-les avec le maximumde soin en vous servant d’un tinol dequalité optimale.

Les soudures ayant été exécutées, nousvous conseillons de vérifier le bon contact de toutes les connexions. Si vousêtes trop pressés, vous risquez d’enoublier une ou bien d’en avoir mis deuxen court-circuit.

En second lieu, insérez les 6 diodesau silicium en prenant grand soin deleur polarité. DS1, placée près de IC1,aura sa bague noire orientée vers IC1alors que DS2 aura la sienne tournéeen sens inverse vers l’extérieur du cir-cuit imprimé (figure 566a). DS3, prèsde C21, est orientée bague noire versla gauche alors que DS4, près de C13,a la sienne tournée vers IC5. DS5 etDS6, près de R19, ont leurs baguesnoires orientées vers la droite.

Note : Si les bagues noires de ces diodes étaient orientées dans le mauvais sens, le circuit ne fonctionnerait pas.

Pour poursuivre le montage, insérez toutes les résistances dans les positions montrées par la figure 566a.

Tous nos circuits imprimés comportent

un dessin sérigraphié des composants,même si celui-ci n’apparaît pas sur lesphotos de nos prototypes : symboleset numéros rendent le montage trèsfacile. Avant d’insérer les résistances,déchiffrez bien le code des couleurs



LE COURS


Figure 566a : Schéma d’implantation des composants du fréquencemètreanalogique EN5047. Avant de fixer sur le circuit imprimé le commutateur ro-tatif S1 et le potentiomètre R19, vous devez raccourcir leurs axes comme lemontre la figure 568. La fréquence à mesurer est appliquée sur les 2 douillesdu bas tandis que la tension à appliquer au testeur sort des 2 douilles duhaut. En insérant les circuits intégrés dans leurs supports, vérifiez bien queleur repère détrompeur à U est orienté vers le bas.

dont la polarité doit être respectée.

Sur le circuit imprimé l’un des 2 trous d’insertion est marqué d’un +(correspondant à la patte positivedu condensateur électrolytique). Enrevanche, sur le corps de ce type decondensateur, c’est la patte négativequi est repérée par le signe – répété lelong d’une génératrice du cylindre. Deplus les longueurs inégales des pattessont significatives : la plus longue estle +, la plus courte est le –.

Pour que le montage soit complet, ilreste à placer sur le circuit imprimél’interrupteur à levier S2, le commuta-

teur rotatif S1, le potentiomètre R19,la diode LED DL1, la prise de pile etles douilles d’entrée et de sortie. Vouspouvez insérer d’abord S2 : si ses bro-

ches ont du mal à entrer dans les trousprévus, surtout n’agrandissez pasceux-ci car, le circuit imprimé étant àdouble face avec trous métallisés, vousl’endommageriez ; préférez effiler lesbroches avec une petite lime.

Avant de placer S1, raccourcissez sonaxe à 13 mm environ, à l’aide d’unepetite scie de manière que la base dubouton ne soit pas disgracieusementéloignée de la face avant au momentde la mise en boîtier. Tous ces compo-sants étant en place, bien sûr il faudrales souder.

Quant à R19, raccourcissez son axe à17 mm à l’aide d’une petite scie, pourla même raison que pour S1. A l’aidede petits morceaux de fil de cuivredénudé, des queues de résistancesferont l’affaire, connectez les brochesdu potentiomètre aux pistes de cuivrecorrespondantes.

Le dernier composant est la diode LEDDL1, à placer près de C23 en prenant

soin d’insérer la patte la plus longue(A pour Anode) vers l’interrupteur S2.Avant de la souder, pensez à régler laprofondeur d’enfoncement des pattesdans les trous du circuit de façon quela tête de la LED sorte suffisammentde son orifice en face avant. Pour toutcela voyez la figure 568.

Enfin, enfoncez puis soudez les picotspermettant de relier le circuit impriméaux 2 fils rouge (+) et noir (–) de laprise de pile, aux 2 douilles de sortievers le testeur et aux 2 douilles d’en-

trée fréquence.

Les soudures terminées, placez les circuitsintégrés dans leurs supports en orientantbien leur repère détrompeur à U vers lebas, comme le montre la figure 566a.

SIGNAL MASSE

9 V

S1

DL1S2

VERS TESTEUR

A K

ENTRÉEFRÉQUENCE

PRISE PILE

C 1 0

C 1 1

C9

C7

C3

C6

C 1 7

C4C2

C19C18

C16

C15

C22C14

C13C21

C20

C12C23

C24

R27

R15 R12 R13 R14 R16 R25 R26

R18

R17

R24

R11 R10

R8

R6

R7

R9

R3

R4 R 5 R 2

R1

R23

R22

R21

R20

R19

DS1DS2

DS6

DS3 DS4

DS5

IC3 IC2 IC1

IC5IC4

C5C8 C1

circuit imprimé, évitant ainsi le désa-grément d’avoir à les dessouder, avecle risque inhérent de destruction de lapiste de cuivre.

Après les résistances, insérez le trim-mer multitour R17 puis tous les con-densateurs céramiques et polyesterset enfin les électrolytiques qui, commevous le savez, sont polarisés +/– et

et, pour ce faire, disposez-les parallè-lement sur votre plan de travail et dansl’ordre : R1, R2, R3, etc.

De cette manière, si vous vous trom-piez en déchiffrant une couleur, con-fondant par ex. un rouge et un marronou un jaune et un orange, vous pour-riez les remettre dans le bon ordre surla table et avant de les insérer dans le



LE COURS


CIRCUIT IMPRIMÉ

17 mm13 mm

SOUDURE

S2

S1R19

AK

Figure 566b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit im-primé côté soudures. Si vous réalisez vous-même cecircuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indis-pensables entre les deux faces.

Figure 566b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimédouble face à trous métallisés côté composants du fré-quencemètre analogique pour testeur EN5047.

Figure 567 : Photo d’un de nos prototypes de fréquence-mètre analogique EN5047. Ainsi se présente le circuit,une fois tous les composants montés. La vis placée surle boîtier du trimmer multitour R17 est celle du curseurde réglage.

Figure 568 : Ce dessin montre la nécessité de raccour-cir les axes du commutateur rotatif S1 (à 13 mm) etdu potentiomètre R19 (à 17 mm). La “tête” de la LEDdoit légèrement sortir de la face avant en alu colléesur le couvercle du boîtier plastique.

prendre le couvercle et y coller la face avant en aluminium.Comme le couvercle plastique n’est pas percé, cette dernièrevous servira de gabarit de perçage.

Ensuite vous fixerez sur cette face avant les 4 douilles :retirez les 2 écrous plats et la rondelle plastique, enfilezla douille dans son orifice de face avant puis replacez larondelle derrière le panneau avant de visser les 2 écrousplats (figure 569).

Montage dans le boîtier

Vous pouvez maintenant fixer le circuit imprimé à l’intérieurdu boîtier plastique à l’aide de 4 vis auto-filetantes puis



LE COURS


Figure 570 : A gauche, le circuit imprimé fixé dans sonboîtier à l’aide de 4 vis auto-filetantes. Dans le logementsitué en haut du boîtier sera placée la pile 9 V.

Figure 571 : A droite, voici comment se présente la faceavant du boîtier. Les 4 douilles sont reliées au circuitimprimé au moyen de morceaux de fil de cuivre soupleisolé plastique (figure 566a).

Figure 569 : Avant de fixer les 4 douilles en face avant du boîtier, vous devez retirer leurs rondelles plastique puis lesreplacer côté intérieur du couvercle.



LE COURS


Figure 572 : La pattepositive des conden-sateurs électrolytiquesest toujours la plus lon-gue. De plus, sur lecôté du cylindre cor-respondant à la pattenégative, est impriméeune ligne de signes –.

Figure 573 : Si vous possédez un testeur analogique, vous devrez le commuter en “3 Vcc fond d’échelle”. Après avoirtourné le bouton de R19 jusqu’à lire 0 V sur le testeur, vous devrez appliquer à l’entrée une fréquence fixe puis régler lecurseur du trimmer R17 jusqu’à lire sur le testeur une tension proportionnelle à la fréquence d’entrée (voir tableau 32).

TESTER

Fréquencemètre

POWER

RANGE ZERO

30 KHz3 KHz 300

KHz

FREQUENCY INPUT

COM+

Service

~ =

50 µ A

0,5 µ A

5mA

50mA0,5A

5A 1200V max

300V

1,2V

0,3V

x1K x100 x10

x1

30V

120V

12V

3V

OHM

Quel testeur (multimètre)utiliser ?

Le montage terminé, pour lire une

fréquence, vous devez relier aux 2douilles de sortie les cordons d’un

testeur, qu’il soit de type analogiqueou numérique.

S’il est analogique, commutez-le sur laportée 3 V fond d’échelle (figure 573).Placez le commutateur S1 du fréquen-

cemètre sur la position 1 (3 kHz) etappliquez à l’entrée une fréquencede 3 000 Hz, soit 3 kHz : l’aiguille du

testeur doit aller se placer sur le fond

de l’échelle. Placez S1 sur la position2 (30 kHz) et appliquez à l’entrée unefréquence de 30 000 Hz, soit 30 kHz :l’aiguille atteindra le fond de l’échelle.

Placez enfin S1 sur la position 3(300 kHz) et appliquez à l’entrée unefréquence de 300 000 Hz, soit 300

kHz : l’aiguille ira de nouveau au fondde l’échelle. Mais avec un testeur ana-logique on ne peut connaître la valeurd’une fréquence que de manièreapproximative. Si en position 1 l’aiguilles’arrête sur 1 V, vous saurez que la fré-quence est de l’ordre de 1 000 Hz maispas si elle est de 990 ou de 1 050 Hz.En position 2, si elle indique de nou-veau 1 V, vous saurez que la fréquenceest de l’ordre de 10 000 Hz mais pas sielle est de 9 950 ou 10 180 Hz.

Pour lire une fréquence avec une plusgrande précision, il faut utiliser un tes-

teur ou multimètre numérique com-muté sur la portée 20 Vcc (figure 574).S1 en position 1 (3 kHz), appliquez àl’entrée une fréquence de 2 850 Hz et




LE COURS


l’afficheur LCD indiquera 2,85 V.

En position 2 (30 kHz), appliquez unefréquence de 21 400 Hz et vous verrezs’afficher 2,14 V : mentalement, ajou-

tez deux 0 et déplacez la virgule demanière à lire 21 400 Hz. En position3 (300 kHz), si vous appliquez une fré-quence de 155 000 Hz, vous lirez 1,55

V, en réalité 155 kHz.

Réglages

Le fréquencemètre étant sous tension,placez S1 en position 1 et court-circui-

tez les douilles d’entrée pour éviter leronflement du secteur.

Figure 574 : Si vous possédez un testeur numérique, vous devrez le commuter en “20 Vcc fond d’échelle”. Après avoirtourné le bouton de R19 jusqu’à ce que Le LCD affiche le nombre 0,00, vous devrez appliquer à l’entrée une fréquencefixe puis régler le curseur du trimmer R17 jusqu’à lire sur le testeur une tension proportionnelle à la fréquence d’entrée(voir tableau 32).

POWER

ONOFF

PO W ER

LOHI

OHM

100020020

2

200 m

750 20020

2200 m

200µ

2m

20m

200 m

10A

2

2

200m20m10A

2m20 0µ20 0Hi

2K

20K

200 K

2M

20M

Ω

V V

A

A

10 A

V - A - Ω

COM

TESTER

Fréquencemètre

POWER

RANGE ZERO

30 KHz3 KHz 300

KHz

FREQUENCY INPUT

Si vous utilisez un testeur analogique, tournez R19 jusqu’à ce que l’aiguilleindique 0 V.

Si vous utilisez un testeur numérique, tournez R19 jusqu’à lire l’affichage0,00 V sur le LCD.

Ensuite, le trimmer R17 sert à définir

la valeur maximum du fond d’échelle.Pour le régler, il vous faut un généra- teur BF.Si un ami peut vous en prêter un, ou sivous pouvez vous rendre chez lui, c’estparfait ; connectez l’entrée de votre fré-quencemètre à la sortie du générateurBF et procédez comme suit :

- S1 en position 1 (3 kHz), réglez legénérateur BF sur une fréquenceentre 2 000 et 3 000 Hz.

- Reliez à la sortie du fréquencemètreun testeur, si possible numérique,

commuté sur la portée 20 Vcc, puis tournez le curseur du trimmer R17 jusqu’à lire sur le LCD la valeur de lafréquence appliquée à l’entrée.

- Si, par exemple on a réglé le géné-rateur BF sur 2 500 Hz, tournez R17

Vous aimez l’électronique de loisirs, vous aimerezl’électronique de radiocommunication

L I S E Z

jusqu’à lire 2,50 V sur l’afficheur.

Le trimmer R17 étant réglé sur la position 1 de S1 (portée 3 kHz), ce réglagereste valable pour les deux autres por-

tées 30 et 300 kHz.

Sensibilité d’entrée

Pour faire fonctionner ce fréquen-cemètre, il est nécessaire d’appli-quer sur son entrée un signal BF,qu’il soit sinusoïdal, triangulaire oucarré, pourvu qu’il ait une amplitudecomprise entre 0,03 V, soit 30 mV,minimum et 50 V maximum, cettedernière valeur ne devant pas êtredépassée, au risque de brûler lesdiodes DS1 et DS2.





NOTES



LE COURS


Pour connaître la valeur exacte d’une fréquence en hertz (Hz), kilohertz (kHz) ou mégahertz (MHz), vous devez abandonnerles divers fréquencemètres analogiques et vous tourner vers les fréquencemètres numériques. S’ils sont plus coûteux, ilspermettent, en contrepartie, de visualiser sur leur afficheur, la fréquence précise exprimée par un nombre.

Tension alternative et fréquence

Une tension alternative est composée de sinusoïdes se répé-tant à l’infini. Pour déterminer la valeur d’une fréquence, expri-mée en Hz, il est nécessaire de savoir combien de sinusoïdesse répètent en 1 seconde.

Si nous considérons, par ex., le courant alternatif du secteur220 V à 50 Hz, nous pouvons affirmer qu’en 1 seconde, 50sinusoïdes se répètent (figure 579).

Si nous avions un oscillateur BF produisant une fréquencede 3 500 Hz, en 1 seconde ce sont 3 500 sinusoïdes qui serépéteraient.

Si nous avions maintenant un oscillateur RF (ou générateur HF,c’est la même chose) produisant une fréquence de 100,5 MHz,

Si vous possédez un fréquencemètre numériquecommuté sur la portée des kHz et que le LCD affi-che le nombre 225.48, il va de soi que les 3 pre-miers chiffres représentent les kHz et les 2 autres,

après le point, les centaines et dizaines de Hz (figure 577).Si vous ajoutez à ce nombre un 0, vous aurez la valeur de225 480 Hz.

Commutez-le enfin sur la portée des MHz et le LCD affi-chera le nombre 4,7548 (figure 578) : il est évident quele premier chiffre est celui de l’unité des MHz, alors queles 4 autres, après le point décimal, représentent les cen-taines-dizaines-unités des kHz et les centaines de Hz.

Si vous ajoutez à ce nombre les deux 0 des dizaines etdes unités des Hz, vous obtiendrez un nombre à 7 chiffres,4 754 800 que vous lirez 4 MHz, 754 kHz et 800 Hz.

Figure 575 : Voici comment se présente le fréquencemètre numérique décrit dans ces lignes une fois monté.

E N 5 0 4 8

Apprendre

l’électroniqueen partant de zéroUn fréquencemètre numérique

10 MHz à 5 chiffresMise en pratique

L E Ç O

N N °

4 3 - 2 - 1

N I V E

A U 3



LE COURS


en 1 seconde 100 500 000 sinusoïdes se répéteraient.

Pour compter ces sinusoïdes, il est nécessaire d’avoir untimer tenant ouverte une “porte” pendant exactement 1seconde, un compteur dénombrant combien de ces sinusoï-des peuvent passer pendant ce laps de temps et enfin uncircuit électronique transférant ce nombre vers un afficheurLCD.

L’étage base de temps

Tous les fréquencemètres numériques possèdent une basede temps fournissant une onde carrée capable de tenirouverte une porte pendant exactement 1 seconde.

Note : dans notre fréquencemètre, la porte restant ouverte 1 seconde est le NOR IC4-A.

Si l’on veut obtenir des temps exacts, on ne peut se contenterd’oscillateurs RC (Résistance/Condensateur) ou même LC

(self/Condensateur) car non seulement ils sont peu précisà cause de la tolérance des composants mais encore leurfréquence, peu stable, dérive en fonction de la températureambiante.

Les seuls oscillateurs utilisables pour leur précision sont ceuxqui mettent en œuvre un quartz. Celui que nous utilisons icioscille sur la fréquence de 3 276 800 Hz et donc, pour obtenirune fréquence de 1 Hz, il faut employer des étages diviseurscapables de diviser cette fréquence par 3 276 800.

Pour faire cette division, 3 circuits intégrés, IC5, IC6 et IC7,seront mis à contribution (figure 580).

Le premier, IC5, est le CMOS 4060 contenant, comme lemontre la figure 581, un étage oscillateur face aux broches10 -11 et plusieurs étages diviseurs, divisant la fréquenceproduite par le quartz par les valeurs suivantes :

fréquence XTAL : 16 sort de la broche 7fréquence XTAL : 32 sort de la broche 5fréquence XTAL : 64 sort de la broche 4fréquence XTAL : 128 sort de la broche 6fréquence XTAL : 256 sort de la broche 14fréquence XTAL : 512 sort de la broche 13fréquence XTAL : 1 024 sort de la broche 15fréquence XTAL : 4 096 sort de la broche 1

fréquence XTAL : 8 192 sort de la broche 2fréquence XTAL : 16 384 sort de la broche 3

Le quartz utilisé produisant une fréquence de 3 276 800 Hzprélevée sur la broche 1 divisée par 4 096, nous obtenonsune fréquence de :

3 276 800 : 4 096 = 800 Hz

Cette fréquence de 800 Hz est ensuite appliquée sur labroche 9 du CMOS 4518 (IC6) contenant 2 diviseurs par10 (figure 583).

Lorsque, dans le Cours, nous vous avons proposé de cons-

truire une horloge numérique, nous avons présenté cedouble diviseur 4518.

Figure 576 : Réglez le bouton sur la portée Hz et vouspourrez lire une valeur de fréquence de 99 999 Hz maxi-mum. Ici il faut lire 14 562 Hz.

HzDIZ. MILLE MILLIERS CENTAINES DIZAINES UNITÉ

Hz

kHz

kHz HzCENTAINES DIZAINES UNITÉS CENTAINES DIZAINES

Figure 577 : Sur la portée kHz vous pourrez lire jusqu’àun maximum de 999 kHz. Ici il faut lire 225,48 kHz.

MHz kHz HzUNITÉS CENTAINES DIZAINES UNITÉS CENTAINES

MHz

Figure 578 : Sur la portée MHz vous pourrez lire jusqu’àun maximum de 9 MHz. Ici 4,7548 MHz, soit 4 MHzet 754,8 kHz.

Figure 579 : Pour connaître la valeur d’une fréquence, il faut savoir combien de sinusoïdes se répètent en 1 seconde. À lafréquence de 4 MHz 4 sinusoïdes se répètent. À la fréquence de 10 Hz 10 sinusoïdes se répètent et à la fréquence de 50 Hzil s’en répète 50. Donc, à la fréquence de 100,5 MHz 100 500 00 sinusoïdes se répètent en 1 seconde.Pour compter le nombre de sinusoïdes se répétant par sec., il faut une “porte” qui s’ouvre et qui se ferme exactement chaqueseconde et un circuit qui puisse compter combien de sinusoïdes sont passées par la “porte” pendant ce laps de temps.

1 seconde

4 Hz

1 seconde

10 Hz

1 seconde

50 Hz



LE COURS


Si nous appliquons sur la broche 9 du premier diviseur par 10une fréquence de 800 Hz (IC6), sur la broche de sortie 14 il yaura une fréquence de :

800 : 10 = 8 Hz

Cette fréquence réentrant par la broche 2 du second divi-seur par 10, se retrouve sur la broche de sortie 6 avecune valeur de :

80 : 10 = 8 Hz

Comme le second circuit intégré, le 4518 (IC7), divisecette fréquence à son tour par 10, à sa sortie nous trou-vons une valeur de :

8 : 10 = 0,8 Hz (figures 580 et 584)

Comme on utilise un seul des 2 diviseurs par 10 présentsdans IC7, précisément celui qui fait face à la broche d’en-trée 2 et à la broche de sortie 6, l’autre, faisant face auxbroches 9-14, n’est pas utilisé.

Temps et fréquence

La fréquence à onde carrée de 8 Hz sortant de la broche 6de IC7, reste au niveau logique 0 pendant 1 seconde et auniveau logique 1 pour 0,25 sec. (figure 585).

Pour connaître la valeur en secondes de la base de tempsquand on connaît la valeur de la fréquence sortant des 2

diviseurs IC7 et IC6, nous utilisons la formule :temps seconde = 1 : Hz

1 : 0,8 = 1,25 sec.

1 : 8 = 0,125 sec.

La base de temps de 0,8 Hz est utilisée pour visualiser surl’afficheur LCD la fréquence des Hz et des kHz, alors que labase de temps de 8 Hz permet de visualiser les MHz.

L’étage d’entrée

Parce que les circuits intégrés numériques n’acceptent surleur entrée que des signaux carrés, il faut disposer d’un étaged’entrée qui puisse convertir tous les signaux de type sinusoï-dal, triangulaire, en dents de scie, etc., dont on veut mesurerla fréquence.

Figure 581 : Brochage du circuit intégré CMOS 4060 vu dedessus. À l’intérieur il est doté d’un oscillateur, donnant surles broches 10 -11 et de 10 étages diviseurs.

Figure 580 : Pour maintenir ouverte une “porte logique” (voir figure 589) pendant exactement 1 seconde, on part toujoursde la fréquence produite par un quartz (XTAL) : voir IC5. La fréquence produite par IC5 est divisée par 2 étages diviseurs, IC6et IC7, produisant sur leurs sorties des fréquences de 8 et 0,8 Hz.

16

1

8 1211

10

IC5XTAL

9

16 10

9

81 15 7

6

16

8115 7

2

9 10

6

TP1

14 2

IC6 IC7

C16

R19

C17 C18

R20

3,276 MHz

800 Hz

80 Hz

8 Hz

8 Hz

0,8 Hz

4060

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

Q10

Q12

Q13

Q8 Q9

Q14 Q6 Q5

R

Q7 Q4

ø1 ø0 ø0

16 7

812

11

10

IC5

C16C18

XTAL

R19 R20

5

4

6

14

13

15

1

2

3

Q4

Q5

Q6

Q7Q8

Q9

Q10

Q12

Q13

Q14

: 16

: 32

: 64

: 128

: 256

: 512

: 1 024

: 4 096

: 8 192

: 16 384C17

9

TP1

Figure 582 : Si nous appliquons sur les broches 10 -11 del’étage oscillateur du CMOS 4060 un quartz battant la fré-quence de 3 276 800 Hz, les étages diviseurs internes di- viseront cette fréquence par le nombre indiqué à droite dechaque broche de sortie. Le signal prélevé sur la broche 1ayant été divisé par 4 096, sa fréquence est de :

3 276 800 : 4 096 = 800 HzCette fréquence est ensuite divisée par 100 par IC6 et par10 par IC7 (voir figure 580).

Figure 583 : Brochage du 4518 vu de dessus. C’est undouble diviseur par 10.

4518

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

R QD QC QB QA

CK

CK

QA QB QC QD R



LE COURS


Figure 585 : La fréquence de 0,8 Hz sortant du diviseur IC7 (figures 580 et 587) reste pendant 1 seconde au “niveaulogique 1” et pour 0,25 sec. au “niveau logique 0”. La fréquence de 8 Hz sortant du diviseur IC6 reste pendant 1seconde au “niveau logique 1” et pour 0,025 sec. au “niveau logique 0”.

L’amplitude maximale du signal pouvant être appliquée à l’en-trée de ce fréquencemètre ne doit pas dépasser 50 V, alorsque l’amplitude minimale ne doit pas être inférieure à 0,02V, soit 20 mV.

Le signal présent sur la Source du FET FT1, est transféré,à travers C5-C6, sur la Base du transistor NPN TR1 afind’être amplifié.

Sur le Collecteur du transistor TR1 est prélevé un signalcarré transféré, à travers C8, sur l’entrée du NAND IC1-Autilisé pour piloter le diviseur IC2.

Si nous jetons un coup d’œil sur la liste des composants,nous constatons que les 2 circuits intégrés IC1-IC2 sontdes TTL de la série 74 : IC1 est un 74LS132 composé de4 NAND (IC1-A, B, C et D), alors que IC2 est un diviseurpar 10 74LS90.

La raison pour laquelle nous avons utilisé des TTL en entréeet non des CMOS, la voici. Les circuits intégrés TTL, toujours

signalés par le nombre initial 74, sont très rapides et dece fait peuvent lire n’importe quelle fréquence jusqu’à unmaximum de 50 MHz environ. Les CMOS, signalés par lenombre initial 40 ou 45, sont au contraire très lents et nepeuvent lire les fréquences supérieures à 2,5 MHz.

Si nous appliquons à l’entrée de IC2 (TTL) une fréquencede 25 MHz, elle sera divisée par 10 et à la sortie nousaurons une fréquence de 2,5 MHz pouvant être lue parn’importe quel CMOS.

En pratique, la fréquence sortant de la broche 11 de IC2 estcelle appliquée sur l’entrée broche 14, divisée par 10 si etseulement si la broche 2 est contrainte à un niveau logique 0.Dans notre circuit c’est la résistance R11 qui maintient ceniveau logique 0 sur la broche 2. Si nous relions cette dernièreà la tension positive du 5 V, c’est-à-dire au niveau logique 1,le circuit intégré se bloque et il ne sort plus aucun signal dela broche 11. Ce sera au commutateur S2-A de mettre la bro-che 2 au niveau logique 0 ou au niveau logique 1.

S2-A (1e pos.) MHz

Comme dans cette position la broche 2 de IC2 est au niveaulogique 0, n’importe quelle fréquence appliquée sur la broched’entrée 14 sera prélevée sur la broche 11 divisée par 10.

Si, donc, nous appliquons une fréquence de 10 MHz, nousprélèverons sur la broche de sortie 11 une fréquence de 1MHz qui atteindra la porte IC1-C pour ensuite sortir de la porteIC1-D (figure 586).

L’étage d’entrée de ce fréquencemètre est visible figure 586.On peut noter que cet étage utilise un FET (FT1), un transistor(TR1), 4 portes NAND (IC1-A, B, C et D) et un circuit intégrédiviseur par 10 (IC2).

Le signal appliqué sur la prise d’entrée de ce fréquence-mètre, passant à travers les condensateurs C1 et C3 etla résistance R1, se retrouve sur le Gate du FET FT1, uti-lisé comme étage séparateur d’avec l’entrée haute impé-dance. Les 2 diodes au silicium DS1-DS2, placées parallè-lement aux résistances R2-R3, servent à protéger le FETdes signaux pouvant dépasser une tension de 12 Vpp.

Tant que l’amplitude du signal ne dépasse pas 12 V, les 2diodes ne conduisent pas mais, dès que cette valeur estdépassée, les 2 diodes deviennent conductrices et limitentl’amplitude du signal à 12 V.

62

71159

10 14

DCBAR

CK CKRDCBA

16

8

IC6

800 Hz

80 Hz

8 Hz

62

71159

10 14

DCBAR

CK CKRDCBA

16

8

IC7

8 Hz

0,8 Hz

100 ms

25 ms

1 s 0,25 s

8 Hz =

0,8 Hz =

Figure 584 : Dans le diviseur IC6 (figure 580), la fré-quence de 800 Hz entre par la broche 9 et sort parla broche 6 divisée par 100 et on prélèvera donc ensortie 8 Hz. Dans le diviseur IC7, la fréquence de 8 Hzentre par la broche 2 et sort par la broche 6 diviséepar 10 et on prélèvera en sortie 0,8 Hz.



LE COURS


Figure 586 : L’étage d’entrée, composé de FT1 et TR1, est utilisé pour convertir tous les signaux sinusoïdaux, triangulairesou en dents de scie, en signaux carrés. Le circuit intégré IC2 est un diviseur par 10 de la série TTL, capable de lire jusqu’à unmaximum de fréquence de 50 MHz. Si nous lui avions substitué un CMOS, nous aurions eu du mal à dépasser 2,5 MHz.

3

2

1

C

5

14

11

3

2

IC212

1

1076S

GD

E

BC

FT1 TR1

ENTRÉE

12 V

IC1-A IC1-B

IC1-CIC1-CIC1-D

13

12

1114

7

4

5

6

2

1

3

9

10

8C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9 C10

R1

R2

R3 R4

R5

R6

R7

R8

JAF1 R9

R10

R11

DS1

DS2

DS3

S2-A

DS4

5 VVERS DZ1 VERS IC13

12 VVERS

3

2

1

C

16

18 1211

10IC5XTAL

9

16 10

9

81 15 7

6

16

8115 7

2

9 10

6

1

2

3

C

TP1

RS1E

M

SSECTEUR230 volts

T1

IC13

14 2

3

2

1

C

5

14

113

2

IC2121

1076S

GD

E

BC

FT1 TR1

NTRÉE

12 V

IC1-A IC1-B

IC1-CIC1-C

IC6 IC7

13

12

1114

7

4

5

6

2

1

3

kHz

MHz

Hz

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9 C10

R1

R2

R3 R4

R5

R6

R7

R8

JAF1 R9

R10

R11

DS1

DS2

DS3

C16

R19

C17 C18

C19 C20 C21

R20

R21

R27

C27C28 C29

C30

C31 DZ1

DS6

S1

S2-C

S2-B

S2-A

DS4

Figure 587 : Schéma électrique du fréquencemètre numérique capable de lire une fréquence au-delà de 10 MHz.



LE COURS


Figure 588 : Cet étage permet d’obtenir les 2 signaux de Reset et de Latch servant, comme l’explique l’article, à transférer lenombre d’impulsions comptées sur l’afficheur LCD (DISPLAY, figure 591). La diode LED DL2, reliée à l’Émetteur du transistorTR2, clignote à 0,8 Hz sur les portées Hz et kHz et à 8 Hz sur la portée MHz.

1316 4

8

DISPLAY 1

5 6 9

7

DISPLAY 2 DISPLAY 3 DISPLAY 4 DISPLAY 5

10

K

dp dp

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2 1316 4

85 6 9

7

10

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2 1316 4

85 6 9

7

10

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2 1316 4

85 6 9

7

10

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2 1316 4

85 6 9

7

10

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2

KKKK

E

BC

IC1-D

IC3-A

IC3-BIC3-C

IC3-D

IC4-A

IC4-B

IC4-C

IC4-D

IC8 IC9 IC10 IC11 IC12

13

1211

9

810

14

71

2

3

5

6

414

13

12 11

21

38

9

10

5

6

4

7

9

10

8

C L O C K

L A T C H

R E S E T

OVERRANGE

GATE

TR2R12

R13

R14

R15R16

R17R18

C11

C12

C13

C14

C15

DL1 DL2

C22 C23 C24 C25 C26

R22 R23 R24 R25 R26

DS5

IC3-C

IC3-D

IC4-B IC4-D

1

2

3

2

13

8

910

5

6

4

7

R16

R17R18C12

C13

C14

C15

DS4

LATCH

RESETE

BC

IC4-C5

6

4

14

GATE

TR2

R14

R15DL2

C11

VERS R12

VERS S2-B



LE COURS


Figure 589 : La porte numérique restant ouverte exactement 1 seconde (0,1 sec. pour lire les MHz), est le NOR IC4-A. Si l’onapplique sur la b 12 la fréquence à lire et sur la broche 13 la fréquence 0,8 Hz (figure 585), il sera possible de prélever sur la broche11 le nombre exact d’impulsions ayant réussi à passer en 1 seconde.

S2-A (2e pos.) kHz

Dans cette position aussi la broche 2 de IC2 est au niveaulogique 0 et n’importe quelle fréquence appliquée sur labroche 14 sera prélevée sur la broche 11 divisée par 10.

De la broche de sortie 11 la fréquence atteindra la porteIC1-C pour ensuite sortir de la porte IC1-D.

S2-A (3e pos.) Hz

Dans cette position, le commutateur S2-A relie la broche 2 deIC2 à la tension positive 5 V et contraint cette broche à un niveaulogique 1 : le circuit intégré est bloqué et par conséquent aucunefréquence ne sort de la broche 11 de IC2.

IC4-A13

12

111 s 0,25 s

0,8 Hz =

FRÉQUENCE À LIRE

1 s

a

b

cd

e

f g

dp

dp c d eK

b a f gK

C 521 G

C A R R Y

R

E S E T

L A T C H

C

L O C K

1

11

DRIVER

15 14 13 12 2 3

LATCH

DECODER

61079

JOHNSONCOUNTER

54

a b c d e f g

816

SIGNALCONTROL

Figure 590 : Brochage de l’afficheur LCD C521-G vertet du circuit intégré 40110-B pilotant l’afficheur LCD(figure 591).

La fréquence présente sur la sortie du NAND IC1-A passe surle NAND IC1-B puis sur le NAND IC1-D pour atteindre la porteNOR IC4-D (figure 589).

Étage compteur-décodeur de LCD

Pour allumer les 5 éléments afficheurs LCD du fréquence-mètre, il faut 5 circuits intégrés CMOS 40110-B (figure 590)contenant un compteur, un décodeur et un driver (pilote).

Les impulsions à compter entrent par la broche 9 d’horloge(clock) du premier 40110-B (IC12, figure 591).

Ce circuit intégré se charge de visualiser sur le 5° élémentafficheur LCD tous les nombres de 0 à 9 et, lorsqu’onpasse de 9 à 0, sort automatiquement de la broche 10de “carry” de IC12 une impulsion qui, en entrant par labroche 9 dans le second 40110-B (IC11), visualise sur le4° élément afficheur LCD le nombre 1.

Ces 2 éléments afficheurs peuvent donc visualiser tous lesnombres entre 00 et 99.

IC12 = de 0 à 9IC12+IC11 = de 0 à 99

IC12+IC11+IC10 = de 0 à 999IC12+IC11+IC10+IC9 = de 0 à 9999

IC12+IC11+IC10+IC9+IC8 = de 0 à 99999

Si à l’entrée du fréquencemètre nous n’appliquons aucunsignal, nous verrons le LCD afficher 00000.

Si en position 1 (MHz) le LCD affiche le nombre 0.4750,nous lirons 0,475 MHz, soit 475 kHz.

En revanche, s’il affiche 6.5500, la fréquence sera de6 MHz et 550 kHz ou 6,55 MHz.

En position 2 (kHz) si le LCD affiche 087.00, nous lirons87 kHz, alors que s’il affiche 005.00, les deux 0 n’étantpas significatifs, nous lirons 5 kHz.

Sur la dernière position (Hz) si le LCD affiche 82000, nouslirons 82 000 Hz, alors que s’il affiche 00050, en enlevantles 0 de gauche, nous lirons 50 Hz.

Quand vous aurez votre fréquencemètre en mains, quelquesminutes vous suffiront pour apprendre à lire correctement lesfréquences.



NOTES



LE COURS


de temps prélevée sur le commutateur S2-B, nousavons utilisé 4 portes numériques IC4-B, IC3-C,IC4-D et IC3-D (figure 588). La cinquième porteIC4-C sert à piloter la Base du transistor TR2 afinqu’elle fasse clignoter la LED DL2 à la fréquenceprédéfinie par la position de S2-B, c’est-à-dire à 8ou 0,8 Hz.

Les 2 dernières portes NAND IC3-A et B, montéesen configuration FLIP-FLOP (figure 587), servent àallumer la LED DL1 quand la fréquence mesuréedépasse le nombre maximum affichable par l’affi-cheur LCD, soit 99999.

Car au-delà de 99999, la fréquence devrait aug-menter d’une unité, ce qui ferait un nombre à 6chiffres :

99 999 + 1 = 100 000

or nous n’avons que 5 chiffres à notre disposition et donc le1 de gauche ne peut être affiché.

Aussi, en voyant 00000 affiché, vous pourriez penser que lefréquencemètre ne lit aucune fréquence. Mais la LED DL1d’Over Range (Hors d’Échelle ou de Portée) étant allumée,vous saurez que le nombre 99999 a été dépassé.

Si, par exemple, le fréquencemètre est en pos. 1 (MHz), sil’afficheur LCD visualise 0.0000 et si la LED DL1 d’OverRange est allumée, vous saurez que devant le nombre0.0000 il devrait y avoir un 1, la fréquence mesurée étant10,0000 MHz.

Si c’est le nombre 2.3000 qui est affiché alors que la LEDDL1 d’Over Range est allumée, vous saurez que vous mesu-rez une fréquence de 12,3000 MHz.

Ce que nous venons de dire pour la portée des MHz vautaussi pour celle des kHz et des Hz.

Figure 591 : Pour visualiser sur l’afficheur LCD la va-leur de la fréquence à lire, il faut connecter en série 5circuits intégrés 40110-B (figure 587). Sur la broche9 de IC12 est appliqué un signal d’horloge (CLOCK)prélevé sur le NOR IC4-A (figure 589), sur toutes lesbroches 6 des 40110-B est appliqué le signal de Latchprélevé à la sortie de IC4-D, alors que sur les broches5 est appliqué le signal de Reset prélevé à la sortie deIC3-D (figure 588).

Les signaux de Latch et de Reset

Les impulsions de comptage appliquées par le NOR IC4-A surla broche d’entrée CLOCK de IC12, ne sont pas visualisées sur

l’afficheur LCD mais sont stockées à l’intérieur d’une mémoireLatch et y restent jusqu’à ce que le NOR IC4-D envoie uneimpulsion négative sur la broche 6.

Quand une impulsion négative arrive, le nombre stocké dansla mémoire Latch est instantanément transféré dans un déco-deur interne qui le transmet à son driver capable, lui, de levisualiser sur l’afficheur LCD (figure 591).

Le nombre apparaissant sur l’afficheur LCD reste bloqué etdonc, même si un nouveau comptage arrive dans la mémoireLatch, ce dernier n’est pas visualisé.

Après avoir transféré vers l’afficheur le comptage présent dansla mémoire Latch, il faut reseter le compteur en envoyant surla broche 5 de RESET une impulsion positive prélevée direc-tement sur le NAND IC3-D (figure 589).

Pour créer ces impulsions de Latch et Reset, lesquelles doiventêtre parfaitement synchrones avec la fréquence de la base

DISPLAY4

DISPLAY5

K

13

5 6 910

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2 13

5 6 910

a b c d e f g

1 15 14 12 3 2

K

IC11 IC12

CLOCK

LATCH

RESET

C L O C K

L A T C H

R E S E T

C A R R Y

C L O C K

L A T C H

R E S E T

C A R R Y

40110

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

a

BWdb c CY

LERf g TE

e

CK

U P

D O W

N

CK

RÉSEAU DE RÉSISTANCES5 61 2 3 4 7

91011121314 8 L E

Ç O N

N ° 4 3

- 2 - 2

N I V E

A U 3

Figure 592 : Quand vous fixerez les 5 afficheurs LCD sur le circuit im-primé, vous devrez orienter leur point décimal vers le bas.



LE COURS


C6

32

1C

12

3C

C1

2

3

DISPL AY 1 DISPL AY 2 DISP LAY 3 DISP LAY 4 DISPLAY 5

ENTRÉE

1 39CONN. 1

1 39CONN. 1

1

2-3

3

C

C

IC1

IC2

IC3

IC13

IC4 IC7 IC6

I C 5

I C 1 2

I C 1 1

I C 1 0

I C 9

I C 8

FT1

T R 1

T R 2

C1R3

DS2

DS1 C3R1

R2

C2

C5R8

C7

C8

R4

R6

R5

R7

R10

R11

R9

R18

DS3

C10

C4

C9C14

C 1 2

C15

R15 R12 C11

R17 R16DS5

C13

C 2 1

C 2 0

C 2 6

C 2 5

C 2 4

C 2 3

C 2 2 C19

C18

C17

C16

R20

R19

XTAL

R26R25R24R23R22

TP1

C27

C28

C29

C30

C31

DS6

DZ1 R27

DL1

DL2R21 R13 R14

AK

KA

C12

S2

S1

SECTEUR230 V

T1

RS1

JAF1

DS4

Figure 593a : Schéma d’implantation des composants du fréquencemètre EN5048. Comme vous pouvez le constater, le montage ne présente aucune difficulté et si vous insérezcorrectement, selon leurs valeurs, toutes les résistances et tous les condensateurs, lecircuit fonctionnera sans aucun problème.

Figure 594a : Schéma d’implantation des composants de l’afficheur. Le commutateur rotatif à 3 positions et à 3 voies,S2, sert à sélectionner les 3 portées MHz - kHz - Hz et à allumer le point décimal sur les afficheurs LCD (figure 587).



LE COURS


Figure 593b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du fréquencemètre EN5048, côté composants.

Listedes composants

R1 ....... 4,7 kΩR2 ....... 2,2 MΩR3 ....... 2,2 MΩR4 ....... 2,2 kΩR5 ....... 82 kΩR6 ....... 6,8 kΩR7 ....... 2,2 kΩR8 ....... 100 ΩR9 ....... 15 kΩR10 ..... 4,7 kΩR11..... 220 ΩR12..... 22 kΩR13*... 330 ΩR14*... 330 ΩR15..... 10 kΩR16 ..... 22 kΩR17 ..... 22 kΩR18..... 22 kΩR19..... 3,3 kΩR20..... 1 MΩR21*... 330 ΩR22 ..... 470 Ω rés.résit.R23 ..... 470 Ω rés.résit.R24 ..... 470 Ω rés.résit.R25 ..... 470 Ω rés.résit.R26 ..... 470 Ω rés.résit.R27 ..... 390 Ω

C1........ 1 µF polyesterC2........ 100 nF polyesterC3........ 220 pF céramiqueC4........ 10 µF électro.C5........ 47 µF électro.C6........ 10 nF céramiqueC7........ 100 µF électro.C8........ 47 µF électro.C9........ 100 nF polyesterC10...... 100 nF polyesterC11...... 4,7 nF polyester

C12 ..... 100 nF polyesterC13...... 4,7 nF polyesterC14...... 1 µF polyesterC15...... 4,7 nF polyesterC16...... 3-40 pF ajustableC17...... 10 pF céramiqueC18...... 22 pF céramiqueC19...... 100 nF polyesterC20 ..... 100 nF polyesterC21...... 100 nF polyesterC22 ..... 100 nF polyesterC23 ..... 100 nF polyesterC24...... 100 nF polyesterC25 ..... 100 nF polyesterC26 ..... 100 nF polyesterC27...... 1 000 µF électro.C28 ..... 100 nF polyesterC29 ..... 100 nF polyesterC30 ..... 220 µF électro.

C31...... 470 µF électro.JAF1..... self 15 µHRS1 ..... pont redresseur

100 V 1 ADS1 ..... diode 1N4148DS2 ..... diode 1N4148DS3 ..... diode 1N4148DS4 ..... diode 1N4148DS5 ..... diode 1N4148DS6 ..... diode 1N4007DZ1 ..... zener 12 V 1 W

DL1* ... LEDDL2* ... LEDDISPLAY1*.......afficheur

C521GDISPLAY2*.......afficheur




C521GTR1...... NPN BF495TR2...... NPN BC547FT1 ......FET J310XTAL..... quartz 3,276 MHzIC1....... TTL 74LS132IC2....... TTL 74LS90IC3....... CMOS 4093

IC4....... CMOS 4001IC5....... CMOS 4060IC6....... CMOS 4518IC7....... CMOS 4518IC8....... CMOS 40110IC9....... CMOS 40110IC10..... CMOS 40110IC11..... CMOS 40110IC12 .... CMOS 40110IC13..... régulateur L7805T1 ........ transfo. 6 W

sec. 8 V 0,6 A15 V 0,1 AS1........ interrupteurS2........ commutateur

3 voies 3 pos.

Divers :1 .......... prise BNC1 .......... bouton axe 6 mm2 .......... borniers 2 pôles1 .......... cordon secteur1 .......... passe-fil1 .......... boîtier

* Les composants marqués d’un astérisque sont montés sur la platine des afficheurs.

Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.



LE COURS


Figure 593b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du fréquencemètre EN5048, côté soudures.

Figure 594b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit im-primé de l’afficheur EN5048-B, côté composants.

Figure 594b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit im-primé de l’afficheur EN5048-B, côté soudures.

Étage d’alimentation

Pour alimenter ce fréquencemètre il faut un transformateur T1pourvu de 2 secondaires : un de 15 V et un de 8 V. La tensionalternative de 15 V, redressée par la diode au silicium DS5,est stabilisée à 12 V par la diode zener DZ1. Cette tension estutilisée seulement pour alimenter l’étage d’entrée composédu FET FT1 et du transistor TR1. La tension alternative de 8 V,redressée par le pont redresseur RS1, est stabilisée à 5 V parIC13. Cette tension alimente tous les circuits intégrés et les 5éléments afficheurs LCD.

Réalisation pratique

Pour réaliser ce fréquencemètre il faut fabriquer ou se pro-curer les 2 circuits imprimés EN5048 (platine principale) etEN5048-B (platine afficheur LCD à 5 chiffres) : ils recevronttous les composants visibles à la figure 593.

Avant de commencer le montage, nous voulons vous rappelerque, pour faire fonctionner n’importe quel circuit électroni-que, il est indispensable d’exécuter des soudures parfaitesavec du tinol de qualité optimale. Prenez du 60/40 (60 %



LE COURS


Figure 597 : Photo d’un des prototypes du fréquencemètre numérique EN5048. Vous voyez ici la platine de base prête àfonctionner. La photo du prototype de l’afficheur EN5048-B se trouve à la figure 592.

SE M

L 7805

B C

E

BF 495

D G

S

J 310

E C

B

BC 547

Figure 596 : Brochage des différents circuits intégrés vus de dessus, repères-détrompeurs tournés vers la gauche.

4060

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

Q10

Q12

Q13

Q8 Q9

Q14 Q6 Q5

R

Q7 Q4

ø1 ø0 ø0

4518

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

R QD QC QB QA

CK

CK

QA QB QC QD R

4001

GND5 61 2 3 4

8910111213VCC

4093

GND5 61 2 3 4

8910111213VCC

74LS90

CK

A

8914 111213 VCC

GND 5 61 2 3 7

BD

CK

QA QD QB QC

R0(1)

R0(2)

R9(1)

R9(2)

d’étain et 40 % de plomb) en diamètre 1 mm. Les autrespourcentages ont un excès de flux décapant créant des résis-tances de contact sous les soudures ou des courts-circuits

entre les pistes, responsables de 90 % des dysfonctionne-ments initiaux des montages.

Sur le premier circuit imprimé EN5048, montez tout d’abordle connecteur femelle à 39 broches CONN.1 : c’est unebarrette tulipe recevant la carte afficheur LCD que vousenficherez plus tard. En fait CONN.1 est composé d’unebarrette tulipe à 15 et d’une autre à 24 broches. Soudez

Figure 596 : Brochage des transistors BC547et BF495 et du FET J310, vus de dessous etdu circuit intégré L7805 de face.



LE COURS


Figure 598 : Boîtier ouvert vu de derrière. En haut, près de la face avant, vous pouvez voir la platine afficheurs de la figure 592, déjà couplée à saplatine de base.

les 39 broches.

Insérez ensuite les supports des circuits intégrés. IC1, IC2,IC3 et IC4 sont des 14 broches alors que les autres sont des16 broches.

Vous aurez à exécuter 490 soudures ! Aussi, si vous sentezque votre vue fatigue, à mi-parcours, arrêtez-vous pour une

bonne pause café.Après, contrôlez bien toutes les soudures en vous servantd’une loupe : vous trouverez peut-être des broches nonsoudées ou bien une goutte de soudure un peu trop grossefaisant un court-circuit adjacent entre 2 broches.

Près du CONN.1 insérez les réseaux résistifs R22 à 26 : ils ontl’aspect de circuits intégrés mais pour eux il n’est pas néces-saire de respecter l’orientation de leur repère détrompeur àU qui n’en est pas vraiment un (figure 591).

Insérez aussi les autres résistances puis les diodes ausilicium en verre, en orientant leur bague noire comme lemontre la figure 593.

La diode au silicium DS6 est en plastique et sa bague blancheest à orienter vers C27. Insérez tous les condensateurs poly-esters, les céramiques C3, C6, C17 et C18, le condensateurajustable C16 et, près de R19, le quartz de 3,2768 MHz.

Enfin, insérez les condensateurs électrolyti-ques en respectant bien la polarité ±.

Maintenant vous pouvez prendre le FET plas-tique J310 et l’insérer dans les 3 trous FT1en orientant vers le bas le côté plat de sonboîtier. Prenez ensuite le transistor BF495 etinsérez-le dans les 3 trous TR1 en orientantvers la gauche le côté plat de son boîtier.Insérez enfin, à côté de IC3, le transistorBC547 dans les 3 trous TR2, côté plat versla gauche.

À gauche du transformateur T1, enfilez lerégulateur 7805 (IC13) après l’avoir fixé surson dissipateur à l’aide d’un petit boulon, dosmétallique vers le dissipateur, pattes repliéesen L, comme le montrent les figures 593,597, 598 et 599.

Insérez les circuits intégrés dans leurs sup-

ports en orientant bien leur repère détrom-peur à U dans le bon sens, c’est-à-dire celuimontré par la figure 593. Contrôlez bien quetoutes les broches sont bien descenduesdans leurs fentes de support.

Il ne vous reste plus qu’à insérer, sur lecircuit imprimé EN5048-B cette fois, lesupport tulipe à 39 broches (CONN.1, figure593 en bas) composé, rappelons-le, d’unesection de 15 et d’une autre de 24 brochesplacées bout à bout en ligne. Les 39 brochessoudées, sans oubli ni court-circuit, insérezles 5 éléments (5 chiffres) afficheurs LCD decouleur verte.

Le point décimal à droite du chiffre 8 est àorienter vers le bas, vers le CONN.1.

Soudez enfin les 2 LED DL1 et 2, en orientant vers le bas leurpatte la plus longue (l’anode A).

Montage dans le boîtier

Pour abriter ce fréquencemètre numérique nous avonschoisi un boîtier plastique noir (figure 575) avec face avant

en aluminium anodisé percée et sérigraphiée.Une fois le boîtier ouvert, fixez sur le fond la carte principaleEN5048 à l’aide de 4 vis autotaraudeuses (figure 598). Prenezensuite la carte afficheur LCD EN5048-B et, près des 3 trousà droite du 5° élément afficheur LCD, soudez 3 morceaux de filsouple (fils C-1-2, figure 593) sur le circuit imprimé et préparezles soudures sur le commutateur rotatif S2.

Enfichez les 39 broches du connecteur mâle de la carteafficheur LCD dans les 39 trous du support tulipe femellede la carte principale.

Prenez la face avant, fixez dans le trou de droite le commu-tateur rotatif S2 et, dans celui de gauche, en bas, la ficheBNC servant pour l’entrée du signal à mesurer.

Soudez maintenant les 3 morceaux de fil venant du 5° élémentafficheur LCD sur les broches de S2 (vous aviez préparé cessoudures) : le fil C est à souder sur la broche centrale, le f il 1



LE COURS


La leçon 37-1 du Cours (ELM 50, page 68)vous a appris que, sur la platine EN5038(figure 344a), en choisissant, grâce austrap J1, le quartz de 8,8672 MHz et, grâceau strap J2, la self L1 de 10 microhenrys,vous obtiendrez en sortie une fréquencede 8,867 MHz. Appliquez-la sur la BNCd’entrée de votre fréquencemètre. Aprèsavoir tourné le condensateur ajustable C3du EN5038, de manière à faire osciller lequartz, procédez comme suit :

1 - Reliez la sortie de l’oscillateur EN5038à la BNC d’entrée du fréquencemètre.N’oubliez pas de connecter la tresse deblindage du petit câble coaxial à la massedu circuit imprimé du EN5038.

2 - Placez le bouton Range (Portée) devotre fréquencemètre sur pos.1 (MHz).

3 - Alimentez l’oscillateur EN5038 : le fré-quencemètre affiche le nombre 8.8672, dumoins idéalement. Si vous lisez un nombredifférent, pas de panique et passez à 4.

4 - Avec un tournevis plastique, tournezlentement l’axe du condensateur ajusta-ble C16 jusqu’à lire sur l’afficheur LCD lenombre exact 8.8672.

5 - Le dernier chiffre de droite n’est passtable : ne vous en préoccupez pas, il vapasser de 2 à 3 ou même de 2 à 0, c’est lelot de tous les appareils numériques.

6 - Si vous voulez un réglage plus précis,placez le bouton Range sur la portée kHz,tout de suite la LED DL1 d’Over Range

s’allumera et l’afficheur LCD visualisera 867.20. Si le nom-bre après le point décimal n’est pas 20 mais par exemple24, tournez l’axe de C16 jusqu’à atteindre 23, 22… 20 sipossible.

Note : si vous ne disposez d’aucune fréquence étalon pour régler C16, votre fréquencemètre est tout de même utilisable mais avec une tolérance de l’ordre de ±0,05 %

sur la valeur de la fréquence lue.

Commentconstruire ce montage ?Tout le matériel nécessaire pour construire ce fréquence-mètre numérique EN5048, est disponible chez certains denos annonceurs.Voir les publicités dans la revue.Les typons des circuits imprimés sont sur www.electronique-magazine.com/ci.asp.

sur la broche 1 et le fil 2 sur la broche 2 de S2 (ne cherchezpas ces indications sur la galette de S2, elles n’y sont pas,mais aidez-vous de la figure 593 en bas à droite). Si vousvous trompiez, le point décimal ne s’allumerait pas.

Les 5 autres fils partant de la carte principale, près de IC6,sont à souder sur les 2 autres secteurs de S2, conformé-ment à la figure 593.

Après avoir placé la face avant sur le boîtier, reliez, à l’aidede 2 morceaux de fil de cuivre nu, la BNC au circuit impriméprincipal. Dans le trou de face avant, au-dessus de celuide la BNC, fixez l’interrupteur à levier S1 et soudez surses broches les 2 fils venant du bornier placé à gauchedu transformateur T1. Sur le bornier de droite, insérez lecordon d’alimentation secteur 220 V.

Avant de fermer le boîtier, il va falloir régler le condensateurajustable C16.

Réglagedu condensateur ajustable C16Pour régler le condensateur ajustable C16, il faudraitdisposer d’une fréquence étalon prélevée à la sortie d’unoscillateur à quartz, tel le EN5038 que vous avez peut-êtredéjà construit.

Figure 599 : Boîtier ouvert vu de devant. L’entrée du signal est confiée à uneprise BNC quoiqu’un connecteur TV puisse aussi faire l’affaire tout en réalisantune petite économie.




NOTES



LE COURS


Un lecteur ayant réalisé un timer pour chambre noire

tel que celui proposé (figure 3) comme exemple d’ap-plication du CD40103, a eu l’idée d’allonger le tempsd’exposition maximal de 99 secondes (soit 1 minute 39secondes) prévu à l’origine, à 999 secondes (soit 16 minu-

tes 39 secondes).

Pour ce faire, il a paramétré les tableaux des “poids”puis il a calculé le facteur de division du circuit intégréCD40103. Mais, pour une raison qui lui a échappé, ça n’apas fonctionné.

Comme ce sujet est à même d’intéresser de nombreuxautres lecteurs, nous allons vous expliquer, dans cetteleçon, comment il faut procéder pour allonger la durée de

fonctionnement du timer de base (99 secondes) à 999secondes.

Avant tout, précisons que le CD40103 est en mesure dediviser toute fréquence inférieure ou égale à 1,6 MHz parun facteur allant de 1 à 256.

Pour diviser une fréquence par un nombre compris entre 1

et 256, il suffit de relier au positif d’alimentation les brochescorrespondant à ce facteur de division et de mettre les autresà la masse. Pour diviser une fréquence appliquée sur la bro-che d’entrée, il faut nécessairement connaître le “poids”,c’est-à-dire le facteur de division, des 8 broches diviseurs du40103 (figure 1).

Les “poids” des 8 broches diviseurs sont les suivants :

Broche 13 12 11 10 7 6 5 4

Poids 128 64 32 16 8 4 2 1

A la différence des autres compteurs binaires, égalementévoqués dans le Cours, avec le 40103 il faut toujours sous-

traire 1 au nombre du diviseur que l’on veut mettre enœuvre. Par exemple, si nous voulons diviser la fréquenced’entrée par 9, nous devons prendre 9 – 1 = 8 comme fac-

teur de division. Dans ce cas, nous devons relier au positif d’alimentation la broche ayant le “poids” 8 (figure 2), c’est-à-dire la broche 7.

L E Ç O

N N ° 4 4

N I V E

A U 3

Le compteurCD40103 à 8 bits

Pour obtenir du compteur CD40103 qu’il divise une fréquencepar un facteur compris entre 1 et 256, nous devons avant toutconnaître le “poids” de ses broches, puis soustraire 1 au facteurde division. Cet article vous apprendra quelle broche vousdevez relier à la tension positive d’alimentation et laquelle à lamasse. En complément à notre cours, nous vous proposons doncaujourd’hui cette “note d’application” concernant un composantactif bien connu.



LE COURS


Etant donné, que pour trouver le facteur de division, nous avonssoustrait 1, pour avoir, à l’inverse, le nombre diviseur effectif par lequel nous voulons diviser la fréquence d’entrée, il fautajouter 1 au “poids” de la broche reliée au positif d’alimenta-

tion (en effet, 8 + 1 = 9).

Ce qui implique que, le “poids” maximum dont nous dispo-sons étant de 128 (broche 13), nous permettant de diviserla fréquence d’entrée par 129, le facteur maximum de divi-sion que nous puissions obtenir avec ce circuit intégré estégal à la somme de tous les “poids”, soit 255. Or avecun facteur de division de 255, nous pouvons diviser la fré-quence d’entrée par 256.

La formule pour trouver le facteur de division du circuit inté-gré 40103 en connaissant la fréquence appliquée en entréeet la fréquence que l’on souhaite prélever en sortie est :

Facteur de division = (Hz in : Hz out) – 1

où Hz in est la fréquence en Hz appliquée en entrée, broche1, Hz out la fréquence prélevée en sortie, broches 14 et 15.

Si nous regardons le schéma électrique de l’étage diviseur denotre timer pour chambre noire de la figure 3, nous voyonsque la fréquence du secteur 50 Hz, prélevée à l’entrée du pont

redresseur RS1, est appliquée à la broche 1.

Pour prélever sur les broches de sortie 14 et 15 une fré-quence de 10 Hz, nous devons programmer les “poids” pourun facteur de division de :

(50 : 10) – 1 = 4

Pour savoir quelles broches nous devons relier au positif d’alimentation, il faut préparer sur une feuille de papier un

tableau donnant les “poids” des broches, comme celui pré-senté ci-dessous :

Broche 13 12 11 10 7 6 5 4

Fact. div.

Poids 128 64 32 16 8 4 2 1

Différence

Figure 4 : Pour savoir quelles broches relier au positif d’alimen-tation et lesquelles à la masse, reportez-vous à ce tableau.

Le facteur de division est transcrit sur la ligne jaune, puis nousdevons vérifier qu’à ce nombre on peut bien soustraire le“poids” indiqué sur la ligne bleue.

Si le facteur de division est inférieur au “poids”, commeon ne peut effectuer aucune soustraction, nous écrivons“non” (N) sur la ligne Différence et nous écrivons le mêmenombre dans la seconde case de la ligne jaune. Quand,en revanche, il est possible de faire la soustraction, c’est-à-dire quand le “poids” est inférieur au facteur de division,nous écrivons sur la dernière ligne la différence et nousécrivons encore ce nombre dans la case suivante de laligne jaune.

Voyons très progressivement comment procéder pour savoirquelles broches relier au positif d’alimentation pour diviserla fréquence d’entrée avec le facteur de division 4.

Etant donné qu’il n’est pas possible de soustraire le“poids” 128 du facteur de division 4, dans la case Diffé-rence écrivons “non” (N). Reportons le facteur de division 4dans la case jaune suivante. Comme il est toujours impos-

sible de soustraire le “poids” 64 du facteur de division 4,écrivons “non” (N) dans la case du bas.

Continuons en écrivant le facteur 4 dans la troisième case jaune mais, là encore, le “poids” 32 n’étant pas soustraya-ble du facteur de division 4, écrivons “non” (N) dans lacase du bas.

Ecrivons le facteur 4 dans la quatrième case jaune. Le“poids” 16 n’étant pas soustrayable du facteur de division 4,écrivons encore “non” (N) dans la case du bas.

Reportons ce facteur 4 dans la cinquième case jaune et,comme le “poids” 8 ne peut être soustrait du facteur de

division 4, écrivons encore “non” (N) dans la case du bas.

Ecrivons le facteur 4 maintenant dans la sixième case jauneet, comme nous pouvons cette fois soustraire le “poids” 4du facteur de division 4 (cela fait 0), écrivons le résultat 0dans la case du bas.

Figure 1 : Ce dessin indique le “poids” des différentes bro-ches du circuit intégré compteur CD40103. La fréquenceà diviser est appliquée sur la broche d’entrée 1 et la fré-quence, une fois divisée, est prélevée sur les broches 14et 15 (voir l’exemple figure 3).

16

4

83

14

1

IC3

5

6

7

10

11

12

13

J0

J1

J2

J3

J4

J5J6

J7

: 1

: 4

: 8

: 16

: 32: 64

: 128

9

: 2

2

SORTIE

ENTRÉE

15

CK

SPE

CO: ZD

CI: CE GND

APE CL Vcc

Figure 2 : Ce dessin donne l’exemple d’une division par 9.Il faut relier au positif de l’alimentation la broche dont le“poids” est 8 car au nombre 9 il convient de soustraire 1.Toutes les autres broches des “poids” doivent nécessaire-ment être reliées à la masse. Pour savoir quelles brochesrelier au positif et lesquelles à la masse, reportez-vous autableau de la figure 4.

16

4

83

14

1

IC3

567

10111213

: 1

: 4

: 8: 16: 32: 64: 128

9

: 2

2

SORTIE

ENTRÉE

15

CK

SPE

CO/ZD

CI/CE GND

APE CL Vcc

DIVISEUR x 9



LE COURS


16

4

83

14

1

IC3

567

10111213

: 1

: 4: 8: 16: 32: 64: 128

9

: 2

2

SORTIE

ENTRÉE

15

CK

SPE

CO/ZD

CI/CE GND

APE CL Vcc

50 Hz

1 Hz

DIVISEUR x 50

Figure 6 : Si nous voulons diviser par 50 la fréquence appli-quée sur la broche d’entrée, nous devons relier au positifd’alimentation les broches 4, 10 et 11 dont le “poids”est de 1 + 16 + 32 = 49 et relier les autres broches à lamasse.

Figure 5 : Si nous voulons diviser par 5 la fréquence appli-quée sur la broche d’entrée, nous devons relier au positifd’alimentation la broche 6 dont le “poids” est de 4 et relierles autres broches à la masse.

Reportons ce 0 dans la septième case jaune et, comme iln’est pas possible de soustraire le “poids” 2 de 0, écrivons“non” (N) dans la case du bas.

Reportons encore ce 0 dans la huitième case jaune et,comme il n’est pas possible non plus de soustraire le poids1 de 0, écrivons “non”(N) dans la case du bas.

A la fin, notre tableau de la figure 4 aura été transforméainsi :

Broche 13 12 11 10 7 6 5 4Fact. div. 4 4 4 4 4 4 0 0

Poids 128 64 32 16 8 4 2 1

Différence no no no no no 0 no no

Si, sur la ligne Différence, il y a un N (“non”), nous devonsrelier les broches correspondantes (ici, toutes sauf la 6) à lamasse. Si, sur la ligne Différence, il y a un nombre quelconque,y compris 0, nous devons relier la broche ou les broches cor-respondantes (ici, la 6) au positif d’alimentation. Donc, si nous

relions les broches 13, 12, 11, 10, 7, 5 et 4 à la masse et labroche 6 au positif d’alimentation (figure 5), la fréquence de50 Hz sera divisée par 4 + 1 = 5 et une fréquence de 10 Hzsortira des broches 14 et 15.

Pour prélever sur les broches de sortie 14 et 15 une fré-quence de 1 Hz, de manière à allonger la durée de 99secondes à 999 secondes, nous devons programmer les“poids” pour un facteur de division de :

(50 : 1) – 1 = 49

Pour savoir quelles broches relier au positif d’alimentationet lesquelles relier à la masse, utilisons de nouveau notre

tableau des “poids”. Ecrivons le facteur de division 49 dansla première case de la ligne jaune Facteur de division puisvoyons si on peut soustraire le “poids” de la case bleue àce nombre. Etant donné qu’il n’est pas possible de sous-

traire 128 de 49, écrivons N dans la case du bas.

E

M

SRS1

T1

SECTEUR230 V

S1

IC1

1

14

15 3 4 5 7 1 0 11 12 13 8

162 6 96543

IC2-A IC2-B

IC3

C1 C2 C3 C4

C6

R1

R2

DZ1

C5

50 Hz

10 Hz

10 Hz

SORTIE

Figure 3 : Schéma électrique de l’étage diviseur par 5 utilisé dans un timer pour chambre noire. Au positif d’alimentation,on a relié la broche 6 dont le “poids” est 4 (voir figure 5).

16

4

83

14

1

IC3

567

10111213

: 1

: 4: 8: 16: 32: 64: 128

9

: 2

2

SORTIE

ENTRÉE

15

CK

SPE

CO/ZD

CI/CE GND

APE CL Vcc

50 Hz

10 Hz

DIVISEUR x 5



LE COURS


40103CL J 0

J 6

J 1 J 2

J 5

J 3

J 7 4J

CK

CI/CE

CO/ZDSPE

APE

VCC 91011121315 14

GND5 61 2 3 4 7

Figure 7 : Brochage du circuit intégré CD40103 vu de des-sus et repère-détrompeur en U tourné vers la gauche.

Reportons ensuite ce nombre 49 dans la case jaune suivanteet, comme on ne peut soustraire 64 de 49, écrivons N dansla case du bas.

Reportons encore 49 dans la case jaune suivante, la troi-sième et, comme il est possible de soustraire 32 de 49,écrivons le résultat dans la case du bas : 49 – 32 = 17.

Ecrivons maintenant le nombre 17 dans la case jaune sui-

vante, la quatrième, soustrayons le “poids” 16 de 17 et écri-vons le résultat dans la case du bas Différence : 17 – 16 = 1.

Ecrivons ce nombre 1 dans la case jaune suivante, la cin-quième et, comme on ne peut soustraire le “poids” 8 de1, écrivons N dans la case du bas.

Ecrivons maintenant le nombre 1 dans la sixième case jaune et, comme on ne saurait soustraire le “poids” 4 de1, écrivons encore N dans la case du bas.

Continuons en reportant le nombre 1 dans la case jaune sui-vante, la septième et, comme le “poids” 2 ne peut être sous-

trait de 1, écrivons de nouveau N dans la case du bas.

Reportons le nombre 1 dans la huitième case jaune et,comme on peut soustraire le “poids” 1 de 1, écrivons lerésultat de la case du bas Différence : 1 – 1 = 0.

A la fin, notre tableau de la figure 4 aura été transforméainsi :

Broche 13 12 11 10 7 6 5 4Fact. div. 49 49 49 17 1 1 1 1Poids 128 64 32 16 8 4 2 1Différence no no 17 1 no no no 0

Si, sur la ligne Différence, il y a un N (“non”), nous devonsrelier les broches correspondantes à la masse. Si, sur laligne Différence, il y a un nombre quelconque, y compris0, nous devons relier la broche ou les broches correspon-dantes au positif d’alimentation. Donc, si nous relions lesbroches 13, 12, 7, 6 et 5 à la masse et 11, 10 et 4 aupositif d’alimentation (figure 6), la fréquence de 50 Hz seradivisée par 49 + 1 = 50 et une fréquence de 1 Hz sortirades broches 14 et 15.

Afin de le confirmer, additionnons les “poids” des brochesreliées au positif d’alimentation et ajoutons 1 : nous obte-nons le nombre avec lequel la fréquence d’entrée est divi-sée (le diviseur). En effet, 32 + 16 + 1 = 50.

La signification des indications sur les broches

Les autres indications sur les broches de ce circuit intégré(figure 7), ont les significations suivantes :

CK = Clock (broche 1)SPE = Synchronous Preset Enable (broche 15)CO/ZD = Carry Output Zero Detect (broche 14)APE = Asynchronous Oreset Enable (broche 9)CI/CE = Counter Input Counter Enable (broche 3)CL = Clear (broche 2)

Un test de compréhension

Pour contrôler votre apprentissage de la programmation ducircuit intégré 40103, nous vous proposons un problèmesimple que vous chercherez à résoudre, avant de lire la solu-

tion, bien sûr.

Problème : Quelles broches du circuit intégré 40103 faut-ilrelier au positif d’alimentation et lesquelles à la masse, pourprélever sur les broches de sortie 14 et 15 une fréquence de1 Hz si on applique en entrée une fréquence de 100 Hz ?

Solution : Pour calculer le facteur de division, utilisons laformule que nous connaissons :

Facteur de division =(Hz in : Hz out) – 1

le facteur de division à utiliser est donc :

(100 : 1) – 1 = 99

Prenons maintenant le tableau des “poids” de la figure 4et inscrivons le nombre 99 dans la première case jaune dufacteur de division, puis regardons si on peut soustraire de

ce nombre le “poids” 128 indiqué dans la case bleue dedessous. Bien sûr, il n’est pas possible de soustraire 128de 99 : écrivons N dans la case de la dernière ligne.

Reportons le facteur 99 dans la deuxième case jaune etfaisons la soustraction : 99 – 64 = 35.

16

4

83

14

1

IC3

567

10111213

: 1

: 4

: 8: 16: 32: 64: 128

9

: 2

2

SORTIE

ENTRÉE

15

CK

SPE

CO/ZD

CI/CE GND

APE CL Vcc

100 Hz

1 Hz

DIVISEUR x 100

Figure 8 : Si nous voulons diviser par 100 la fréquenceappliquée sur la broche d’entrée, nous devons relier aupositif d’alimentation les broches 4, 5, 11 et 12 dont le“poids” est de 1 + 2 + 32 + 64 = 99 et relier les autresbroches à la masse. En effet, au “poids” total il convient

d’ajouter 1 : 99 + 1 = 100.

POUR NE MANQUER AUCUNE LEÇON ABONNEZ-VOUS À



LE COURS


Reportons ce résultat dans la case de la dernière ligne Dif-férence et aussi dans la troisième case jaune. Nous pouvonslà encore effectuer la soustraction : 35 – 32 = 3. Notons lerésultat dans la case de la dernière ligne et reportons-le dansla quatrième case jaune.

Cette fois, le “poids” 16 ne pouvant être soustrait du facteur3, il faut inscrire N dans la case de la dernière ligne puisreporter 3 dans la cinquième case jaune.

De nouveau, le “poids” 8 ne pouvant être soustrait du facteur3, inscrivons N dans la case de la dernière ligne et repor-

tons 3 dans la sixième case jaune : comme nous ne pouvonssoustraire le “poids” 4 du facteur 3, inscrivons N dans lacase de la dernière ligne et inscrivons 3 dans la septièmecase jaune.

On peut alors soustraire le “poids” 2 du facteur 3 : notonsle résultat (3 – 2 = 1) dans la case de la dernière ligne etreportons-le dans la huitième case jaune.

Comme on peut soustraire le “poids” 1 du facteur 1, inscri-vons le résultat 0 dans la case de la dernière ligne.

A la fin, notre tableau de la fig. 4 aura été transformé ainsi :

Broche 13 12 11 10 7 6 5 4Fact. div. 99 99 35 3 3 3 3 1Poids 128 64 32 16 8 4 2 1Différence no 35 3 no no no 1 0

Si, sur la ligne Différence, il y a un N (“non”), nous devonsrelier les broches correspondantes à la masse. Si, sur laligne Différence, il y a un nombre quelconque, y compris0, nous devons relier la broche ou les broches correspon-dantes au positif d’alimentation. Donc si nous relions lesbroches 13, 10, 7 et 6 à la masse et 12, 11, 5 et 4 aupositif d’alimentation (figure 8), la fréquence de 100 Hzsera divisée par 99 + 1 = 100 et une fréquence de 1 Hzsortira des broches 14 et 15.

Afin de le confirmer, additionnons les “poids” des brochesreliées au positif d’alimentation et ajoutons 1 : nous obte-nons le nombre avec lequel la fréquence d’entrée est divisée(le diviseur).


R1 = 5,6 kΩ 1/4 WR2 = 10 kΩ 1/4 WC1 = 1 000 µF électrolytiqueC2 = 100 nF polyesterC3 = 100 nF polyesterC4 = 220 µF électrolytiqueC5 = 100 nF polyesterC6 = 470 nF polyesterDZ1 = Zener 12 V 1/2 WRS1 = Pont redres. 100 V 1 AIC1 = Régulateur 7812IC2 = CMOS 40106IC3 = CMOS 40103T1 = Transfo. 6 W sec. 8 V 0,4 A – 15 V 0,4 AS1 = Interrupteur

En effet :64 + 32 + 2 + 1 = 100

Conclusion

Répétons-le, l’argument de cet article nous a été fourni parun lecteur devant modifier la durée d’exposition de son timerpour chambre noire.

A ce propos, nous voudrions remercier tous les lecteursqui, par leurs bienveillantes observations et leurs demandes

d’approfondissements, nous incitent à proposer des articles théoriques : ce sont là des occasions irremplaçables pourenseigner (et apprendre !) de nouvelles, et ô combien utiles,notions d’électronique.

Après avoir lu cet article, quand il vous arrivera d’utiliser lecompteur CD40103, vous ne rencontrerez plus aucune diffi-culté pour le programmer et obtenir ainsi une fréquence desortie précisément égale à celle que vous souhaitez.

Construire ce montage

Tous les composants pour réaliser un timer pour chambre

noire tel que celui proposé en exemple figure 3 est disponi-ble auprès de cer tains annonceur. Voir les publicités dans larevue.

Les typons des circuits imprimés sont sur www.electronique-magazine.com/ci.asp.



NOTES



LE COURS


Nous allons d’abord aborder les trois formes de numérationdécimale, binaire et hexadécimale.

La numération décimale Chaque fois que nous écrivons un nombre décimal, par exem-ple 124, nous écrivons en réalité un nombre formé de puissan-ces à base 10, soit 1 - 10 - 100 - 1 000 - 10 000, etc.

Donc le nombre 254 s’écrirait, de droite à gauche, avec lesmultiplicateurs 1-10-100 :

(4 x 1) + (5 x 10) + (2 x 100) = total 254

Quand nous prononçons le nombre 254, nous n’énonçons que

les chiffres multiplicateurs composant le nombre en omettantles puissances base 10 des unités, dizaines et centaines quisont sous entendues.

La numération binaire

Tous les circuits intégrés numériques utilisent intérieurementdeux niveaux électriques caractérisés l’un par la présenced’une tension et l’autre par son absence.

Par convention, le niveau logique 1 indique la présence de latension et le niveau logique 0 l’absence de tension.

C’est pourquoi on a dû introduire un nouveau type de cal-cul basé justement sur les seuls nombres 1 ou 0, ce qui adonné naissance à la numération binaire, comme le montrele tableau 1 : dans la première colonne se trouve le nombredécimal, dans la deuxième le nombre binaire et dans la troi-sième le nombre hexadécimal.

L E Ç O

N N °

4 5

N I V E

A U 3

Les nombres

binaireset hexadécimaux

Dès le collège les élèves sont initiés aux nombresbinaires et ils ne trouvent pas les problèmes s’yrapportant toujours très faciles !Or en retenant quelques nombres et en suivantcertains conseils simples vous pourrez convertirrapidement et sans erreurs un nombre décimal en unbinaire ou en un hexadécimal et vice versa, ce qui estdu plus haut intérêt pour progresser en électroniqueet en informatique.





LE COURS


256 100257 101258 102259 103

260 104261 105262 106263 107264 108265 109266 10A267 10B268 10C269 10D270 10E271 10F

304 130305 131306 132307 133308 134309 135310 136311 137312 138313 139

314 13A315 13B316 13C317 13D318 13E319 13F

240 F0241 F1242 F2243 F3244 F4245 F5246 F6247 F7248 F8249 F9

250 FA251 FB252 FC253 FD254 FE255 FF

176 B0177 B1178 B2179 B3180 B4181 B5182 B6183 B7184 B8185 B9

186 BA187 BB188 BC189 BD190 BE191 BF

112 70113 71114 72115 73116 74117 75118 76119 77120 78121 79

122 7A123 7B124 7C125 7D126 7E127 7F

48 3049 3150 3251 3352 3453 3554 3655 3756 3857 39

58 3A59 3B60 3C61 3D62 3E63 3F

288 120289 121290 122291 123292 124293 125294 126295 127296 128297 129298 12A299 12B300 12C301 12D302 12E303 12F

224 E0225 E1226 E2227 E3228 E4229 E5230 E6231 E7232 E8233 E9234 EA235 EB236 EC237 ED238 EE239 EF

160 A0161 A1162 A2163 A3164 A4165 A5166 A6167 A7168 A8169 A9170 AA171 AB172 AC173 AD174 AE175 AF

96 6097 6198 6299 63

100 64101 65102 66103 67104 68105 69106 6A107 6B108 6C109 6D110 6E111 6F

16 1017 1118 1219 1320 1421 1522 1623 1724 1825 1926 1A27 1B28 1C29 1D30 1E

31 1F

80 5081 5182 5283 5384 5485 5586 5687 5788 5889 5990 5A91 5B92 5C93 5D94 5E

95 5F

144 90145 91146 92147 93148 94149 95150 96151 97152 98153 99154 9A155 9B156 9C157 9D158 9E

159 9F

208 D0209 D1210 D2211 D3212 D4213 D5214 D6215 D7216 D8217 D9218 DA219 DB220 DC221 DD222 DE

223 DF

272 110273 111274 112275 113276 114277 115278 116279 117280 118281 119282 11A283 11B284 11C285 11D286 11E

287 11F

192 C0193 C1194 C2195 C3

196 C4197 C5198 C6199 C7200 C8201 C9202 CA203 CB204 CC205 CD206 CE207 CF

128 80129 81130 82131 83

132 84133 85134 86135 87136 88137 89138 8A139 8B140 8C141 8D142 8E143 8F

64 4065 4166 4267 43

68 4469 4570 4671 4772 4873 4974 4A75 4B76 4C77 4D78 4E79 4F

0 01 12 23 3

4 45 56 67 78 89 9

10 A11 B12 C13 D14 E15 F

32 2033 2134 2235 2336 2437 2538 2639 2740 2841 2942 2A43 2B44 2C45 2D46 2E47 2F

déc. hexa. déc. hexa. déc. hexa. déc. hexa. déc. hexa.

TABLEAU 2 : pour la conversion des nombres décimaux en hexadécimaux et vice versa.



LE COURS


4416 11404432 11504448 11604464 1170

4480 11804496 11904512 11A04528 11B04544 11C04560 11D04576 11E04592 11F04608 12004624 12104640 12204656 1230

5184 14405200 14505216 14605232 14705248 14805264 14905280 14A05296 14B05312 14C05328 14D0

5344 14E05360 14F05376 15005392 15105408 15205424 1530

4160 10404176 10504192 10604208 10704224 10804240 10904256 10A04272 10B04288 10C04304 10D0

4320 10E04336 10F04352 11004368 11104384 11204400 1130

3136 C403152 C503168 C603184 C703200 C803216 C903232 CA03248 CB03264 CC03280 CD0

3296 CE03312 CF03328 D003344 D103360 D203376 D30

2112 8402128 8502144 8602160 8702176 8802192 8902208 8A02224 8B02240 8C02256 8D0

2272 8E02288 8F02304 9002320 9102336 9202352 930

1088 4401104 4501120 4601136 4701152 4801168 4901184 4A01200 4B01216 4C01232 4D0

1248 4E01264 4F01280 5001296 5101312 5201328 530

4928 13404944 13504960 13604976 13704992 13805008 13905024 13A05040 13B05056 13C05072 13D05088 13E05104 13F05120 14005136 14105152 14205168 1430

3904 F403920 F503936 F603952 F703968 F803984 F904000 FA04016 FB04032 FC04048 FD04064 FE04080 FF04096 10004112 10104128 10204144 1030

2880 B402896 B502912 B602928 B702944 B802960 B902976 BA02992 BB03008 BC03024 BD03040 BE03056 BF03072 C003088 C103104 C203120 C30

1856 7401872 7501888 7601904 7701920 7801936 7901952 7A01968 7B01984 7C02000 7D02016 7E02032 7F02048 8002064 8102080 8202096 830

576 240592 250608 260624 270640 280656 290672 2A0688 2B0704 2C0720 2D0736 2E0752 2F0768 300784 310800 320

816 330

1600 6401616 6501632 6601648 6701664 6801680 6901696 6A01712 6B01728 6C01744 6D01760 6E01776 6F01792 7001808 7101824 720

1840 730

2624 A402640 A502656 A602672 A702688 A802704 A902720 AA02736 AB02752 AC02768 AD02784 AE02800 AF02816 B002832 B102848 B20

2864 B30

3648 E403664 E503680 E603696 E703712 E803728 E903744 EA03760 EB03776 EC03792 ED03808 EE03824 EF03840 F003856 F103872 F20

3888 F30

4672 12404688 12504704 12604720 12704736 12804752 12904768 12A04784 12B04800 12C04816 12D04832 12E04848 12F04864 13004880 13104896 1320

4912 1330

3392 D403408 D503424 D603440 D70

3456 D803472 D903488 DA03504 DB03520 DC03536 DD03552 DE03568 DF03584 E003600 E103616 E203632 E30

2368 9402384 9502400 9602416 970

2432 9802448 9902464 9A02480 9B02496 9C02512 9D02528 9E02544 9F02560 A002576 A102592 A202608 A30

1344 5401360 5501376 5601392 570

1408 5801424 5901440 5A01456 5B01472 5C01488 5D01504 5E01520 5F01536 6001552 6101568 6201584 630

320 140336 150352 160368 170

384 180400 190416 1A0432 1B0448 1C0464 1D0480 1E0496 1F0512 200528 210544 220560 230

832 340848 350864 360880 370896 380912 390928 3A0944 3B0960 3C0976 3D0992 3E0

1008 3F01024 4001040 4101056 4201072 430

déc. hexa. déc. hexa. déc. hexa. déc. hexa. déc. hexa.



LE COURS


Figure 2 : Cet exemple montre comment convertir le nombre décimal 2464 en nombre binaire. Ce nombre est à inscriredans la première case à gauche sur la ligne Décimal, puis on doit lui soustraire le poids, inscrire le reste au dessous surla ligne Reste et 1 (signi e soustraction faite, si elle n’est pas faisable, écrire 0) toujours au dessous sur la ligne Binaire,etc. (voir texte).

Figure 1 : En utilisant ce tableau, vous pourrez facilement convertir tout nombre décimal en nombre binaire. Sur la ligne desPoids (fond noir), vous devez écrire, en partant de la droite, le nombre 1 puis, en poursuivant vers la gauche, vous devezdoubler le nombre à chaque fois (1-2-4-8-16…2048 et même au-delà).

Pour effectuer une conversion, utilisez ce tableau 3. Parexemple, nous voulons convertir en binaire le décimal 2464.Insérons ce nombre dans la première case de gauche de laligne des nombres décimaux, comme le montre la gure 2 etsoustrayons le nombre de Poids inscrit dessous :

2464 – 2048 = 416

Ce résultat est à inscrire en dessous sur la ligne du Reste etsur la dernière ligne, toujours en dessous sur la ligne Binairenous écrivons 1 pour indiquer que la soustraction est faite.

Le reste 416 est à reporter ensuite dans la case située audessus de 1024, mais comme la soustraction est cette foisimpossible nous écrivons 0 en dessous sur la ligne Binairepour indiquer que la soustraction n’a pas été faite.

Nous reportons le reste 416 sur le nombre suivant 512 et,comme la soustraction est encore impossible, nous écrivons0 en dessous sur la ligne Binaire. Reportons alors 416 sur256, la soustraction donne :

416 – 256 = 160

Reportons ce 160 sur la ligne du Reste et écrivons 1 sur laligne Binaire, puis inscrivons ce reste au dessus du Poidssuivant 128, la soustraction donne :

160 – 128 = 32

Inscrivons ce nombre sur la ligne Reste et 1 sur la ligneBinaire, puis reportons le reste au dessus du poids suivant64. Comme la soustraction est impossible, écrivons 0 sur laligne Binaire et reportons 32 au dessus du Poids suivant 32,la soustraction donne :

32 – 32 = 0

Reportons ce nombre 0 sur la ligne Reste et notons 1 sur laligne Binaire. La conversion étant achevée (reste 0), inscri-vons 0-0-0-0-0 sur la ligne Binaire en correspondance avec

les Poids 16-8-4-2-1. Le nombre binaire 1001-1010-0000correspond au nombre décimal 2464, comme le montre la

gure 2 (le rangement des chiffres composant le nombrebinaire en quatre séparés par un tiret est une commodité delecture). Si nous retournons au tableau 2, nous verrons quece décimal 2464 fait en hexadécimal 9A0.

La conversion de binaire en décimal

Si nous voulons exécuter l’opération inverse, soit convertirun nombre binaire en un nombre décimal, nous utiliseronsle tableau de la gure 3 constitué de trois lignes.

Pour convertir le nombre binaire 0101-1001-0000 en déci-mal, écrivons-le sur la première ligne Binaire de gauche àdroite.

Écrivons sur la troisième ligne Résultat les nombres de laligne Poids correspondant aux 1 de la ligne Binaire (pour les0 n’écrivons rien). Ensuite additionnons les nombres de la

ligne Résultat :1024 + 256 + 128 + 16 = 1424

Au nombre binaire 0101-1001-0000 correspond le décimal1424 et le tableau 2 nous indique que cela donne 590 enhexadécimal.

Mais essayons de con rmer ces résultats en effectuantl’opération à rebours, soit en convertissant le décimal 1424en binaire (voir gure 4).

Inscrivons, comme nous l’avons appris au paragraphe pré-cédent, le nombre 1424 sur la ligne Décimal dans la casede gauche et essayons d’en soustraire le poids 2048 : c’estimpossible, écrivons 0 en dessous sur la ligne Binaire. Repor-tons 1424 sur la ligne Décimal au dessus du poids 1024 etsoustrayons :

1424 – 1024 = 400

1 0 0 1

2048 1024 512 256

416 no no 160

2464 416 416 416

128 64 32 16

160 32 32 0

32 no 0 no

8 4 2 1

no no no no

0 0 0 0

1 0 1 0 0 0 0 0

2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1

Décimal

Poids

Reste

Binaire

Décimal

Poids

Reste

Binaire



LE COURS


Reportons 400 sur la ligne Reste et notons 1 sur la ligneBinaire. Reportons ce reste sur la ligne Décimal au dessus dupoids 512, la soustraction est impossible et nous notons 0 surla ligne Binaire. Reportons 400 sur la ligne Décimal au dessusdu poids 256 et soustrayons :

400 – 256 = 144

Notons 1 sur la ligne Binaire et reportons 144 sur la ligneDécimal au dessus du poids suivant 128 et soustrayons :

144 – 128 = 16

Notons 1 sur la ligne Binaire et reportons 16 sur la ligne Décimalau dessus du poids suivant 64 : la soustraction étant impossible,

2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1

1 0 0 10 1 0 1 0 0 0 0 Binaire

Poids

Résultat

0 1 0 1

2048 1 024 512 256

no 400 no 144

1424 1 424 400 400

128 64 32 16

144 16 16 16

16 no no 0

8 4 2 1

no no no no

0 0 0 0

1 0 0 1 0 0 0 0

Décimal

Poids

Reste

Binaire

1024 256 128 16

Figure 4 : Pour véri er que le nombre binaire 101-1001-0000 fait bien 1424 en décimal, faisons l’opération à rebours, comme

à la gure 2, en utilisant le tableau de la gure 1. Insérez le décimal 1424 dans la première case de gauche sur la ligneDécimal, puis soustrayez le poids et notez 0 sur la ligne Binaire puisque la soustraction est impossible, etc. (voir texte).

Figure 3 : Pour convertir un nombre binaire quelconque en un nombre décimal, utilisez ce tableau à trois lignes. Sur la première,inscrivez le nombre binaire de gauche à droite, puis sur la troisième reportez les poids là où le nombre binaire fait 1 (là où il fait0 n’écrivez rien) et en n additionnez les poids reportés (1024 + 256 + 128 + 16 = 1424).



LE COURS


nous notons 0 sur la ligne Binaire et reportons 16 au dessusdu poids suivant 32. La soustraction est à nouveau impossibleet nous notons 0 sur la ligne Binaire. Reportons le reste 16 audessus du nouveau poids 16 et soustrayons :

16 – 16 = 0

Notons 1 sur la ligne Binaire et nous avons terminé la conver-sion, il ne nous reste plus qu’à inscrire sous les poids 8-4-2-1sur la ligne Binaire 0-0-0-0. Le nombre binaire 0101-1001-0000 (le premier 0 de gauche n’est pas signi catif) correspondau décimal 1424 et à l’hexadécimal 590.

Une autre méthodepour convertir les binairesen hexadécimaux et vice versa

En utilisant le tableau 4 vous ne rencontrerez aucune dif cultépour effectuer ces types de conversions, mais si vous voustrouvez aux prises avec des nombres constitués d’un grand

nombre de 1 et de 0, la moindre étourderie (confondre un 0avec un 1 ou l’inverse) vous fera commettre une erreur monu-mentale ! Supposons que vous ayez à convertir ces nombresbinaires en hexadécimaux :

10 1100 1000100 1101 0000

1110 0111 00111000 1010 0101

Si cela devait vous poser un problème, nous allons pour ypallier vous donner un “truc”.

Première chose à faire, ranger ces nombres en groupes dequatre chiffres à partir de la droite (ci-dessus c’est déjà fait) :si le groupe de gauche est incomplet, complétez avec des 0,ce qui donne :

1011001000 0010 1100 1000

10011010000 0100 1101 0000

111001110011 1110 0111 0011

100010100101 1000 1010 0101

Dans le tableau 4, recherchez à quels hexadécimaux corres-

pondent les groupes de quatre, vous trouvez :0010 1100 1000 = hexadécimal 2 C 8

0100 1101 0000 = hexadécimal 4 D 0

1110 0111 0011 = hexadécimal E 7 3

1000 1010 0101 = hexadécimal 8 A 5

Pour convertir des hexadécimaux en binaires, il faudra fairel’inverse :

2 C 8 = binaire 0010 1100 1000

4 D 0 = binaire 0100 1101 0000

E 7 3 = binaire 1110 0111 0011

8 A 5 = binaire 1000 1010 0101

Si vous devez convertir un nombre hexadécimal formé dequatre chiffres, par exemple A5F3, sachez qu’il correspond àun nombre binaire de seize chiffres :

A 5 F 3 = binaire 1010 0101 1111 0011

TABLEAU 4

Binaire Hexadécimal

0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 71 0 0 0 8

1 0 0 1 91 0 1 0 A1 0 1 1 B1 1 0 0 C1 1 0 1 D1 1 1 0 E1 1 1 1 F

Si vous voulez utiliser l’ordinateur

Eh bien vous le pourrez si vous travaillez avec un SE Win-dows (ce qui est très probable) en utilisant la CalculatriceScienti que fournie parmi les programmes installés d’ori-gine avec Windows.

C’est fort simple : allez dans le menu Démarrer, cliquezsur Programmes puis parmi eux dans la liste cliquez surAccessoires puis dans la liste qui s’af che sur Calculatrice(l’icône est une petite calculatrice et vous pouvez la met-tre en raccourci sur le Bureau pour un accès ultérieur plusrapide) : une calculatrice simple, avec ses touches et safenêtre d’écriture, s’af che alors à l’écran.

Cliquez sur Visualiser et dans le menu déroulant (vous pro-posant la Standard ou la Scienti que) choisissez en cliquant

Scienti que : une calculatrice scienti que s’af che alors avecses touches, sa fenêtre d’écriture et ses points à cocher.

C’est cette calculatrice qui va vous permettre d’effectuertout type de conversion entre décimal, binaire et hexadéci-mal. Cliquez, par exemple, dans le point à cocher marquéDec et écrivez en cliquant sur les touches dans la fenêtred’écriture le nombre décimal que vous voulez convertir, parexemple 2468, puis cliquez dans le point à cocher marquéHex, le résultat s’af che : 9A4. Si vous cliquez sur Bin, lerésultat qui s’af che est : 1001-1010-0100.

Conclusion

D’une manière ou d’une autre, maintenant vous allez jongleravec les conversions entre les trois types de numérationset cela vous servira en électronique (binaire) et en informa-tique (hexadécimal), les deux passions qui vous attachentà votre revue.



NOTES



LE COURS


Figure 1 : Représentation schématique du PUT. La gâchetteest du côté de l’anode.

PUT

AG

K

Le PUT, P comme programmable

Quels sont les signaux qui sortent des pattes AKG du PUTet quels paramètres peuvent être programmés ? Comme lemontre la gure 5, au point de jonction R4-C1 on peut pré-lever une onde en dents de scie dont la fréquence dépenddes valeurs de R4 et C1 et du facteur Z, lequel peut être

trouvé dans le Tableau 1.

TABLEAU 1Facteur Z en fonction des valeurs de R1-R2 ( gure 5)amplitude maximale signal 4 V 6 V 8 V

valeur de R1 en kilohm 33 k 22 k 15 k valeur de R2 en kilohm 12 k 18 k 27 kfacteur Z 3 300 1 700 1 000

Note : l’amplitude maximale du signal indiquée sur la pre-mière ligne se réfère à un circuit alimenté en 12 V. Quandla tension varie, l’amplitude du signal varie proportion-nellement. Le signal en dents de scie ne part pas de 0 Vmais de 0,7 V, à cause de la chute de tension dans la

jonction du PUT.

L E Ç O

N N ° 4 6

N I V E

A U 3

Le PUT ouTransistor

UnijonctionProgrammable

Bien sûr, en Anglais c’est à l’envers, mais on ne va pasécrire TUP, ce sigle étant déjà pris ! Ces transistorssont peu connus et c’est bien dommage : nous allons,dans cette Leçon, partir de leur représentationschématique pour passer à leurs caractéristiques età leurs principales fonctions, avant de conclure en

vous proposant quelques montages d’application.

L e PUT est un peu comme un thyristor dont la gâchettesortirait du côté de l’anode au lieu de la cathode (voir

gures 1 et 2 : elles donnent la représentation schéma- tique du PUT et celle du thyristor a n que vous puissiez lescomparer). Ces transistors étant assez onéreux et très dif ci-les à trouver, nous avons fait le nécessaire pour qu’ils soientdisponibles au meilleur prix auprès de nos annonceurs (nosschémas d’application n’en seront que plus intéressants pourvotre formation).

Les PUT, thyristor, UJT et autre triac

Les lettres AKG, gures 1 et 2, désignent l’anode, lacathode et la gâchette. Mais la gâchette du PUT est ducôté de l’anode alors que celle du thyristor est du côté

de la cathode (c’est la seule différence schématique).Toujours a n que vous puissiez établir des comparaisonsfructueuses, les gures 3 et 4 donnent les représenta-

tions d’un UJT et d’un triac dont les sorties sont respectivement EB2B1 pour émetteur-base 2-base 1 et GA2A1pour gâchette-anode 2- anode 1.

Figure 2 : Représentation schématique du thyristor (SCR enAnglais). La gâchette est cette fois du côté de la cathode.

SCR

A

G K





LE COURS


GA

K

12 V

R1

R4

R2

R3

C1

E

B

C

R5R6 0 V

AMPLITUDEMAXIMUM

PUT1

TR1Figure 6 : Si vous voulez que le signal en dents descie prélevé sur le point de jonction R5-C1 partede 0 V au lieu de 0,7 V, vous devez ajouter unNPN. En agissant sur le trimmer R5 on peut faire

varier la fréquence du signal.

Figure 7 : Brochages du PUT, des thyristors (SCR), du darlington, des transistors bipolaires NPN et PNP et du transistorunipolaire (UJT) utilisés dans cette Leçon.

K A GA K

G

A

K G

2N6027 BT 152/800 TAG 675/800

C E

B

BC 517 S 2646-S 2647

PUT SCR SCR TR UJT

C E

B

BC 547-BC 557

TR

E

B1 B2

GA

K

12 V

R1

R5

R2

R3

C1

E

BC

R7

B

E

CR4

R6

TR2

TR1

0 V

AMPLITUDEMAXIMUM

PUT1

DS1

DS2

Liste des composantsR1........................ 33 kR2........................ 12 kR3........................ 4,7 kR4........................ 3,3 kR5........................ 4,7 MR6........................ 1 kC1........................ 10 nFPUT1.................... 2N6027TR1...................... BC547

Figure 8 : Si vous voulez obtenir unsignal en dents de scie parfaitementlinéaire, il faut utiliser un NPN (TR1) et

un PNP (TR2). Pour faire varier la fré-quence du signal, il faut agir sur R5.

Liste des composantsR1...... 33 kR2...... 12 kR3...... 4,7 kR4...... 10 kR5...... 220 k trimmerR6...... 330R7...... 1 kC1...... 10 nF polyesterDS1 ... 1N4148

DS2 ... 1N4148PUT1.. 2N6027TR1.... BC547TR2.... BC557

Si en plus de R4 nous diminuons la valeur de C1 pour la porterà 4,7 nF, nous produirons un signal de fréquence égale à :

1 000 : (33 k x 4,7 nF) x 1 000 = 6 447 Hz.

La valeur des deux résistances R1-R2

Les R1 et R2, reliées à la gâchette, comme le montre la gure5, peuvent prendre des valeurs différentes de celles indiquées

L’augmentation de la valeur de la fréquence

Pour augmenter la fréquence du signal en dents de scie oucelle des impulsions, nous devons tout simplement diminuerla valeur de R4 ou celle de C1. Si, par exemple, nous avonsun facteur Z de 1 000 (voir Tableau 1, dernière colonne dedroite) et si nous choisissons une R4 de 33 k et un C1 de10 nF, nous produirons un signal de fréquence égale à :

1 000 : (33 k x 10 nF) x 1 000 = 3 030 Hz.



LE COURS


GA

K

R1

R2G

A

K

DZ1

R3

R4

R5 R7

C1

PUT1SCR1

AMPOULE230 V

SECTEUR230 V

R6

Figure 9 : Schéma électrique du premier variateur de lumière EN1607. Le thyristor ne s’ex-cite que sur la demi onde positive, aussi l’ampoule n’est-elle alimentée au maximum quesous une tension de 115 V.

Liste des composantsR1........... 27 kR2........... 47 kR3........... 100 kR4........... 1 M pot. lin.R5........... 10 k 1 WR6 .......... 10 k 1 WR7........... 10 k 1 WC1........... 10 nF polyesterDZ1 ........ zener 15 V 1 WPUT1....... 2N6027SCR1 ...... thyristor BT152-800

IMPULSIONS SUR LA GÂCHETTE

0 VFigure 10 : Si on positionne la résistance R4au maximum, les impulsions sortant de la K duPUT excitent le thyristor quand les demi ondespositives atteignent 0 V et l’ampoule s’éclairefaiblement.


0 VFigure 11 : Si on positionne la résistance R4à moitié, les impulsions sortant de la K du PUTexcitent le thyristor quand les demi ondes posi-tives atteignent la moitié du cycle et l’ampoules’éclaire moyennement.


0 VFigure 12 : Si on positionne la résistance R4au minimum, les impulsions sortant de la K

du PUT excitent le thyristor au moment mêmeoù les demi ondes positives commencent leurcycle et l’ampoule s’éclaire au maximum (en115 V cependant).

Le signal prélevé sur l’anode est en dents de scie et sa valeur

part du minimum de 0,7 V pour atteindre le maximum, lefront de montée étant courbe cette fois, comme le montre la

gure 5.

Pour prélever un signal en dents de scie, toujours courbe, maispartant de 0 V, comme le montre la gure 6, nous devonsajouter dans le schéma du montage un NPN à relier commel’indique cette gure.

Si nous agissons sur le trimmer ou le potentiomètre R5 de4,7 M relié à son collecteur, nous pouvons faire varier la

dans le Tableau 1. N’oubliez pas toutefois que, pour le bon

fonctionnement d’un PUT, les valeurs choisies, introduitesdans la formule :

(R1 x R2) : (R1 + R2)

doivent donner un nombre compris entre 8 et 10. Souve-nez-vous aussi que la valeur de R2, reliée entre gâchetteet masse, détermine l’amplitude du signal en dents descie et que, donc, si l’on a besoin d’un signal d’amplitudesupérieure, il convient d’augmenter la valeur de R2 oubien de réduire celle de R1.



LE COURS


Figure 13b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du variateur de lumière à simple alternance.

fréquence de 60 Hz à 50 kHz. Le signal prélevé à traversR6 (1 k) sur le collecteur de ce transistor peut être ensuiteappliqué à l’entrée d’un ampli cateur opérationnel ou surla base d’un autre transistor utilisé cette fois comme sépa-rateur.

Le signal en dents de scieparfaitement linéaire

Si nous avons besoin d’un signal en dents de scie avecdes fronts de montée parfaitement linéaires, comme lemontre la gure 8, nous devons modi er le circuit en uti-lisant un TR1 NPN et un TR2 PNP.

En agissant sur le trimmer ou le potentiomètre R5 de220 k, monté en série avec la R6 de 330 ohms, on faitvarier la fréquence de 100 Hz à 33 kHz.

Si nous voulons produire une fréquence inférieure à

100 Hz, il faut augmenter la valeur de C1 ; pour obtenirune plage de variation de fréquence plus étroite, il suf tde diminuer la valeur de R5.

Par exemple, avec C1 égal à 100 nF et R5 à 47 k, on produitun signal en dents de scie allant de 36 Hz à 4 300 Hz.

A L'AMPOULE

SECTEUR230 V

SCR1

PUT1

R1

R3

R2

C1

R4

R5

R6

R7

DZ1

Figure 13a : Schéma d’implantation des composants dupremier variateur de lumière à simple demi onde. On peut,au choix, souder les cosses du potentiomètre directe-ment sur les pistes de cuivre de la platine ou alors xer lepotentiomètre au couvercle du boîtier plastique et relierses cosses aux pistes au moyen de ls isolés.

Figure 14 : Montage dans le boîtier plastique qu’il faudrapréparer en perçant le trou de passage de l’axe du potentio-mètre et ceux pour le passage des ls du secteur 230 V etde la charge (ampoule). Voir aussi gures 20 et 21.



LE COURS


G

A

K

GA

K

R1

R2

R3

R4

R5

C1

AMPOULE230 V

SECTEUR230 V

PUT1

SCR1

RS1

Figure 15 : Schéma électrique du deuxième variateur de lumière EN1608. Il alimente l’ampoule au maximum en 230 V.Pour cela, il faut ajouter au circuit un pont redresseur RS1 de façon à obtenir une double demi onde positive à unefréquence de 100 Hz.

Liste des composantsR1........... 100 kR2........... 10 kR3........... 100 kR4........... 2,2 M pot. lin.R5........... 100 kC1........... 10 nF polyesterRS1 ........ pont 800 V 4 APUT1....... 2N6027SCR1 ...... thyristor BT152-800


0 VFigure 16 : Si on positionne la résistance R4au maximum, les impulsions sortant de la Kdu PUT excitent le thyristor quand les doublesdemi ondes positives atteignent 0 V et l’am-poule s’éclaire faiblement.


0 VFigure 17 : Si on positionne la résistance R4 àmoitié, les impulsions sortant de la K du PUTexcitent le thyristor quand les demi ondes posi-tives atteignent la moitié du cycle et l’ampoules’éclaire sous 115 V.


0 VFigure 18 : Si on positionne la résistance R4au minimum, les impulsions sortant de la Kdu PUT excitent le thyristor au moment mêmeoù les demi ondes positives commencent leurcycle et l’ampoule s’éclaire sous 230 V.

Premier montage d’application :un variateur de lumièrepour ampoule secteur 230 V


Les variateurs de lumière font varier la tension d’alimentation d’une ampoule à lament, ce qui implique une variationde l’intensité lumineuse laquelle, à partir d’un maximumd’intensité atteint progressivement le minimum. Ces varia-

teurs de lumière sont à ce point utiles que dans les nou-

veaux immeubles ils remplacent les interrupteurs secteur : àla platine du levier de l’interrupteur un petit bouton permetde commander l’allumage de l’ampoule à la luminosité vou-lue, en fonction des besoins du moment et du lieu. C’est unéconomique variateur de lumière de ce type que nous allonsdécrire ici : le schéma élect rique est à la gure 9.

Le potentiomètre R4 fait varier le temps de charge de C1. Sion insère toute la résistance, C1 se charge très lentementet par conséquent les impulsions d’excitation sortant par lapatte K du PUT arrivent sur la gâchette du thyristor quand



LE COURS


A L'AMPOULE

SECTEUR 230 V

C1

R5 R2

R1

R3

R4

RS1

PUT1

SCR1

Figure 19a : Schéma d’implantation des composants dudeuxième variateur de lumière à double demi onde. Atten-tion à la polarité du pont RS1 (le pan coupé est le +).

les demi ondes positives de la tension alternative ont déjàpresque effectué un cycle. Comme le montre la gure 10,le thyristor se relaxe presque immédiatement et le lamentde l’ampoule s’allume très faiblement.

Avec R4 à mi course, C1 se charge un peu plus rapidementet les impulsions d’excitation sortant de la K du PUT arriventsur la gâchette du thyristor lorsque les demi ondes positivesde la tension alternative ont déjà accompli la moitié de leurcycle.

Comme le montre la gure 11, le thyristor se relaxe quandles demi ondes positives atteignent 0 V et le lament reçoitla tension pendant une période plus longue que celle indi-quée gure 10.

En n, dans le cas de la gure 12, R4 est réglé pour le mini-mum de sa résistance et par conséquent les impulsionsd’excitation sortant de la broche K du PUT arrivent sur lagâchette du thyristor à l’instant précis où les demi ondespositives de la tension alternative commencent leur cycle :

le thyristor s’excite donc tout de suite et ne se relaxe quelorsque les demi ondes positives atteignent 0 V ; le lamentémet alors une intensité lumineuse maximale.

Comme le montrent les gures 10 à 12, le thyristor ne serelaxe qu’en présence de demi ondes positives, donc dans

Figure 19b : Dessin, à l’échelle 1 , du circuit imprimé du variateur de lumière à double alternance.

Figure 20 : Montage dans le boîtier plastique qu’il faudrapréparer en perçant le trou de passage de l’axe du poten-tiomètre et ceux pour le passage des ls du secteur 230 V et de la charge (ampoule). La platine est xée au fond aumoyen de vis autotaraudeuses.



LE COURS


à la polarité du PUT (méplat regardant R2-C1), de DZ1(bague vers R5) et du thyristor (semelle vissée sur le cir-cuit imprimé). Montez en dernier les deux borniers et lepotentiomètre.

Prenez ensuite le petit boîtier plastique, percez dans le cou-vercle le trou pour le passage de l’axe du potentiomètre etdans le petit côté opposé les trous pour le passage des ls(entrée secteur 230 V et sortie vers ampoule).

Ensuite, xez avec des vis la platine au fond de la boîte(voir gure 20).

Fixez le couvercle avec sa vis et, si vous voulez, vissezl’écrou plat du potentiomètre puis montez le bouton surson axe (voir gure 14).

Effectuez les connexions extérieures sans oublier que mêmeune tension de sor tie réduite à 115 V peut tuer !

Comment construire ce montage ?

Tout le matériel nécessaire pour construire ce varia teur delumière EN1607 est disponible chez certains de nos annon-ceurs. Voir les publicités dans la revue.


Deuxième montage d’application :un variateur de lumière à onde entière


Quand on agit sur le potentiomètre R4 de la gure 9, étantdonné que le thyristor n’est alimenté que par les demiondes positives, l’ampoule ne reçoit qu’une tension égaleau maximum à 115 V.

Pour alimenter une ampoule en 230 V de manière à attein-dre sa luminosité maximale, nous devons ajouter au circuitun pont redresseur, comme le montre la gure 15, de façonà consommer le courant maximal admissible par l’ampouleà piloter.

Avec un pont de 1 A on pourra commander une ampoule(ou un groupement parallèle) dont la puissance ne dépas-sera pas 200 W. Compter 1,5 A pour 300 W. Si vous voulezcommander un groupement de 5 ou 6 ampoules de 100 Wchacune, ce qui fait 5 ou 600 W, mieux vaut choisir 4 diodesBY255 montées en pont (elles peuvent “tenir” 3 A). Si vousutilisez un pont, une double demi onde positive arrive surl’anode du thyristor et l’ampoule se trouve soumise à la

tension maximale de 230 V.

Le potentiomètre R4 relié à l’A du PUT est utilisé là encorepour faire varier le temps de charge de C1 : avec le maxi-mum de résistance insérée, il se charge lentement et lesimpulsions sortant de la K du PUT pour exciter la gâchette

du thyristor allument l’ampoule avec le maximum d’intensité(voir gure 16).

Avec R4 à mi course, C1 se charge bien plus vite et lesimpulsions d’excitation sortant de la K excitent la gâchettedu thyristor quand les doubles demi ondes positives ont

Figure 21 : Montage dans le boîtier plastique. Le couvercleest fermé avec une vis puis on peut monter le bouton decommande de l’intensité lumineuse.

ce circuit les demi ondes négatives ne sont pas utilisées etl’ampoule n’est jamais soumise à la tension complète de230 V, mais seulement à la moitié, 115 V.


Aucune dif culté. Quand vous avez réalisé (ou que vousvous êtes procuré) le petit circuit imprimé fort simple, dontla gure 13b donne le dessin à l’échelle 1, montez lesquelques composants en suivant la gure 13a. Attention



LE COURS


atteint la moitié de leur cycle et par conséquent l’ampoules’allume avec la moitié de la tension (voir gure 17).

Si R4 n’insère que sa résistance minimale, C1 se chargeinstantanément, les impulsions d’excitation sortant de laK du PUT excitent la gâchette du thyristor au moment pré-cis où les doubles demi ondes positives commencent à seformer et l’ampoule s’allume avec le maximum d’intensité(voir gure 18).


Aucune dif culté là non plus. Quand vous avez réalisé (ouque vous vous êtes procuré) le petit circuit imprimé, dont la

gure 19b donne le dessin à l’échelle 1, montez les compo-sants en suivant la gure 19a.

Attention, encore une fois, à la polarité du PUT (méplat

regardant R4), de RS1 (méplat + vers la droite) et du thyristor (semelle vissée sur le circuit imprimé).

Montez en dernier les deux borniers et le potentiomètre.

Prenez ensuite le petit boîtier plastique, percez dans le cou-vercle le trou pour le passage de l’axe du potentiomètre etdans le petit côté opposé les trous pour le passage des ls(entrée secteur 230 V et sortie vers ampoule).

B

E

C

G

A

KG

A

K

10 ÷ 12 V

R1

R2

R3

R4R5

R6

C1

RS1PUT1

TR1SCR1

AMPOULE230 V

SECTEUR230 V

Figure 23a : Schéma d’implantation des composants duclignotant secteur 230 V. Le pont RS1 est implanté sur lecircuit imprimé pan coupé + vers la droite. Cette platineest la seule des trois proposées à devoir être alimentéeavec une tension continue de 10 à 12 V.

Liste des composantsR1...... 33 kR2...... 12 kR3...... 330 kR4...... 1 M pot. lin.R5...... 1,5 M

R6...... 330C1...... 4,7 µF électrolytiqueRS1 ... pont 800 V 4 APUT1.. 2N6027TR1.... darlington BC517SCR1 . thyristor TAG675-800

Figure 22 : Schéma électrique du clignotant secteur 230 V EN1609. Il faut cettefois alimenter le PUT et TR1 avec une tension continue de 10 à 12 V.

A L'AMPOULE

SECTEUR 230 V

RS1

PUT1

SCR1

TR1

R2

R1

R3

R6

R5

R4

C110 ÷ 12 V




LE COURS


Ensuite, xez avec des vis la platine au fond de la boîte(voir gure 20).

Fixez le couvercle avec sa vis et, si vous voulez, vissezl’écrou plat du potentiomètre puis montez le bouton surson axe (voir gure 21).

Effectuez les connexions extérieures sans oublier que simême une tension de sortie réduite à 115 V peut tuer, afortiori une de 230 V !


Tout le matériel nécessaire pour construire ce variateur delumière EN1608 est disponible chez certains de nos annon-ceurs. Voir les publicités dans la revue.


Un clignotant secteur 230 V


Il se trouve gure 22. Avec un PUT, un darlington BC517 etun thyristor métallique TAG675 on a réalisé un remarqua-ble clignotant pour ampoule secteur 230 V ou même pourampoules 9 V, 12 V ou 24 V, pourvu qu’on les alimente enalternatif.

Si on actionne le potentiomètre R4 de 1 M d’une extrémitéà l’autre de sa piste, comme le montre la gure 22, onobtient un clignotement allant de 5 à 2 éclairs environ parseconde.Si on augmente la capacité de C1, la faisant passer de 4,7µF à 10 ou même 22 µF, on peut réduire notablement lavitesse du clignotement.

L’étage constitué par le PUT et le darlington TR1 doit êtrealimenté par une tension continue (même non stabilisée)de 10 à 12 V et le thyristor par une tension nécessairementalternative dont la valeur doit être choisie en fonction de la

tension nominale de l’ampoule que l’on veut faire clignoter :pour faire clignoter une ou plusieurs ampoules en 230 Ven parallèle, il suf t de les brancher sur le secteur 230 V ;pour faire clignoter des ampoules de 6, 9, 12, 24 V, nous

devrons utiliser une tension alternative de cette valeur, àprélever, par conséquent, sur le secondaire d’un transfor-mateur réducteur.

Là encore, le courant maximal que l’on peut prélever surce circuit dépend du courant maximal que peut fournir lepont redresseur RS1 : nous avons utilisé un pont débitant

jusqu’à 4 A, ce qui permettra de faire clignoter des ampou-les jusqu’à 900 W.

Si vous souhaitez faire clignoter toute une guirlande d’am-poules (par exemple pour illuminer une fête, en extérieur ouen intérieur), vous pouvez monter en série 38 ou 39 petitesampoules de 6 ou 9 V et alimenter le tout sous la tension

du secteur 230 V.

Si vous ne voulez pas les relier directement au secteur230 V (par souci de sécurité), vous pouvez vous servird’un transformateur pourvu d’un primaire 230 V et d’unsecondaire 200 à 230 V, de façon à ce que l’enroulement

secondaire soit électriquement isolé du secteur.


Pas davantage de dif culté. Quand vous avez réalisé (ouque vous vous êtes procuré) le petit circuit imprimé, dontla gure 23b donne le dessin à l’échelle 1, montez tous lescomposants en suivant la gure 23a.

Attention, toujours, à la polarité du PUT (méplat regardantC1), de RS1 (méplat + vers la droite), de TR1 (méplat versla droite lui aussi) et du thyristor (boîtier métallique xé aucircuit imprimé par deux boulons). Montez en dernier les

trois borniers et le potentiomètre.

Prenez ensuite le petit boîtier plastique, percez dans le cou-vercle le trou pour le passage de l’axe du potentiomètre,dans le petit côté opposé les trous pour le passage des ls(entrée secteur 230 V et sortie vers ampoule) et dans le

grand côté le trou pour l’entrée de l’alimentation continue.Ensuite, xez avec des vis la platine au fond de la boîte(comme gure 20).

Fixez le couvercle avec sa vis et, si vous voulez, vissezl’écrou plat du potentiomètre puis montez le bouton surson axe (comme gure 21). Effectuez les connexions exté-rieures sans oublier que les lois physico-physiologiques nese lassent jamais et que le 230 V tue inexorablement lesdistraits imprudents !


Tout le matériel nécessaire pour construire ce clignotantEN1609 est disponible chez certains de nos annonceurs.Voir les publicités dans la revue.


Figure 23b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé duclignotant secteur 230 V.



LE COURS


Cependant, bien qu’il soit connu de tous et qu’il ait con- tribué à former des générations entières de passionnésd’électronique, on trouve encore des personnes ne sachantpas –ou mal– l’utiliser.

Souvent, d’ailleurs, les universitaires s’en plaignent, à pro-

pos de leurs étudiants et, il faut l’avouer, faute en revientsouvent à une lacune dans la formation des débutants.

Nos lecteurs, de leur côté, ne se sont pas privés –et ils onteu bien raison– de réclamer une initiation assez pousséeaux arcanes de l’oscilloscopie !

L E Ç O

N N °

4 7 - 1

N I V E

A U 3

Comment

utiliserl’oscilloscope

L’oscilloscope est un instrument de mesure largementutilisé dans tous les laboratoires d’électronique. Etantdonné que vous trouverez peu de manuel sérieux vousexpliquant comment procéder pour effectuer les différentesmesures, nous avons voulu combler cette lacune enpubliant cette leçon en t rois parties. Si vous ne possédezpas encore un oscilloscope, mettez-la de côté car, dès que

vous aurez fait votre achat, elle vous sera des plus utiles.

N ous pouvons af rmer que l’électronique ne serait pasce qu’elle est aujourd’hui sans cet instrument quil’a accompagnée tout au long de son spectaculaire

développement, jusqu’à devenir maintenant partie intégrantede son histoire : l’oscilloscope. Par sa capacité à visualiser dessignaux aux formes d’ondes les plus complexes et par la très

vaste gamme des mesures qu’il autorise, il occupe une placeprivilégiée dans le labo de l’électronicien, pour ne pas dire la plusimportante et en tout cas il est indispensable. Tout le monde, eneffet, du technicien à l’ingénieur et du chercheur à l’élève en pas-sant par l’amateur, a pu apprécier sa remarquable adaptabilité–son universalité d’emploi.



LE COURS


F i g u

r e 1 : F a c

e a v a

n t d ’ u n o s c i l l o s c o p e s t a n d a r d

. L e s è c h e s l e t t r é e s i n d i q u

e n t l e s f o n c t i o n s .

A =

c o n n e c t e u

r s B N C d ’ e n t r é e p o u r l e C H 1 c o m m e p o u r l e C H 2

B =

s é l e c t e u r p o u

r c o u p l e r l e s i g n a l d ’ e n t r é e e n A C - G N D - D

C ( g u

r e 1 2 )

C =

s é l e c t e u r p o u r f a i r e v a

r i e r l a s e n s i b i l i t é d ’ e n t r é e

d u c a n a l C H 1 e t d u

c a n a l C H 2

D =

p o u

s s o i r s p o u

r s é l e c t i o n n e r s é p a r é m e n t l e c a n a

l C H 1 - C

H 2 o u

l e s d e u x

E =

s é l e c t e u r d e “ T i m e / d i v . ” o u

b a s e d e t e m p s ( g u r e 1 5 e t T a b l e a u 2 )

F =

s é l e c t e u r p o u r l e c h o i x d u

c o u p l a g e d u

“ T r i g g e r C o u p l i n g ”

G =

s é l e c t e u r p o u r c h o i s i r l a s o u

r c e d u

“ T r i g g e r ” e t o ù l ’ a d r e s s e r

H =


r s é l e c t i o n n e r l a f o n c t i o n A u

t o - N o r m a l - ” S i n g l e ” d u

“ T r i g g e r ” .

. 2

. 5

1 2

5 1 0

2 0 5

0 . 1. 2

. 5

. 1 . 2

. 5 1 2 5 1 0

2 0

5 0

. 1

. 2

S m S

µ S

X - Y

T I M E / D I V .

V

2

5 1 0 2 0

5 0

. 1

. 2

. 5 1

2

5 V O L T S / D I V . C A L

I N P U T X

G N D

D C

A C

C H 1

m V

P O S I T I O N

P O S I T I O N

N O R M

S I N G L E

A U T O

T R I G G E R M O D E

N O R M

E X T V

2

5 1 0

2 0

5 0

. 1

. 2

. 5 1

2

5 V O L T S / D I V . C A

L

I N P U T Y

G N D

D C

A C

m V

P O S I T I O N

C H . 2

C H . 1

C H O P

M O D

E

A L T

.

C H 1

L I N E

A C

T V

D C

H F

S O U R C E

C O U P L I N G

C A L

E X T T R I G G E R

L E V E L

C H 2

P O W E R

I N T E N S I T Y

F O C U S

S C A L E

I L L U M

.

C A L .

0 , 5

V

L F

C H 2

S L O P E

A

B

C

E

H

A

B

C

F

G

D

H O L D O F F

M I N



LE COURS


Notre initiative

C’est pourquoi nous nous proposons dans cette leçon en troisparties de vous enseigner une utilisation pratique, la pluscomplète possible, de cet appareil qui permet, comme vousle savez, de visualiser n’importe quelle grandeur électrique.

A part les mesures de tensions continue et alternative, avecun oscilloscope il est possible de déterminer avec une bonneapproximation une fréquence, de mesurer le déphasage entredeux ondes, d’évaluer la distorsion d’un signal, de quanti erla valeur de “ripple” (ondulation résiduelle) d’une tensionredressée et tant d’autres choses que nous examinerons endétail lorsque nous aborderons la partie mesures.

Le premier problème que nous nous sommes posé quandnous avons décidé de lancer cette série a été de choisir quelmodèle prendre comme référence a n de dessiner une faceavant complète avec toutes ses commandes : après unerapide ré exion, nous sommes parvenus à conclure qu’un

appareil en vaut un autre. Mêmesi, en effet, les modèles du marchésont nombreux et tous différents,au fond leurs fonctions sont tou-

jours les mêmes. Nous, à la rédac- tion d’ELM, sommes un peu, de cepoint de vue, comme un moniteurd’auto-école devant enseigner laconduite de toutes les voiturespossibles à partir d’une automobileparticulière ! Aussi étonnant soit cedé , pratiquement on réussit à lerelever, pour les véhicules et pourles oscilloscopes.

Tous les oscilloscopes ont un écranquadrillé et un bouton de réglagede la luminosité du tracé plus unautre agissant sur la longueur

focale, c’est-à-dire sur la netteté du trait lumineux. En faceavant se trouvent deux prises d’entrée, marquées CH1 et CH2

(CH pour “CHANNEL”, canal) ou X et Y ((voir gure 1 les è-ches A), une paire de sélecteurs AC-GND-DC (voir les èchesB) plus deux sélecteurs permettant de faire varier la sensibi-lité des deux entrées (voir gure 1 les èches C). On trouveen outre des poussoirs (voit èche D) pour sélectionner lesdeux canaux CH1 et CH2, un sélecteur rotatif pour modi er labase de temps (voir èche E) et un groupe de sélecteurs poursynchroniser le signal à l’écran (voir èches F, G, H).

La face avant

Avant de passer aux applications et aux mesures que l’onpeut effectuer à l’oscilloscope, nous allons chercher à vousfamiliariser avec les diverses commandes de la face avant(voir gure 1). Un oscilloscope est un appareil de forme paral-lélépipédique doté, en face avant, d’un écran rectangulaire,généralement à gauche de celle-ci. Cet écran, de 100 x 80

mm, est réticulé par des carreaux de10 x 10 mm. Nous avons donc, commele montre la gure 2, dix carreauxhorizontaux et huit verticaux, ce quinous permet de visualiser les signauxélectriques et même de les mesureravec une bonne précision. La gure2 montre, sur la partie centrale del’écran, une croix subdivisant le côté

de chaque carreau en cinq parties(quatre petits traits par côté de 10mm), ce qui permet une précisionsupplémentaire.

La gure 3 montre, sur la partie supé-rieure de l’écran une ligne horizontalepointillée avec l’indication 90 sur lecôté et, sur la partie inférieure, uneligne avec l’indication 10.

Note : sur certains oscilloscopes cesont les lignes 100 et 0 qui sontpointillées.

Ces lignes calibrées sont utiliséespour effectuer la mesure du tempsde montée et du temps de descented’une onde carrée, comme nous leverrons au chapitre des mesures.

100

90

10

0

Figure 2 : L’écran de l’oscilloscope se compose d’un rectangle qua-drillé divisé en dix carreaux horizontaux et huit verticaux. Au centrese trouve une croix divisant les côtés de chaque carreau en cinq par-ties, ce qui est très utile pour effectuer des mesures de précision.

100

90

10

0

100

90

0

10

Figure 3 : Dans la partie haute de l’écran,se trouve une ligne pointillée indiquée sur lebord gauche 90 et une ligne continue indi-quée 100. Dans la partie basse de l’écran,se trouve une ligne pointillée indiquée sur lebord gauche 10 et une ligne continue indi-quée 0. Ces lignes calibrées sont utiliséespour effectuer des mesures sur les fronts demontée et de descente d’une onde carrée.



LE COURS


POWER

INTENSITY

FOCUS

SCALEILLUM.

CAL.

0,5 V

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT Y

GND DCAC

mV

POSITION

CH.2

CH.1

CHOP

MODE

ALT.

CH2

Les commandes de l’oscilloscope

Même si la disposition des commandes change d’un oscillos-cope à un autre, ce qui ne change pas, ce sont les indica-

tions, les marquages, toujours en anglais. Quant à nous, nousles reproduisons comme elles sont inscrites en face avant,mais en ajoutant la traduction française.

POWER (interrupteur M/A) : cet interrupteur, constitué d’unpoussoir, sert à alimenter les circuits de l’appareil avec lesecteur 230 V. Quand on le presse, une LED témoin de misesous tension s’allume (voir gure 4).

INTENSITY (intensité du faisceau lumineux) : selon les con-ditions de lumière ambiante, il peut être utile d’augmenterou de diminuer la luminosité du tracé apparaissant à l’écran.Cette fonction s’active à l’aide du petit bouton “INTENSITY” enface avant, comme le montre la gure 5. Quand vous réglezce bouton, ne paramétrez pas une luminosité excessive, carvous augmenteriez en même temps l’épaisseur du trait.

FOCUS (netteté du tracé) : cette commande, comme le montre la gure 6, sert à régler la netteté du tracé à l’écran. Elleest à régler jusqu’à ce que le tracé à l’écran soit bien net,bien dé ni.

SCALE ILLUM. (illumination réticule) : ce bouton de com-mande, comme le montre la gure 7, permet d’augmenterou diminuer la luminosité du réticule gradué.

CAL (calibration) : en face avant vous trouvez toujours uneborne dépassante avec l’indication d’une tension, par exem-ple 0,5 Vpp, comme le montre la gure 8.

Note : l’exemple de la gure 8 montre une indication de0,5 Vpp, mais on peut trouver des valeurs de 0,2 - 1 Vpp.

Si l’on relie cette borne à la sonde fournie avec l’appareil,on doit voir à l’écran une onde carrée dont l’amplitude estégale à la valeur de tension indiquée près de la borne, enpositionnant évidemment la sonde sur x1.

INPUT X et Y (entrées X et Y) : tous les oscilloscopes étantaujourd’hui des double trace, comme le montre la gure 9, laface avant est toujours divisée en deux sections identiques.La section gauche, à laquelle est appliqué le signal corres-pondant au premier tracé, est le CH1 ou Input X. La sectiondroite, à laquelle est appliqué le signal correspondant au

second tracé, est le CH2 ou Input Y. Pour chacune des deuxsections, un connecteur d’entrée indiqué Input X pour le

Figure 4 : Au poussoir “POWER”de M/A de l’appareil est générale-ment associée une LED de con r-mation de la mise sous tension.

Figure 5 : Le bouton “INTENSIT Y” placésous l’écran, comme le montre la gure1, sert à régler la luminosité du tracé dusignal visualisé.

Figure 6 : Le bouton “FOCUS”, comme lemontre la gure 1, sert à mettre au pointl’image, soit à régler la netteté du tracé,sa dé nition.

Figure 7 : Le bouton “SCALE ILLUM.” estutilisé seulement pour illuminer le réticulede l’écran a n de mieux visualiser la posi-tion occupée par le signal.

Figure 8 : La borne CAL., présente sur toutoscilloscope, fournit une onde carrée servantà calibrer la sonde.

CH1 et Input Y pour le CH2 est présent, ainsi qu’un boutonde Position, un sélecteur Volts/Div. et un sélecteur d’entréeAC-GND-DC.

Note : les commandes présentes dans la section CH1 agis-sent sur le canal 1 et les commandes de la section CH2 surle canal 2.

Comme les fonctions activées par ces commandes sontparfaitement identiques, pour simpli er nous ne décrironsque le CH1.

INPUT CH1 ou X (entrée CH1 ou X) : sur cette entrée X est

toujours appliqué le signal AC ou DC à visualiser. A proximitéde ce connecteur peut être reportée la tension maximale AC

Figure 9 : Sur tout oscilloscope,comme le montre la gure 1, setrouvent deux sections identiques.L’entrée de gauche “INPUT X” cor-respond au CH1 et celle de droite“INPUT Y” au CH2. Un sélecteur

Volts/div. est présent sur les deuxcanaux.



LE COURS


Figure 12 : L’inverseur AC-GND-DC sélectionne le type decouplage avec l’étage interne de l’oscilloscope. A droite,le schéma électrique de l’inverseur.

mesurer une tension maximale de 5 x 8 x 10 = 400 V.

VARIABLE (atténuation variable) : au centre du bouton dusélecteur V/div. se trouve toujours un second petit bouton,comme le montre la gure 11, permettant de faire varier,en continu, la valeur de V/div. indiquée sur le sélecteur, cequi permet d’atténuer à volonté l’amplitude du tracé appa-raissant à l’écran. Il est évident qu’en agissant sur ce petit

bouton, les valeurs des V/div. ne correspondent plus auxindications du grand bouton de sélection et donc, a n d’éviter

toute erreur de lecture, ce petit bouton est toujours placée,après usage, en position CAL, soit mesure calibrée, car alorsl’atténuation variable est exclue.

POSITION (position tracé vertical) : ce bouton permet depositionner le tracé du signal à l’écran dans le sens vertical,comme le montre la gure 9.

AC-GND-DC (sélecteur d’entrée) : ce commutateur permetde sélectionner le type de couplage que nous voulons uti-liser pour appliquer le signal sur les étages ampli cateursprésents à l’intérieur de l’oscilloscope, comme le montre la

gure 12.

position AC = cette position est utilisée pour des mesuresde tension alternative, en effet, le signal appliqué à l’entréeentre dans les étages internes à travers un condensateur dedécouplage interdisant l’entrée de toute tension continuedans l’ampli cateur de l’oscilloscope.

position GND = cette position, signi ant “ground”, estutilisée pour court-circuiter à la masse l’étage d’entrée del’oscilloscope.

position DC = cette position est utilisée pour mesurer la ten-

sion continue. Aucun condensateur n’étant interposé, le tracése déplace vers le haut de l’écran si nous appliquons une tension positive et vers le bas si la tension est négative.

Les commandes VERTICAL MODE

Tous les oscilloscopes comportent d’autres commandesservant à sélectionner le mode de visualisation des deuxcanaux.Dans certains oscilloscopes ces commandes sont consti-

tuées par un commutateur à glissière, dans d’autres parun sélecteur à poussoirs, comme le montre la gure 14. De

toute façon ces commandes nous permettent de choisir les

fonctions suivantes :

CH1 - CH2 - CHOPPER - ALTERNATE

CH1 : si cette commande est sélectionnée, nous pouvonsvisualiser à l’écran le signal du canal 1 seul.

ou DC que l’on peut appliquer à l’appareil sans risquer del’endommager, ainsi que l’impédance d’entrée en continuet la capacité. Les impédances sont généralement normali-sées à 1 mégohm, la capacité entre 15 et 30 pF. Quand cesindications ne sont pas reportées, vous devez les rechercherdans le manuel fourni avec l’appareil.

VOLTS/DIV. (atténuateur d’entrée) : ce bouton, pouvantavoir dix positions ou même plus, comme le montre la gure10, sert à modi er la sensibilité d’entrée de l’oscilloscope.A chaque position correspond une sensibilité exprimée enV/division et cela signi e que la tension indiquée dans lebouton détermine un déplacement du tracé à l’écran d’uncarreau vertical. Les valeurs reportées dans le Tableau 1 seréfèrent à un modèle commun d’oscilloscope.

Note : comme vous le voyez, dans les graduations de ce bouton des V/div., les valeurs ne sont pas précédées d’un 0, parexemple 0,5 - 0,2 - 0,1, mais toujours par le point suivi duchiffre .5 - .2 - .1. V/div. signi e Volts par carreau et, bien sûr,mV/div. signi e millivolt par carreau.

TABLEAU 1tension maximale visualisable à l’écran

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

mV

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

mV

GN D D CAC

AC

GND

DC

E N T R E E

Figure 10 : Le sélecteur Volts/div. permet de faire varier la sensibilité d’entréede l’ampli cateur vertical. Lepoint précédant un chiffrecorrespond à zéro virgule, .5- .2 sont lus 0,5 - 0,2 V.

Figure 11 : Le petit bou-ton placé sur le sélecteur

Volts/div. permet de faire varier, en continu, la valeurdes volts/division. A nd’éviter toute erreur delecture, véri ez toujoursque ce petit bouton est en

position CAL.

Sélecteur V/div. Tension maximale5 V/div. 40 V 2 V/div. 16 V 1 V/div. 8 V .5 V/div. 4 V .2 V/div. 1,6 V .1 V/div. 0,8 V

50 mV/div. 400 mV 20 mV/div. 160 mV 10 mV/div. 80 mV 5 mV/div. 40 mV 2 mV/div. 16 mV

Dans le Tableau 1 nous avons reporté pour chaque ligne la tension maximale pouvant être visualisée à l’écran. Si, eneffet, nous prenons la portée 5V/div., comme nous avons huitcarreaux verticaux à l’écran, la tension maximale mesurableest de 5 x 8 = 40 V. Ceci est vrai si nous réglons la sonde surla portée x1, mais si nous la mettons sur x10 nous pouvons



LE COURS


CH2 : si cette commande est sélectionnée, nous pouvonsvisualiser à l’écran le signal du canal 2 seul.

Pour visualiser les deux canaux, nous devons sélectionner lafonction “CHOPPER” ou bien “ALTERNATE”.

CHOPPER : s’utilise principalement pour visualiser tous lessignaux ayant une fréquence inférieure à 5 kHz environ, cequi correspond à une position du sélecteur “Time/div.”, commele montre la gure 15, allant de .5 s/div. (lire 0,5 secondepar division) à .2 ms/div. (lire 0,2 milliseconde par division).Si deux signaux apparaissent à l’écran en pointillé, commele montre la gure 16, cela signi e que vous visualisez desondes dont la fréquence est supérieure à 5 kHz. Pour éliminercet inconvénient, il suf t de commuter sur la position “ALTER-NATE”.

ALTERNATE : s’utilise principalement pour visualiser lessignaux de fréquence supérieure à 5 kHz environ, ce qui cor-respond à une position du sélecteur “Time/div.” allant de .2ms/div. à .1 µs/div. (lire microseconde par division), commele montre la gure 15.

Note : sur certains modèles, “ALTERNATE” est remplacé par“DUAL”.

Si vous voyez clignoter le signal à l’écran, ou apparaître alterna- tivement un signal puis l’autre, comme le montre la gure 17,cela signi e que vous visualisez des ondes dont la fréquenceest inférieure à 5 kHz. Pour éliminer cet inconvénient, il suf tde commuter sur la position “CHOPPER”.

TIME/DIV. (sélecteur de la base de temps) : cette commandeest constituée d’un sélecteur rotatif à plusieurs positions. Cha-que position correspond à une durée précise, exprimée ensecondes, millisecondes et microsecondes. Cette commande

permet de faire varier le temps mis par le tracé pour effectuerun parcours à l’écran égal à un carreau horizontal. La com-mande “Time/div.” permet d’utiliser l’oscilloscope égalementcomme fréquencemètre car, en connaissant le temps de“Time/div.” et en comptant combien de carreaux horizontauxoccupe une onde complète, qu’elle soit sinusoïdale, carrée

Figure 13 : Quand on achète un oscilloscope, une ou plusieurs sondes sont fournies avec. On les relie aux prises BNC d’entrée(voir gure 1 les èches A). Dans les articles suivants, nous vous apprendrons à les calibrer.

ALTCHOPCH.2CH.1CH1

ALT

CH2

CHOP

TIME/DIV.

C A L

.2.51

25

10

20

50

.1

.2 .5 .1 .2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

A L T E R N A T E C

H O P P E R

Figure 14 : Les poussoirs CH1, CH2, CHOP, ALT placés, gure9, verticalement entre les deux sélecteurs d’entrée CH1 etCH2, peuvent être à l’horizontale dans certains oscilloscopesou alors remplacés par un sélecteur à glissière.

Figure 15 : La fonc-tion “CHOPPER”s’utilise quand le“Time/div.” estsur la portée de0,5 s à 0,2 ms,alors que la fonc-tion “ALTERNATE”s’utilise lorsque cebouton est placésur les portées 0,2ms à 0,1 µs.

Figure 16 : Si lesdeux signaux CH1et CH2 apparais-sent en pointillés àl’écran, c’est qu’il

faut passer de lafonction “CHOP-PER” à la fonction“ALTERNATE”.



LE COURS


Figure 18 : En comptant combien de carreaux horizontaux occupe une onde entière, qu’elle soit sinusoïdale ou carrée et en regardantsur quel temps est réglé le bouton “Time/div.”, on peut trouver la fréquence en Hz - kHz - MHz grâce aux formules :Fréquence en Hz = 1 : (s du Time/div. x nombre de carreaux)Fréquence en Hz = 1 000 : (ms du Time/div. x nombre de carreaux)Fréquence en KHz = 1 000 : (µs du Time/div. x nombre de carreaux)Fréquence en MHz = 1 : (µs du Time/div. x nombre de carreaux).

Figure 19 : Dans l’exemple reporté gure 18, l’onde entière occupe deux carreaux et “Time/div.” est sur 0,1 s, la fréquence estdonc égale à 1 : (0,1 s x 2 carreaux) = 5 Hz.Dans l’exemple reporté gure 18, l’onde entière occupe quatre carreaux et “Time/div.” est sur 2 ms, la fréquence est donc égaleà 1 000 : (2 ms x 4 carreaux) = 125 Hz.

Figure 20 : Comme dans cet exemple l’onde entière du signal sinusoïdal et aussi celle du signal carré occupent six carreaux et quele sélecteur “Time/div.” est sur 5 µs, nous pouvons trouver la valeur de la fréquence en kHz grâce à la formule : F en kHz = 1 000 :(5 µs x 6 carreaux) = 33,33 kHz ou bien en MHz en utilisant le formule : F en MHz = 1 : (5 µs x 6 carreaux) = 0,033 MHz.

ou rectangulaire, on peut trouver la fréquence en utilisant laprocédure simple suivante :

- tourner le sélecteur “Time/div.” jusqu’à obtenir à l’écran uncertain nombre d’ondes, comme le montre la figure 18, qu’el-les soient sinusoïdales, triangulaires ou carrées.

Note : a n d’éviter toute erreur de mesure, contrôlez toujoursque le petit bouton placé sur le sélecteur Time/div., comme lemontre la gure 11, est bien sur CAL.

- ceci fait, il suffit de compter combien de carreaux occupel’onde entière en horizontal :

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

C A L

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

C A L

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

C A L

Figure 17 : Si lesdeux signaux CH1et CH2 apparais-sent alternative-ment à l’écran,c’est qu’il fautpasser de la fonc-tion “ALTERNATE”à la fonction“CHOPPER”.



LE COURS


Figure 24 : Pour xer automatiquement le tracé d’unsignal, il faut presser le poussoir AUTO du “TRIGGERMODE”. Si le tracé ne s’arrête pas, alors on peut agir surle petit bouton de “LEVEL” en le tournant vers le + ou le– jusqu’à arrêter l’image à l’écran.

Figure 25 : Si l’on presse le poussoir NORMAL, l’oscilloscopesynchronise le signal sélectionné dans le Mode, comme lemontre la gure 9. Si l’on presse le poussoir CH1, on synchro-nise le seul signal de CH1. Si l’on presse le poussoir CH2, onsynchronise le seul signal de CH2.

gure 18 une onde entière occupe 2 carreauxgure 19 une onde entière occupe 4 carreauxgure 20 une onde entière occupe 6 carreaux

- lire sur le sélecteur “Time/div.” si le temps est en s, ms, µs.- si le temps est en s, pour connaître la fréquence en Hz, on

utilise cette formule :

Hz = 1 : (s x nombre de carreaux)

- si le temps est en ms, pour connaître la fréquence en Hz, onutilise cette formule :

Hz = 1 000 : (ms x nombre de carreaux)

- si le temps est en µs, pour connaître la fréquence en Hz, onutilise cette formule :

Hz = 1 000 : (µs x nombre de carreaux)

- pour connaître la fréquence en MHz, on utilise cette for-

mule :

MHz = 1 : (µs x nombre de carreaux).

Exemples de calcul

- Si le sélecteur “Time/div.” est en position .1 s (0,1 seconde)et si l’onde entière occupe 2 carreaux, comme le montre lafigure 18, la fréquence est de 1 : (0,1 x 2) = 5 Hz.

- Si le sélecteur “Time/div.” est en position 2 ms (millisecondes)et si l’onde entière occupe 4 carreaux, comme le montre lafigure 19, la fréquence est de 1 000 : (2 x 4) = 125 Hz.

- Si le sélecteur “Time/div.” est en position 5 µs (microsecon-des) et si l’onde entière occupe 6 carreaux, comme le montrela figure 20, la fréquence est de 1 000 : (5 x 6) = 33,33 Hz.

Si nous voulions connaître la fréquence en MHz : 1 : (5 x 6) =0,033 MHz.

Le Tableau 2 donne, dans la première colonne, les tempsdu bouton du sélecteur “Time/div.” et dans les trois autrescolonnes de droite la fréquence quand l’onde entière occupeexactement 1 - 2 - 3 carreaux.

.2.51

25

10

20

50.1

.2.5 .1

.2.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

C A L

POSITION

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

NORM

EXT

CH1

LINE

AC

TV

DC

HF

SOURCECOUPLING

EXT TRIGGER

LEVEL

LF CH2

SLOPE

GF

H

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

LEVEL

100

90

10

0

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

LEVEL

100

90

10

0

Figure 21 : A n d’évitertoute erreur, avant d’exé-cuter la moindre mesurede fréquence, véri ezbien que le petit boutonplacé sur le sélecteur“Time/div.” est sur CAL.(mesure calibrée).

Figure 22 : Le bouton POSITION (en haut gure1) sert à déplacer le tracé horizontalement àl’écran, de droite à gauche et vice versa.

Figure 23 : Si le commutateur de “Trigger Source” ( ècheG) est sur EXT, pour synchroniser le signal apparaissant àl’écran, il faut appliquer un signal de synchronisme sur leconnecteur “EXT. TRIGGER”.



LE COURS


Figure 28 : Si le poussoir de “SLOPE” est sur “OFF”, soitnon enfoncé, le “Trigger” bloque le signal sur son frontde montée et vous verrez donc à l’écran le signal partirtoujours sur la demie onde positive.

Figure 29 : Si le poussoir de “SLOPE” est sur “ON”, soitenfoncé, le “Trigger” bloque le signal sur son front de des-cente et vous verrez donc à l’écran le signal partir toujourssur la demie onde négative.

Figure 26 : Si l’on maintient pressé le poussoir NORMAL etsi on tourne le petit bouton “LEVEL” vers +, on voit le pointde départ du signal se déplacer vers le haut. Si, gure 25,le tracé du signal partait du centre de l’écran, maintenantle tracé part de deux carreaux au dessus.

Figure 27 : Si l’on maintient pressé le poussoir NORMAL etsi on tourne le petit bouton “LEVEL” vers –, on voit le pointde départ du signal se déplacer vers le bas. Si, gure 25, letracé du signal partait du centre de l’écran, maintenant letracé part de deux carreaux au dessous.

TABLEAU 2 (base de temps et fréquence) Trigger Mode (voir èche H gure 23)Trigger Coupling (voir èche F gure 23)

Trigger Source (voir èche G gure 23).

Même si les commandes de “trigger” peuvent être dispo-sées de manière complètement différente de ce que montrela gure 23, les fonctions sont toujours les mêmes :

TRIGGER MODE (mode de sélection du “trigger” ou déclen-cheur) : cette indication est toujours reportée sur une séried’interrupteurs à poussoirs ( èche H gure 23) ou bien d’in-verseurs à leviers ainsi marqués : Auto - Normal - “Single”.

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

LEVEL

100

90

10

0

100

90

10

0

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

LEVEL

SLOPE

OFF

100

90

10

0

SLOPE

ON

100

90

10

0

Time/div. une onde entière occupe1 carreau 2 carreaux 4 carreaux

.5 s 2 Hz 1 Hz 0,5 Hz

.2 s 5 Hz 2,5 Hz 1,25 Hz

.1 s 10 Hz 5 Hz 2,5 Hz50 ms 20 Hz 10 Hz 5 Hz20 ms 50 Hz 25 Hz 12,5 Hz10 ms 100 Hz 50 Hz 25 Hz5 ms 200 Hz 100 Hz 50 Hz2 ms 500 Hz 250 Hz 125 Hz1 ms 1 KHz 500 Hz 250 Hz.5 ms 2 KHz 1 KHz 500 Hz.2 ms 5 KHz 2,5 KHz 1,25 KHz.1 ms 10 KHz 5 KHz 2,5 KHz

50 µs 20 KHz 10 KHz 5 KHz20 µs 50 KHz 25 KHz 12,5 KHz10 µs 100 KHz 50 KHz 25 KHz5 µs 200 KHz 100 KHz 50 KHz2 µs 500 KHz 250 KHz 125 KHz1 µs 1 MHz 0,5 MHz 0,25 MHz.5 µs 2 MHz 1 MHz 0,5 MHz

TIME VARIABLE (régulateur variable du temps) : au centredu bouton du sélecteur “Time/div.” se trouve toujours unsecond petit bouton, comme le montre la gure 21, per-mettant de faire varier, en manuel, la valeur de “Time/div.”.Cette commande est utilisée rarement, car en agissant sur

ce petit bouton les valeurs de “Time/div.” ne correspondentplus et donc, a n d’éviter les erreurs de lecture, faites ensorte que l’index de ce petit bouton soit toujours placé enposition CAL (mesure calibrée).

POSITION (position tracé horizontal) : ce bouton permet dedéplacer le tracé à l’écran de gauche à droite et vice versa,comme l’indique la èche de la gure 22.

Le “trigger” (déclencheur)dans l’oscilloscope

Le “trigger” dans l’oscilloscope est une commande permet-

tant de bloquer à l’écran le tracé du signal analysé. Sanscette commande, le tracé à l’écran ne serait pas xe, maisse déplacerait continuellement de gauche à droite et viceversa. Le “trigger” est toujours subdivisé en trois sectionsséparées, comme le montre la gure 23, qui en face avantsont indiquées :



LE COURS


Auto, signi e automatique : c’est le position la plus utiliséecar elle permet de bloquer à l’écran automatiquement le tracédu signal visualisé. Si le tracé à l’écran n’est pas xe, c’est qu’iln’est pas parfaitement synchronisé et donc, pour le xer, vousdevez agir sur le bouton “Level” (niveau), comme le montre la

gure 24.

Normal : c’est une position utilisée seulement pour desmesures particulières car, si l’on applique un signal surl’entrée, celui-ci n’apparaît pas tout de suite à l’écran. Pourle faire apparaître, il faut tourner le bouton “Level” jusqu’à

trouver la position où la èche apparaît.

Single, signi e balayage simple : c’est une commande uti-lisée seulement pour photographier des impulsions simples,en effet, si l’on presse ce poussoir on obtient un seul etunique balayage. Précisons que pour effectuer cette photo-graphie, il faut un appareil photo spécial pouvant être fournipar le constructeur.

TRIGGER SOURCE (source du déclencheur) : cette commande

permet de choisir la source de déclenchement et où l’adres-ser. Normalement les positions de ce commutateur sont (voir

èche G gure 23) : Normal - CH1 - CH2 - Line - Ext.

Normal : le signal de synchronisation est prélevé à l’inté-rieur de l’oscilloscope. Si l’on applique deux signaux surles entrées CH1 et CH2, pour synchroniser le signal ducanal CH1 nous devons presser dans le “Vertical Mode”le poussoir CH1, comme le montre la gure 9 et pour syn-chroniser le signal du canal CH2 dans le “Vertical Mode”le poussoir CH2.

CH1 : n’est synchronisé, c’est-à-dire xé, que le tracé dusignal appliqué sur CH1 ou entrée X.

CH2 : n’est synchronisé, c’est-à-dire xé, que le tracé dusignal appliqué sur CH2 ou entrée Y.

LINE (ligne secteur) : pour la synchronisation du signal onutilise la fréquence du secteur 230 V 50 Hz.

EXT (externe) : le synchronisme du tracé s’effectue par l’in- termédiaire d’un signal externe à appliquer sur le connecteur “EXT. Trigger Input”, comme le montre la gure 23.

TRIGGER COUPLING (couplage du déclencheur) : cette com-mande permet de sélectionner un de ces cinq types de cou-

plage : AC - DC - LF - HF - TV ( èche F gure 23) :

AC (courant alternatif) : le signal à visualiser est relié au“trigger” par un condensateur de façon à éliminer la com-posante continue.

DC (courant continu) : le signal à visualiser est relié directe-ment au “trigger” sans aucun condensateur.

LF (“Low Filter”, ltre passe-bas) : le signal passe à tra-vers un ltre atténuant les fréquences inférieures à environ5 kHz. Cette fonction est utilisée pour synchroniser dessignaux complexes, pour lesquels il faut éliminer toutes lesfréquences inférieures à environ 5 kHz.

HF (“High Filter”, ltre passe-haut) : le signal passe à traversun ltre atténuant les fréquences supérieures à 50 kHz.Cette fonction est utilisée pour synchroniser des signaux pourlesquels il faut éliminer toutes les fréquences supérieures àenviron 50 kHz.

TV : sert quand il faut se synchroniser sur les formes d’ondesdiverses et complexes présentes dans un téléviseur.

TRIGGER LEVEL(niveau du déclencheur) : ce bouton, comme

le montre la gure 24, est doté d’un index pouvant se placer enposition centrale, à gauche (signe –) ou à droite (signe +). Pourutiliser cette commande, il faut que le “Trigger Mode” soit enposition Normal, comme le montre la gure 25. En tournant lebouton “Level”, on peut faire varier le point de synchronisationsur le signal. Si le bouton est au centre, la synchronisation dusignal se produit au moment où le signal passe par zéro, commele montre la gure 25. En tournant le bouton vers le signe +, ondéplace le point de synchronisation vers le haut, comme le mon-

tre la gure 26. Si on le tourne vers le signe –, on le déplace versle bas, comme le montre la gure 27.

SLOPE (pente) : la fonction “Slope” permet de synchroniser ledéclencheur sur le front de descente ou sur le front de montéedu signal à visualiser, comme le montrent les gures 28 et 29.Sur certains oscilloscopes la fonction est activée par un poussoir,comme le montrent les gures 28 et 29.

Quand le poussoir est relâché, l’oscilloscope se synchronise surle front de montée et quand il est pressé sur le front de descente.Parfois, à côté du poussoir sont indiqués le symbole du front demontée et celui du front de descente associés au mot “IN”(pressé) ou au mot “OUT” (relâché).

Sur certains oscilloscopes vous pouvez trouver la commande dela fonction “Slope” avec le bouton “Level”, comme le montre la

gure 30. Dans ce cas, en tournant le bouton vers la gauche ou

vers la droite, la valeur du “Level” varie et la fonction “Slope” estactivée en tirant vers l’extérieur ou en poussant vers l’intérieurledit bouton. Une indication est présente sous le bouton pourmentionner les deux fonctions du “Slope” et précisément :

IN+ : signi e qu’en enfonçant le bouton (IN) on synchronisele signal sur le front de montée ou positif du signal,

OUT– : signi e qu’en tirant le bouton (OUT) on synchronisele signal sur le front de descente ou négatif du signal.

HOLD OFF (arrêt image) : ce bouton est utilisé pour arrêterl’image sur l’écran lorsque le signal à analyser est particulière-ment complexe. Normalement il est sur la position indiquée min,

comme le montre la gure 31. Quand il n’est pas possible d’ar-rêter l’image du signal par l’intermédiaire du poussoir Auto etdu bouton “Level”, comme le montre la gure 24, on a recoursà la commande “Hold-off” : dans ce cas, on part de la positionmin et on commence à tourner progressivement le bouton de“Hold-off” jusqu’à obtenir à l’écran l’image xe du signal.

Figure 31 : Quand le signal ne peut êtresynchronisé au moyen du poussoir AUTO,comme le montre la gure 24, alors il fautrecourir au bouton “HOLD-OFF”.

HOLDOFF

MIN

Figure 30 : Sur certains oscilloscopes le “SLOPE” est intégréau bouton “LEVEL”. Si l’on enfonce le bouton (“IN”), le signalest synchronisé sur le front de montée et si l’on tire le bouton(“OUT”), il l’est sur le front de descente.

OUT

LEVEL

SLOPESLOPE SLOPE

IN

( IN OUT )



LE COURS


CH1 = entrée axe XCH2 = entrée axe Y

servant à entrer avec le signal que nous désirons visualiser àl’écran ; ces connecteurs reçoivent (bien sûr) les BNC mâlessituées au bout du câble coaxial de la sonde. Bien qu’extérieure

à l’oscilloscope proprement dit, la sonde en est une partie inté-grante.

Comme le montre la gure 3, elle est constituée d’une pointede touche sur laquelle on clipse un capuchon pourvu d’uncrochet ou d’une pince servant à s’accrocher à un picot (par

L E Ç O

N N °

4 7 - 2

N I V E

A U 3

Comment utiliser

l’oscilloscopeComment mesurer des tensions continues

avec l’oscilloscopeHabituellement, pour mesurer les tensions continues Vcc(ou VDC) on se sert d’un multimètre, mais peut-êtrene savez-vous pas qu’il est possible d’utiliser votreoscilloscope pour mesurer, avec une excellente précision,la valeur d’une tension, décimales comprises : cetteLeçon est consacrée à ce type de mesure (nous vous yapprendrons, entre autre, à régler le petit ajustable situésur la BNC de la sonde).

A près vous avoir enseigné, dans la première partie decette Leçon, les fonctions remplies par les diversescommandes de la face avant de tout oscilloscope

classique, nous allons poursuivre dans la deuxième par ladescription d’un de ses accessoires essentiel appelé sonde(voir gure 1).

La sonde

En face avant de tout oscilloscope se trouvent deux BNCfemelles (voir gure 4) notées CH (pour “channel”, canal) :



LE COURS


Figure 1 : Quand vous achetez un oscilloscope on vous fournit une sonde pouvant avoir une atténuation x1 (pas d’atténua-tion ou atténuation nulle, le signal sur la pointe de touche est égal au signal arrivant à l’entrée de l’oscilloscope) ou x10(atténuation par dix, le signal sur la pointe de touche a une amplitude dix fois supérieure au signal arrivant à l’entrée del’oscilloscope) ou encore les deux, commutables à l’aide d’un petit inverseur x1-x10 (voir gure 23).

Figure 2 : Face avant d’un oscilloscope standard. Les èches lettrées indiquent les fonctions.

A = connecteurs BNC d’entrée pour le CH1 comme pour le CH2B = sélecteur pour coupler le signal d’entrée en AC-GND-DC ( gure 12)C = sélecteur pour faire varier la sensibilité d’entrée du canal CH1 et du canal CH2D = poussoirs pour sélectionner séparément le canal CH1-CH2 ou les deuxE = sélecteur de “Time/div.” ou base de temps ( gure 15 et Tableau 2)F = sélecteur pour le choix du couplage du “Trigger Coupling”G = sélecteur pour choisir la source du “Trigger” et où l’adresserH = sélecteur pour sélectionner la fonction Auto-Normal-”Single” du “Trigger”.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

POSITION

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

NORM

EXT

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT Y

G ND D CAC

mV

POSITION

CH.2

CH.1

CHOP

MODE

ALT.

CH1

LINE

AC

TV

DC

HF

SOURCECOUPLING

C A L

EXT TRIGGER

LEVEL

CH2

POWER

INTENSITY FOCUSSCALEILLUM.CAL.

0,5 V.

LF CH2

SLOPE

A B

C

E

H

A B

C

F G

D

HOLDOFF

MIN



LE COURS


exemple un point de test PT) ou une extrémité de composant(par exemple une queue de résistance ou de condensateur,etc.) pour y prélever le signal. La pointe de touche est reliée àla BNC mâle au moyen du câble coaxial souple de un mètre etdemi de longueur et un petit morceau de l isolé assorti d’unepince croco sort sur le côté de la pointe (relié à la tresse demasse il permet la connexion à la masse du circuit à tester).Bien sûr, si l’on oublie de xer cette pince crocodile à un pointdu circuit relié à la masse, la sonde ne fonctionnera pas et on nepourra effectuer aucune mesure ! Quand vous avez acheté votreoscilloscope (où quand cela vous arrivera), on vous a donné unesonde standard x1 : donc l’amplitude du signal appliqué sur lapointe de touche arrive sur l’entrée de l’oscilloscope telle quelle(sans subir aucune atténuation).Mais on trouve, en option, d’autres types de sondes présentant,elles, des atténuations du signal : x10 ou x1 - x10. Une sonde x1(voir gure 5) achemine vers l’entrée de l’oscilloscope un signalnon atténué, c’est-à-dire dont l’amplitude est restée inchangée.Une sonde x10 (voir gure 6) achemine un signal dont l’amplitudeest dix fois moindre (atténuation par 10) : pour cela on a insérédans la sonde une résistance de 9 M, si bien que l’impédanced’entrée de l’oscilloscope n’est plus de un mégohm mais de 1+9 = 10 M. Rappelons que l’impédance d’entrée standard d’unoscilloscope est d’un mégohm.

La sonde x1 - x10 (voir gure 7) est dotée d’un petit inverseur(voir gure 3) : en position x1 le signal n’est pas atténué et

en position x10 son amplitude est divisée par dix. C’est une

sonde assez universelle d’emploi car, si le signal n’est quede quelques millivolts, on la met en position x1 et, s’il est parexemple de 40 Vpp (tension faisant sortir la trace de l’écran),on met l’inverseur sur x10.

Avant d’effectuer une mesure, il faut donc toujours regar-der si l’inverseur est sur x1 ou x10 et le disposer enfonction de l’amplitude que l’on s’at tend à mesurer : sivous voulez par exemple mesurer la tension alternative50 Hz sortant du secondaire d’un transformateur, si vousavez disposé le sélecteur de l’oscilloscope :

Time/div en position 5 millisecondesCH1- axe X en position 2 V/div

et si l’écran visualise une onde sinusoïdale atteignant 4 car-reaux (voir gure 8), si l’inverseur est sur x1 vous obtiendrezun signal de 4 x 2 = 8 Vpp, alors que s’il est sur x10 ellene dépassera pas le demi carreau (voir gure 9).

Pour visualiser un signal de la même amplitude que celleque nous avions avec l’inverseur sur x1, nous devons pla-cer le bouton V/div de l’oscilloscope sur 0,2 Vpp au lieude 2 Vpp (voir gure 10). Nous avons exprimé la valeuren Vpp car, lorsque nous visualisons un signal alternatif,nous mesurons toujours la valeur entre le pic maximalnégatif et le pic maximal positif (voir la Leçon à venir

concernant la mesure des signaux alternatifs).

x 1 x 10

VIS DE CALIBRATION

ATTENUATION

CAPUCHON

x 1 x 10PINCE CROCODILE POUR LA MASSE

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT Y

GND DCAC

mV

POSITION

CH.2

CH.1

CHOP

MODE

ALT.

CH2

Figure 3 : Sur le “stylo” de la sonde un petit inverseur permetde sélectionner l’atténuation x10 ou l’absence d’atténuationx1. Sur la BNC mâle une vis permet de régler la calibration surla portée x10 (voir gure 11).

Figure 4 : En face avant, surtous les oscilloscopes, se trou-

vent deux connecteurs d’entréefemelles CH1 input X et CH2input Y recevant les BNC mâlesdes sondes (voir gure 3).



LE COURS


Figure 5 : Si votre sonde ne comporte que l’indication x1, le signal acheminé à l’entrée de l’oscilloscope a la même amplitudeque celui présent sur la pointe de touche.

bref la vis de calibration de la sonde (voir gure 11) jusqu’àce qu’elles soient impeccables.

Si vous ne voyez aucune onde carrée

Si, bien que vous ayez placé le sélecteur de CH1 sur 0,1 V/div,ou bien sur 10 mV/div et l’inverseur de la sonde sur x10, vousne voyez aucune onde carrée à l’écran, vous devez contrôlerque les commandes sont sur les bonnes positions :

(Vertical) MODE = sous cette indication vous trouvez despoussoirs disposés verticalement (voir gure 4). Pour visua-

liser les ondes carrées, pressez le poussoir CH1.

Attention, ces poussoirs MODE peuvent se trouver aussibien ailleurs sur la face avant (tout dépend du modèle d’os-cilloscope que vous possédez).

Trigger MODE = sous cette indication vous trouvez des pous-soirs placés horizontalement, comme le montre la gure 17.Pour visualiser les ondes carrées, pressez le poussoir AUTO.

Trigger SOURCE = sur cette indication vous trouvez unsélecteur, comme le montre la gure 17 : ce sélecteur està placer sur NORM (normal). Attention, à la place de NORMon peut trouver INT (internal).

Une sonde économique

Les sondes pour oscilloscope étant très chères, vous vousdemandez sans doute s’il est possible de les construiresoi-même. Eh bien oui, on le peut, en utilisant du câble

x 1

La calibration de la sonde

Sur la face avant de tout oscilloscope se trouve un petitpicot (voir gure 11) repéré par l’abréviation CAL et servantà régler l’ajustable situé dans la BNC mâle de l’extrémitédes sondes x10 ou x1-x10. De ce picot sort un signal carréde 1 kHz (normalement) dont l’amplitude varie selon lamarque et le modèle de l’oscilloscope (0,2 Vpp ou 0,5Vpp ou même 2 Vpp). Supposons que votre oscilloscopeprésente au point CAL une valeur de 0,5 Vpp ; vous devrezpositionner :

- le sélecteur CH1 sur 0,1 V/div

- le sélecteur Time/div sur 0,2 milliseconde- l’inverseur de la sonde sur x1- le sélecteur AC-GND-DC sur AC- l’inverseur Trigger Mode sur Auto (voir figure 17)- l’inverseur Trigger Source sur NORM (voir figure 17)- l’inverseur Vertical Mode sur CH1 (voir figure 17).

Connectez la sonde au point CAL : à l’écran deux signauxcarrés apparaissent, atteignant une amplitude de 5 car-reaux, comme le montre la gure 12.

Si vous mettez l’inverseur de la sonde sur x10, l’amplitude est divisée par dix et donc, pour le visualiser à nou-veau avec la même amplitude, il faudrait placer le sélec-

teur CH1 sur 10 mV/div (voir gure 13).

Ainsi les ondes carrées seront parfaites. Si en revanchevous les voyez déformées, comme le montrent les gures14 et 15, tournez avec un petit tournevis la vis d’ajustement(ou de compensation, les deux se dit ou se disent ma foi),

Figure 6 : Si votre sonde comporte l’indication x10, le signal acheminé à l’entrée de l’oscilloscope a une amplitude dix foisinférieure à celui présent sur la pointe de touche.

x 10 9 mégohms

Figure 7 : Si votre sonde comporte les deux indications x1-x10 et un inverseur permettant de commuter ces deux portées,le signal acheminé à l’entrée de l’oscilloscope aura (en position x1) la même amplitude que celui présent sur la pointe detouche ou bien sera (en position x10) atténué d’un facteur dix.

x 1 x 10x 1

x 10

9 mégohms



LE COURS


Figure 8 : Si l’écran visualise un signal sinusoïdal atteignant une amplitude de 4 carreaux est si le bouton V/div est sur 2 V/div, l’amplitude du signal est de 4 x 2 = 8 Vpp.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

1 0 0

9 0

1 0

0

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

x 1 x 10

Figure 9 : Si l’amplitude du signal est inférieure à un demi carreau, véri ez que l’inverseur de la sonde n’est pas en positionx10 (si c’est le cas, mettez-le sur x1).

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

1 0 0 9 0

1 0 0

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

x 1 x 10

Figure 10 : Si l’inverseur de la sonde est sur x10, pour visualiser encore 4 carreaux, vous devez déplacer le bouton V/divde 2 V/div vers 0,2 V/div.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

1 0 0

9 0

1 0

0

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

25

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

x 1 x 10

Mesure des tensions continues

Comme tous les oscilloscopes ont un amplificateur à gainparfaitement calibré dont la sensibilité peut être modifiéepar le bouton V/div, ils peuvent mesurer les tensions con-

tinues aussi bien qu’un voltmètre cc. Avant de mesurer ces tensions, vous devez disposer les commandes ainsi :

coaxial n et souple, une BNC mâle et une banale pointede touche !

A condition toutefois de ne pas omettre de relier à la tressede blindage du câble coaxial, au voisinage immédiat de lapointe, un morceau de l isolé terminé par une pince croco(avec laquelle vous mordrez un point de masse du circuiten examen).



LE COURS


Figure 11 : En face avant de tout oscilloscope se trouve unpicot (ou point test) CAL d’où sort un signal carré servant àrégler la petite vis de calibration située dans la BNC mâle dela sonde (voir gure 3).

Trigger MODE = sous cette indication vous devez presser lepoussoir AUTO (voir gure 17).

Trigger SOURCE = près de cette indication vous trouvez unsélecteur (voir gure 17) que vous devez placer sur NORM(INT sur certains appareils).

Time/div = placez ce bouton sur 1 milliseconde (voirgure 18). Mais pourquoi placer Time/div sur 1 millise-

conde alors que nous allons mesurer une tension conti-nue ? Eh bien, cela permet d’avoir une trace horizontaleparfaitement continue à l’écran.

(Vertical) MODE = près de cette indication se trouvent despoussoirs (presque toujours verticaux, voir gure 17) servant

CAL.

0,5 V.

VIS DE CALIBRATION

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

CAL.

0,5 V.x 1

x 1 0

x 1Figure 12 : Si l’on place le bouton Time/div sur la position 0,2milliseconde et le bouton V/div sur 0,1 V/div, deux ondescarrées apparaissent à l’écran (elles n’ont une amplitude de 5carreaux que si sur le point CAL se trouve un signal de 0,5 V et si l’inverseur de la sonde est sur x1).

.2.51

2

510

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

510

2050

.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

CAL.

0,5 V.x 1

x 1 0

x 10

Figure 13 : Si l’inverseur de la sonde est sur x10 et si vous voulez voir un signal de la même amplitude que sur la gure12, vous devez déplacer le sélecteur CH1 de 0,1 V/div vers10 mV/div, de manière à augmenter la sensibilité.



LE COURS


Figure 16 : Si la face avant de votre propre oscilloscopen’est pas exactement identique à celle-ci, elle comporteranéanmoins forcément les mêmes commandes (décritesdans cette Leçon).

à sélectionner l’entrée de l’oscilloscope que nous voulonsutiliser : nous avons choisi CH1, entrée util isée pour cesmesures.

Sélecteur AC-GND-DC = ce sélecteur, correspondant à l’en- trée CH1, est placé initialement sur GND (voir gure 21) a nde court-circuiter l’entrée.

Bouton déplacement vertical = ce petit bouton est àmanœuvrer de manière à positionner la trace horizontale aucentre de l’écran. Dans cette position nous pouvons mesu-rer n’importe quelle tension continue, même si nous nesavons pas si sa polarité est positive ou négative. Si, aprèsavoir placé le sélecteur de CH1 sur DC (tensions continues,voir gure 22), nous exécutons une mesure de tension etnous voyons que la trace horizontale se déplace vers lehaut, nous pouvons être assuré que la tension présente surla pointe de touche est positive ; en revanche si la tracehorizontale se déplace vers la bas, la polarité de la tensionsur la pointe de touche est négative (voir gure 23).

Sélecteur V/div de CH1 = si nous connaissons approximativement la tension que nous devons mesurer, positionons tout de suite le bouton V/div en pensant que, la trace hori-zontale étant au centre, nous ne disposons que de quatrecarreaux pour les tensions positives et quatre pour les néga-

tives. Si nous ne la connaissons pas, plaçons le bouton

V/div sur 5 V/div.

Figure 14 : Si vous connectez la sonde au point CAL, vous visualiserez des ondes carrées déformées (enréglant la vis de calibration avec un tournevis, vousobtiendrez un signal parfait).

Figure 15 : Si vous tournez trop rapidement la vis deréglage, le signal sera déformé de manière différente (ilconviendra de revenir tout doucement en arrière pourobtenir un signal carré parfait).

Attention , avant d’effectuer une mesure, contrôlez toujoursque le petit bouton situé sur le sélecteur V/div est sur la posi-

tion CAL, comme le montre la gure 24, sinon vous risquez defaire une erreur de mesure.

Un exemple de mesure cc

Supposons par exemple que nous voulions mesurer une ten-sion de 9 V. Nous savons déjà quelle est la valeur maximalede la tension à mesurer : plaçons le sélecteur d’entrée V/divde CH1 sur 5 V/div (voir gure 25).

Le choix de cette portée implique que chaque carreau vertical correspond à 5 V si l’inverseur de la sonde est sur x1.Avant de mesurer une tension, pensez bien à déplacer lelevier du sélecteur AC-GND-DC de GND vers DC, c’est-à-dire

tensions continues (voir gure 22). En mesurant la tensiond’une pile de 9 V, nous voyons la trace horizontale se dépla-cer vers le haut de :

9 : 5 = 1,8 carreau (voir gure 26).

Pour trouver les décimales

Si à la place d’une pile de 9 V nous en prenons mainte-

nant une autre légèrement déchargée, dont la tensionn’est plus que de 8,8 V ou 8,5 V, il va nous falloir éva-luer précisément sa tension avec les décimales. Pourcela nous allons utiliser la croix graduée située au centrede l’écran : elle subdivise chaque carreau (verticalementcomme horizontalement) en cinq parties (nous ne voyonsque quatre traits car le cinquième est confondu avec lalimite du carreau, voir gure 19).

En fonction de la portée choisie avec le bouton V/div, cha-cune de ces parties aura la valeur indiquée dans le Tableau1 gure 20.

Attention , si l’inverseur de la sonde est sur x10, la valeur

de chaque partie est multipliée par dix.

Si nous mesurons une pile de 9 V parfaitement chargée avecle sélecteur d’entrée CH1 sur 5 V/div (voir gure 25), la tracehorizontale se déplace vers le haut d’un carreau complet, cequi correspond à une tension de 5 x 1 = 5 V, plus 4 parties



LE COURS


Figure 17 : Si vous utilisez l’entrée CH1, pressez le poussoirCH1 en Vertical Mode, puis le poussoir Auto en Trigger Modeet en n placez le levier de Trigger Source sur Normal.

Si nous regardons sur le Tableau 1 nous voyons que ladeuxième partie vaut 0,8 V et la troisème 1,2 V : si on faitla somme de ces deux dernières valeurs et si on divise pardeux on obtient (0,8 + 1,2) : 2 = 1 V et en ajoutant à la valeur“pleine” de 8 V, cela fait bien : 5 + 4 = 9 V.

Si on ne dispose pas du Tableau 1Le Tableau 1 nous permet de connaître directement la ten-sion de chaque partie du carreau en fonction de la positiondu sélecteur d’entrée CH1. Si nous ne l’avons pas sousles yeux, nous pouvons nous en tirer très bien grâce à unpetit “truc” : il suf t de se souvenir que toutes les décimalesdoivent être multipliées par 5. En voici deux exemples.

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODECH.2

CH.1

CHOP

(VERTICAL)MODE

ALT.

NORM

EXT

CH1

LINE

(TRIGGER)SOURCE

CH2

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

V/div 1 ° partie 2 ° partie 3 ° partie 4 ° partie 5 ° partie

0,4 mV 0,8 mV 1,2 mV 1,6 mV 2,0 mV

1,0 mV 2,0 mV 3,0 mV 4,0 mV 5,0 mV

2,0 mV 4,0 mV 6,0 mV 8,0 mV 10 mV

4,0 mV 8,0 mV 12 mV 16 mV 20 mV

10 mV 20 mV 30 mV 40 mV 50 mV

0,02 V 0,04 V 0,06 V 0,08 V 0,1 V

0,04 V 0,08 V 0,12 V 0,16 V 0,2 V

0,1 V 0,2V 0,3 V 0,4 V 0,5 V0,2 V 0,4 V 0,6 V 0,8 V 1,0 V

0,4 V 0,8 V 1,2 V 1,6 V 2,0 V

1,0 V 2,0 V 3,0 V 4,0 V 5,0 V

2 mV

5 mV

10 mV

20 mV

50 mV

0,1 V

0,2 V

0,5 V1 V

2 V

5 V

(ces dernières étant les décimales). Si nous regardons sur

le Tableau 1, nous voyons que la quatrième partie vaut 4 V,ce qui fait bien : 5 + 4 = 9 V.

Si nous mesurons maintenant la même pile de 9 V avecle sélecteur de CH1 sur 2 V/div (voir gure 26), nousvoyons la trace horizontale se déplacer vers le haut de 4carreaux complets, ce qui correspond à une tension de 4x 2 = 8 V, plus 2,5 parties (ce sont des décimales).

Figure 19 : La croix graduée située au centre de l’écran permet d’évaluer les décimales d’une tension. En effet, chaque carreauest verticalement divisé en 5 parties. En fonction du réglage du bouton V/div, chaque partie vaut une tension qu’indique leTableau 1 ci-après (voir gure 20).

100

90

10

0

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

mV

Figure 20 : Ce Tableau donne la valeur de cha-que partie de la croix située au centre del’écran. Attention, si l’inverseur de la sondeest sur x10, toutes les valeurs doivent êtremultipliées par dix.

Figure 18 : Pour les mesu-res en cc, il faut placer lebouton Time/div sur 1 milli-seconde, car cela visualise

une trace horizontale parfai-tement continue.



LE COURS


G ND D CAC

POSITION

Figure 21 : Avant d’effectuer une mesure de tensioncontinue, nous vous conseillons de placer le levier du

sélecteur AC-GND-DC sur GND et de tourner ensuite lebouton Position jusqu’à ce que la trace se place exac-tement au centre de l’écran.

TENSION POSITIVE

GND DCAC

POSITION

Figure 22 : Quand ceci est fait (voir gure 21), vouspouvez mettre le sélecteur sur DC et si la trace sedéplace vers le haut, c’est que la tension appliquéeest positive.

TENSION NEGATIVE

GND DCAC

POSITION

Figure 23 : Si elle se déplace vers le bas, c’est qu’enrevanche elle est négative. Le bouton V/div est à régleren fonction de la tension que vous voulez mesurer.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

mV

Figure 24 : Avant d’effectuer unemesure de tension, tournez le petitbouton situé au centre du commuta-teur V/div en position CAL (calibra-tion) a n de ne commettre aucuneerreur de mesure. Attention, si l’in-

verseur de la sonde est sur x10,

la tension trouvée avec le bouton V/div doit être multipliée par dix.

Premier exemple : mesurons une pile de 9 V avec le sélecteurd’entrée CH1 sur 5 V/div (voir gure 25). La trace horizontalese déplace vers le haut de 9 : 5 = 1,8 carreau, ce qui corres-pond à un carreau entier et 0,8 x 5 = 4 parties (et en effet, la

trace se place sur la quatrième partie).

Second exemple : mesurons une pile de 9 V avec le sélecteurd’entrée CH1 sur 2 V/div (voir gure 26). La trace horizontalese déplace vers le haut de 9 : 2 = 4,5 carreaux, ce qui corres-pond à 4 carreaux entiers et 0,5 x 5 = 2,5 parties (et en effet,la trace se place estntre la deuxième et la troisème partie).

La mesure des tensions inconnues

Pour mesurer les tensions cc inconnues, nous vous con-seillons de programmer les commandes ainsi :



LE COURS


Supposons par exemple que sur la portée 1 V/div la tracese déplace de 7 carreaux plus 3 parties vers le haut (voir

gure 27), nous pouvons calculer tout de suite la tensionexacte : 7 x 1 = 7 V à laquelle il faut ajouter les 3 partiesdécimales en utilisant le Tableau 1 (la troisème partie vaut0,6 V), ce qui fait 7 + 0,6 = 7,6 V. Mais comme l’inverseurde la sonde est sur x10, il faut multiplier cette tension pardix, ce qui fait :

7,6 x 10 = 76 V.

En conclusion nous pouvons dire que les mesures de ten-sions effectuées avec l’oscilloscope sont très sûres.

- le sélecteur CH1 sur 5 V/div- le sélecteur Time/div sur 1 milliseconde- le sélecteur AC-GND-DC sur GND- l’inverseur Trigger Mode sur Auto- l’inverseur Trigger Source sur NORM

puis de placer l’inverseur de la sonde sur x10 et de caler la tracehorizontale au bas de l’écran à l’aide du bouton Position.

Si la trace ne se déplace pas vers le haut, c’est que la tension inconnue mesurée est inférieure à 5 V/div.

Au lieu de déplacer l’inverseur du poussoir de x10 à x1, tournez le bouton des V/div vers une portée inférieure, soit2 V/div puis éventuellement encore inférieure.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

CH1

mV

POSITION

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

CH1

mV

POSITION

x 1 x 10

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

mV

GND DCAC

Figure 27 : Pour mesurer des ten-sions cc de valeurs inconnues,mettez l’inverseur de la sondesur x10 et situez la trace hori-zontale tout en bas de l’écranavec le bouton Position. Placezd’abord le bouton V/div sur 5

V/div et augmentez progressivement la sensibilité jusqu’à visualiser une trace ne sortantpas de l’écran. Puis comptez de

combien de carreauxla trace s’est dépla-cée et multipliez cenombre par la valeur

V/div.

Figure 26 : Si vous avez placé le sélecteur V/div sur2 V, la trace d’une tension de 9 V se déplace versle haut de 4,5 carreaux (pour ne pas la faire sortirde l’écran, vous devez la faire partir du bas).

Figure 25 : Si vous avez placé le sélecteur V/div sur5 V et si en mesurant une tension cc la trace sedéplace vers le haut de 1,8 carreau, la tension aune valeur de 1,8 x 5 = 9 V.



LE COURS


La mesure des tensions alternatives à 50 Hz

Avant d’effectuer une mesure de tension alternative à50 Hz, vous devez régler les commandes de l’oscilloscopecomme suit :

- Trigger MODE (voir figure 1) = sous cette indication pres-

sez la touche Auto.

- Trigger SOURCE (voir figure 2) = à cette indication cor-respond un sélecteur que vous devez positionner surNorm (Normal). Sur certains oscilloscopes on trouve Int(Internal).

L E Ç O

N N °

4 7 - 3

N I V E

A U 3

Comment utiliser

l’oscilloscopeComment mesurer des tensions

alternatives de 50 Hz avec l’oscilloscope

Étant donné que l’oscilloscope nous permet de visualiserà l’écran n’importe quelle forme d’onde, qu’elle soit

sinusoïdale, triangulaire ou carrée, il est un excellentinstrument pour la mesure des tensions alternatives. CetteLeçon vous apprendra comment mesurer l’amplitude d’uneonde et comment convertir les Vpp en Veff.

N ous poursuivons nos leçons dédiées à l’oscilloscopeavec, cette fois, la mesure des tensions alternativesà une fréquence de 50 Hz. Mais pourquoi se servir

d’un oscilloscope alors qu’un simple multimètre réglé enposition AC («Alternate Current») fait par faitement l’affaire? Eh bien parce que l’oscilloscope permet de préciser si la

tension alternative mesurée est celle d’une onde sinusoï-

dale ou bien triangulaire ou encore carrée et si le signalest parfait ou bien déformé par des auto-oscillationsou des distorsions. De plus, l’oscilloscope nous permetde connaître la valeur de la tension continue que nousobtiendrions si nous redressions ce signal et sa fréquenceexacte.



LE COURS


- Time/div (voir figure 3) = quand on mesure une tensionalternative de 50 Hz, il faut positionner ce bouton sur laportée 10 ms et ainsi cinq sinusoïdes complètes sontvisualisées à l’écran.Si la fréquence du signal alternatif à mesurer était de 1 kHz,pour visualiser cinq sinusoïdes complètes, vous devriez pla-cer ce bouton sur la portée 0,5 ms.

- Vertical MODE (voir figure 4) = près de cette indicationse trouvent des poussoirs (presque toujours en ligne ver-

ticale) servant à sélectionner l’entrée de l’oscilloscopeque vous désirez utiliser. Comme on utilise normalementl’entrée CH1, pressez le poussoir CH1.

- Sélecteur AC-GND-DC (voir figure 5) = ce sélecteur ducanal CH1 est positionné normalement sur GND de façonà court-circuiter l’entrée.

- Bouton déplacement vertical = ce petit bouton sert à pla-cer la trace horizontale au centre de l’écran, comme lemontre la figure 5.

- Sonde oscilloscope = il est conseillé de positionner l’inver-seur de la sonde sur x10, comme le montre la figure 6.

- Sélecteur V/div de CH1 = si vous connaissez à peu prèsla valeur de la tension que vous vous apprêtez à mesurer,vous pouvez placer le bouton des V/div sur la portée adé-quate, sans oublier que, si la trace horizontale est placéeau centre de l’écran, vous aurez un total de huit carreauxdisponibles, quatre pour les demi ondes positives et qua-

tre pour les négatives. Si vous ne connaissez pas cettevaleur, mettez le sélecteur V/div sur la portée maximale,soit 5 V/div, comme le montre la figure 7.

Important : avant de positionner ce bouton sur V/div, souve-nez-vous que les V d’une tension alternative ne correspondentpas à ceux que vous liriez sur un multimètre quelconque, carle multimètre lit les Veff (tension ef cace) et l’oscilloscope lesVpp (tension crête-crête), comme le montrent les gures 16,17 et 18.

Par conséquent, si vous lisez 12 V sur un multimètre (voirgure 8), sur l’écran de l’oscilloscope vous verrez les sinusoï-

des atteindre une amplitude de 33,9 Vpp, en effet :

12 x 2,828 = 33,9 V.

Si le multimètre indique 30 V alternatifs, l’écran visualiserades sinusoïdes de :

30 x 2,828 = 84,8 V.

Nous vous expliquerons plus bas quelle est la différenceentre les deux valeurs de tension Veff et Vpp.

Un exemple de mesure AC

Après avoir mis le sélecteur AC-GND-DC sur GND (voir gure5) et agit sur le petit bouton de déplacement de la courbeverticalement de façon à la placer au centre de l’écran, avant

d’exécuter une quelconque mesure, n’oubliez pas de fairepasser le sélecteur de GND à AC (voir gure 7).

Si vous avez un transformateur secteur 230 V/12 V sousla main, contrôlez la tension du secondaire avec un mul-

timètre et avec l’oscilloscope.

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODE

Figure 1 : Pour visualiser unetrace parfaitement stable,pressez le bouton AUTO du Trig-ger Mode.

NORM

EXT

CH1

LINE

(TRIGGER)SOURCE

CH2Figure 2 : Pour synchroniser lesignal, mettez la touche du Trig-ger Source en position NORM.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

Figure 3 : Pour mesurerune tension AC de 50Hz, mettez le sélecteurTime/div sur la position10 ms.

CH.2

CH.1

CHOP

(VERTICAL)MODE

ALT.

Figure 4 : Dans le Vertical Mode,pressez le poussoir du canal que vous voulez visualiser (c’est-à-direl’entrée CH1 ou bien CH2).

Important : quand vous reliez les ls du secteur 230 V auprimaire de ce transformateur, pensez à les manipuler avecdes pinces et un tournevis isolés, à ne pas y mettre les doigtset à les isoler (gaine thermorétractable ou ruban plastique),car le contact du corps humain avec cette tension peut êtremortel !

Si vous possédez un transformateur dont les primaire etsecondaire ne sont pas identi és, repérez l’enroulementutilisant le l le plus n : c’est le primaire (le l de l’enrou-lement secondaire est bien plus gros). Après avoir mis leprimaire sous tension, lisez avec un multimètre à aiguille ou



LE COURS


numérique la tension du secondaire 12 V, comme le montrela gure 8. Pour exécuter cette mesure à l’oscilloscope, vousdevez procéder comme le montre la gure 9.

Sélecteur V/div du canal CH1 sur 5 V/div, inverseur de lasonde sur x10 (voir gure 6) : chaque carreau vertical cor-respond à une tension de 5 x 10 = 50 V. La tension alter-native de 12 Veff correspondant à une amplitude de 33,9Vpp (voir gure 16), les sinusoïdes visualisées à l’écran

n’occuperont qu’un demi carreau. Pour les développer,adoptez l’une des solutions suivantes :

- mettez l’inverseur de la sonde sur x1 et maintenez lesélecteur V/div du canal CH1 sur 5 V/div.

- maintenez l’inverseur de la sonde sur x10 et réglez lesélecteur V/div du canal CH1 sur 0,5 V/div.

La première solution vous simpli era tous les calculs car,en fonction du nombre de carreaux et de parties, vouspourrez tout de suite connaître la tension Vpp.

Si vous mesurez la tension alternative de 12 Veff, soit33,9 Vpp, l’écran visualisera des sinusoïdes dépassant

légèrement six carreaux, comme le montre la gure 12.

Si vous déplacez légèrement ces sinusoïdes sur la premièreligne du bas à l’aide du bouton de Position (voir gure 13),vous verrez leur extrémité supérieure dépasser le 6ème car-reau de quatre parties. Le sélecteur de l’entrée CH1 étantsur 5 V/div, cela nous fait une tension de :

6 x 5 = 30 V.

Reste les quatre parties. Vous savez qu’en fonction duréglage du bouton des V/div chaque partie a une valeurdéterminée que donne le Tableau 1. Sur la portée 5 V, la4ème partie correspond à 4 V, ce qui fait en additionnant

30 + 4 = 34 V

au lieu des 33,9 V attendus (la petite différence constitue une tolérance vraiment inférieure à celle d’un multi-mètre à aiguille).

GN D DCAC

POSITION

x 1 x 10

Atténuateur

x 1 x 10

Pince croco de masse

Figure 7 : Si vous connaissez approximativement la valeurde la tension alternative à mesurer, vous pouvez tout desuite choisir la portée adéquate avec le sélecteur V/div.Les nombres marqués autour du sélecteur (5-2-1-0,5 etc.)indiquent les V/carreau quand l’inverseur de la sonde estsur x1. Donc, sur la portée 5 V (la sonde étant sur x1), vouspouvez mesurer une valeur maximale de tension de 40 Vpp; sur x10 une valeur maximale de 400 Vpp.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

CH1

mV

POSITION

GND DCAC

Figure 5 : Pour placer la trace au centre de l’écran,mettez le sélecteur AC-GND-DC en position GND puistournez le petit bouton Vertical Position pour le réglersur AC (voir gure 7).

Figure 6 : Pour mesurer des tensions alter-natives supérieures à 40 Vpp, il faut placerl’inverseur de la sonde sur la position x10.



LE COURS


récipient) et qui atteignent ainsi une certaine hauteur ; la tension Veff est comme la quantité d’eau que l’on obtientquand la glace des deux cônes a fondu (bien sûr la hauteurd’eau est inférieure à la hauteur de glace).

Eh bien, en terme l’électricité, la hauteur Veff est inférieureà la hauteur Vpp de 2,828 fois si le signal est une ondesinusoïdale. Comme le montre la gure 14, la sinusoïdeoccupe une amplitude de six carreaux à l’écran et la portéesélectionnée étant de 5 V/div (voir gure 7), pour connaîtrela tension lue sur un multimètre Veff, il faut diviser Vpp parce nombre :

(6 x 5) : 2,828 = 10,6 volts ef caces.

A l’inverse, si l’on veut connaître la Vpp d’une tension alter-native quand le multimètre utilisé af che 45 Veff, il fautmultiplier par ce nombre :

45 x 2,828 = 127,26 volts pic-pic.

Comme la tension maximale que l’on peut visualiser àl’écran est de 40 V, quand on est sur la portée 5 V/div et

Tension efficace Veffet tension crête-crête Vpp

Quand on utilise l’oscilloscope comme voltmètre pourmesurer des tensions alternatives, il faut savoir qu’ilvisualise à l’écran des ondes sinusoïdales, triangulairesou carrées complètes.

En lisant le nombre de carreaux compris entre le maximum(pic ou crête) positif et le maximum (pic ou crête) négatif (voir gure 14), on obtient une valeur de tension de crêteà crête (ou de pic à pic) Vpp nettement supérieure à lavaleur de la tension ef cace Veff que vous pouvez lire surun multimètre analogique ou numérique (les Veff sontexprimés également par l’expression anglaise VRMS, pour«Root Mean Square»).

A n de vous faire bien comprendre la différence entre tension crête-crête Vpp et tension ef cace Veff, nous vousproposons une analogie, qu’illustre la gure 15 : la tensionVpp est comme deux cônes de glace (un positif, l’autrenégatif) mis l’un sur l’autre en sens inverse (placés dans un

Figure 8 : Si vous mesurez la tension issue dusecondaire d’un transformateur secteur 230 V/12 V avec un multimètre, il af chera 12 V puisqu’il litles Veff (tension ef cace).

Figure 9 : Si vous mesurez cette tension avec un oscilloscope, vous verrez que l’amplitude du signal atteint une valeur de 33,9 V carl’oscilloscope visualise la valeur des Vpp (tension de crête à crête, ou «peak», pic) que l’on obtient avec la formule Vpp = Veff x 2,828 (voir gure 16). A n d’éviter des erreurs de lecture, contrôlez la position de l’inverseur de la sonde (x1 ou x10).



LE COURS


Figure 11 : La croix graduée au centre de l’écran permet d’évaluer les décimales d’une tension. En effet, chaque carreau verticalest divisé en cinq parties (4 petits traits plus les deux limites du carreau). En fonction du réglage du bouton V/div chaque partie aune valeur de tension indiquée par le Tableau 1.

100

90

10

0

TABLEAU 1

Volts/div. 1° 2° 3° 4° 5° partie2 mV 0,4 mV 0,8 mV 1,2 mV 1,6 mV 2,0 mV 5 mV 1,0 mV 2,0 mV 3,0 mV 4,0 mV 5,0 mV 10 mV 2,0 mV 4,0 mV 6,0 mV 8,0 mV 10 mV 20 mV 4,0 mV 8,0 mV 12 mV 16 mV 20 mV

50 mV 10 mV 20 mV 30 mV 40 mV 50 mV 0,1 V 0,02 V 0,04 V 0,06 V 0,08 V 0,1 V 0,2 V 0,04 V 0,08 V 0,12 V 0,16 V 0,2 V 0,5 V 0,1 V 0,2 V 0,3 V 0,4 V 0,5 V 1 V 0,2 V 0,4 V 0,6 V 0,8 V 1,0 V 2 V 0,4 V 0,8 V 1,2 V 1,6 V 2,0 V 5 V 1,0 V 2,0 V 3,0 V 4,0 V 5,0 V

Figure 10 : Le Tableau 1 donne la valeur des petites parties divisant chaque carreau (voir gure 11). Les valeurs correspondant àchaque partie, du 1er au 5ème, sont données en mV en fonction de la portée en V/div.

que la sonde est sur x1 (8 carreaux verticaux, 5 x 8 = 40),pour visualiser un signal alternatif de 127 Vpp d’amplitude,vous devez mettre l’inverseur de la sonde sur x10, obtenantainsi la possibilité de visualiser une tension d’une amplitudemaximale de

5 x 8 x 10 = 400 Vpp.

Important : pour des raisons de sécurité, nous décon-seillons d’effectuer des mesures de tension secteur 230 Và l’oscilloscope ; en effet, les 230 Veff correspondent à :

230 x 2,828 = 650,44 Vpp.

Si le boîtier métallique de l’oscilloscope se trouvait relié aul de phase des 650 V en question, vous courriez un grave

danger d’électrocution.

Vpp signal sinusoïdal

Pour effectuer la conversion des Veff aux Vpp et inverse-

ment quand il s’agit d’un signal sinusoïdal (voir gure 16Tableau 2), on utilise le nombre 2,828 : mais où a-t-on

trouvé ce nombre ? Oh, c’est tout simple : c’est la racinecarrée de 8 ! En effet,

8 = 2,828.

En fait, dans les calculs on utilise seulement les deux pre-mières décimales, donc 2,82.

Quand un signal sinusoïdal est redressé, pour trouver la tension continue il faut connaître la tension de crête ;aussi, pour convertir la tension ef cace en tension decrête et inversement, on utilise le nombre 1,414 qui n’estautre que la racine carrée de 2 ! En effet,

2 = 1,414.

Là encore on n’utilise que les deux première décimales dece nombre, donc 1,41. Exemple : si l’écran visualise desondes sinusoïdales atteignant une amplitude de 20 Vpp,pour savoir quelle tension mesurerait un multimètre, on doitfaire le calcul suivant :

20 : 2,82 = 7 volts ef caces lus sur le multimètre.

Vpp signal triangulaire

Si la forme de l’onde n’est plus sinusoïdale mais triangu-laire (voir gure 17 Tableau 2), c’est le nombre 3,464 quel’on utilisera pour les conversions Veff vers Vpp et inverse-ment. Il s’agit de la racine carrée de 12 ! En effet,

12 = 3,464.



LE COURS


1 0 0

9 0

1 0

0

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mVFigure 12 : Si vous mesurez une tension alternativede 12 Veff avec le sélecteur des V/div sur 5 V, vousobtenez une sinusoïde dont l’amplitude dépasselégèrement les six carreaux. Notez les extrémitéssupérieure et inférieure.

Figure 13 : Pour connaître la valeur exacte en V de cette sinu-soïde, tournez le bouton Vertical Position de manière à placerl’extrémité inférieure de la sinusoïde sur la première ligne enbas. Vous verrez ainsi que la partie supérieure dépasse les sixcarreaux de quatre parties et, si vous consultez le Tableau 1, vous verrez que ces parties correspondent à 4 V : la sinusoïdea donc une valeur de (6 x 5) + 4 = 34 V.

1 0 0

9 0

1 0

0

POSITION

Figure 14 : Un oscilloscope mesure toujours les Vpp (tensioncrête-crête) d’un signal alternatif et donc, pour trouver la valeur ef cace (Veff), vous devez appliquer la formule Veff = Vpp : 2,828 si l’onde est sinusoïde et Veff = Vpp : 3,464 si elleest carrée (voir gures 16, 17 et 18).

1 0 0

9 0

1 0

0

Voltscrête/crête

(Vpp)

En fait, là encore dans les calculs on utilise seulement lesdeux premières décimales, donc 3,46. Quand un signal

triangulaire est redressé, pour trouver la tension continueil faut connaître la tension de crête ; aussi, pour convertirla tension ef cace en tension de crête et inversement, onutilise le nombre 1,732 qui n’est autre que la racine carréede 3 ! En effet,

3 = 1,732.

Exemple : si l’écran visualise des ondes triangulaires attei-gnant une amplitude de 20 Vpp, pour savoir quelle tensionmesurerait un multimètre, on doit faire le calcul suivant :

20 : 3,46 = 5,77 volts ef caces lus sur le multimètre.




LE COURS


Voltscrête/crête

(Vpp) Voltsefficaces(Vpp)

Figure 15 : Les Vpp peuvent être comparés à deux cônes de glace placés l’un sur l’autre en sens inverses. Les Veff sontcomme le niveau d’eau obtenu après leur fusion (ce niveau est bien entendu inférieur).

Voltscrête/crête

(Vpp)

Figure 18 : Les Veff d’une onde carrée sont obtenus en divisant les Vpp : 2.

Vpp : 2 = VeffVp : 1 = Veff (Vp = volts crête, une seule alternance)

Veff x 2 = VppVeff x 1 = Vp

ONDES CARREES

Voltscrête/crête

(Vpp)

Figure 17 : Les Veff d’une onde triangulaire sont obtenus en divisant les Vpp : 3,464.

Vpp : 3,464= Veff

Vp : 1,732 = Veff (Vp = volts crête, une seule alternance)Veff x 3,464 = VppVeff x 1,732 = Vp

ONDES TRIANGULAIRES

Voltscrête/crête

(Vpp)

Figure 16 : Les Veff d’une onde sinusoïdale sont obtenus en divisant les Vpp : 2,828.

Vpp : 2,828 = VeffVp : 1,414 = Veff (Vp = volts crête, une seule alternance)

Veff x 2,828 = VppVeff x 1,414 = Vp

ONDES SINUSOÏDALES

Tableau 2 : conversions

Vpp signal carré

Si la forme de l’onde n’est plus sinusoïdale ou triangulairemais carrée (voir gure 18 Tableau 2), c’est le nombre 2que l’on utilisera pour les conversions Veff vers Vpp et

inversement.

Quand un signal carré est redressé, pour trouver la tensioncontinue il faut connaître la tension de crête ; aussi, pourconvertir la tension ef cace en tension de crête et inverse-ment, on utilise le nombre 1. Exemple : si l’écran visualise

des ondes carrées atteignant une amplitude de 20 Vpp,pour savoir quelle tension mesurerait un multimètre, ondoit faire le calcul suivant :

20 : 2 = 10 volts ef caces lus sur le multimètre.

Comme vous venez de le voir, il est possible avec unoscilloscope de trouver la tension Veff de n’importe quelleforme d’onde et c’est très facile en partant de la tensionVpp visualisée à l’écran.



NOTES



LE COURS


Cette Leçon vous présente les étages redresseurs les pluscommuns et vous explique quelles mesures peuvent y êtreeffectuées à l’oscilloscope.

L’étage redresseur à une seule diode

La gure 1 vous donne le schéma électrique d’un circuit redres-seur à une demi onde : quand on applique la tension alterna-

tive de 12 V présente sur le secondaire du transformateur d’ali-

L E Ç O

N N °

4 7 - 4

N I V E

A U 3

Comment utiliser

l’oscilloscopeComment mesurer des tensionsalternatives de 50 Hz avec l’oscilloscope

Quatrième partie

La Leçon précédente vous a appris comment mesurerl’amplitude d’un signal alternatif en Vpp et comment le

transformer en Veff ; la Leçon présente (la quatrièmeconsacrée à l’utilisation de l’oscilloscope) va vousenseigner l’art de mesurer une tension impulsionnelleredressée par une diode, ou bien deux diodes ou encorepar un pont redresseur.

P our alimenter la plupart des circuits électroniques onse sert d’une tension continue, prélevée normalementsur une pile ou une batterie. Ces dernières sont très

commodes pour alimenter des appareils portatifs, comme les

postes de radio, ou portables, comme les téléphones mobiles,mais pas pour les appareils domestiques, comme les télévi-seurs ou les chaînes Hi-Fi. Pour alimenter ceux-ci mieux vaututiliser la tension du secteur 230 V 50 Hz, la réduire à la valeurdésirée puis la redresser de façon à la rendre parfaitementcontinue.



LE COURS


mentation T1 aux extrémités de la diode au silicium DS1, cettedernière ne laisse passer qu’une seule demi onde sur les deuxcomposant la tension alternative. Si nous relions la cathode dela diode aux extrémités de la résistance de charge R1, nousobtenons en sortie une tension impulsionnelle composée de

SECTEUR230 V

A K

DS1

S1

T1

A K

R112 V

A

B

Figure 1 : Si nous montons sur le secondaired’un transformateur d’alimentation une dioderedresseuse en orientant sa cathode K vers R1,

à la sortie nous prélèverons une tension impul-sionnelle à 50 Hz composée seulement de demionde positives.

demi ondes positives séparées par un espace correspondantà la partie occupée par la demi onde négative qui n’est pasredressée (voir gure 1). Si en revanche nous relions l’anodede la diode aux extrémités de la résistance de charge R1, nousobtenons en sortie une tension impulsionnelle composée de

SECTEUR230 V

K A

DS1

S1

T1

K A

R112 V

A

B

Figure 2 : Si nous montons sur le secondairedu transformateur d’alimentation une dioderedresseuse en orientant son anode A vers R1,à la sortie nous prélèverons une tension impul-sionnelle à 50 Hz composée seulement de demionde négatives.

SECTEUR230 V

A K

DS1

S1

T1

R1

A K

DS2

12 V

12 V

A

B

Figure 3 : Avec un secondaire à prise centrale,nous pouvons monter sur chaque extrémité del’enroulement deux diodes dont les cathodes Kreliées entre elles seront orientées vers R1 ; à lasortie nous pourrons prélever une tension impul-sionnelle à 100 Hz composée des seules demiondes positives.

SECTEUR230 V

K A

DS1

S1

T1

R1

K A

DS2

12 V

12 V

A

B

Figure 4 : Si nous montons sur ce même secon-daire à prise centrale deux diodes dont les ano-des A reliées entre elles seront orientées vers R1,à la sortie nous pourrons prélever une tensionimpulsionnelle à 100 Hz composée des seulesdemi ondes négatives.



LE COURS


Figure 5 : Dans un pont redresseur, quels qu’en soient lematériau du boîtier ou la forme et la disposition des E / S,les deux pattes d’entrée de la tension alternative seronttoujours marquées du symbole de la tension alternative (Scouché) et les deux pattes de sortie de la tension redresséepar les symboles + (positif) et – (négatif).

demi ondes négatives séparées par un espace correspondantà la partie occupée par la demi onde positive qui n’est pasredressée (voir gure 1). Ce circuit redresseur présente l’avan-

tage d’être simple et économique, mais il a l’inconvénient defournir en sortie une tension impulsionnelle à une fréquence

de 50 Hz. Notez que la diode redresseuse doit être capable defournir le courant maximum que le circuit doit consommer (si,par exemple, le circuit consomme 1 A, la diode redresseusedoit pouvoir débiter un courant de 1,5 à 2 A).

L’étage redresseur à deux diodes

Comme le montre le schéma électrique de la gure 3, uncircuit utilisant deux diodes est en mesure de redresser lesdeux demi ondes d’une tension alternative. Le transformateurà utiliser dans ce cas doit disposer d’un secondaire à pointmilieu, car DS1 redresse les demi ondes positives présentesà la sortie de l’enroulement A et DS2 les demi ondes négati-ves de l’enroulement B. Si nous relions la cathode des deuxdiodes aux extrémités de la résistance de charge R1, nousobtenons en sortie une tension impulsionnelle composée desdemi ondes positives (voir gure 3). Si en revanche nous

relions l’anode des deux diodes aux extrémités de la résis- tance de charge R1, nous obtenons en sortie une tensionimpulsionnelle composée des demi ondes négatives (voir

gure 4). Ce circuit redresseur fournit en sortie une tensionredressée à une fréquence de 100 Hz, mais a l’inconvénientde nécessiter un transformateur avec secondaire à pointmilieu capable de fournir une tension double de celle quenous souhaitons obtenir. Dans les gures 1 et 2 il fallait un

transformateur avec un secondaire de (par exemple) 12 Vet dans les gures 3 et 4 il faudra un transformateur avecsecondaire de 12 + 12 V.

L’étage redresseur à quatre diodes

Comme le montrent les schémas électriques des gures 6 et7, un circuit utilisant quatre diodes en pont peut redresser lesdeux demi ondes d’une tension alternative. Le transformateurà utiliser n’a pas cette fois à comporter un secondaire à pointmilieu. Quand une demi onde positive est présente sur l’extré-mité A (voir gure 6), elle est redressée par DS2 et, passant

à travers DS3, elle atteint l’extrémité B du secondaire de T1(dans ces conditions la paire DS1-DS4 demeure inactive).Quand une demi onde négative est présente sur l’extrémité A(voir gure 6), elle est redressée par DS1 et, passant à traversDS4, elle atteint l’extrémité B du secondaire de T1 (dans cesconditions c’est la paire DS2-DS3 qui demeure inactive). Sinous relions à la masse l’anode de la paire DS1-DS3, nousprélevons sur les cathodes de la paire DS2-DS4 les demiondes positives (voir gure 6). Si nous relions à la masse lacathode de la paire DS2-DS4, nous prélevons sur les catho-des de la paire DS1-DS3 les demi ondes négatives (voir gure7). Ce pont redresseur présente l’avantage d’exister dans lecommerce sous la forme d’un seul composant monolithique(en plastique ou en métal mais toujours moulé dans de larésine) à quatre E / S (voir gure 5) : les deux broches (oupattes) d’entrée marquées d’un S sont à relier à la tensionalternative à redresser ; le + indique la broche de sortie de la

tension positive et le – celle de la tension négative.

SECTEUR230 V

S1

T1

R1

12 V

DS1 DS2

DS3 DS4

A

B

Figure 6 : Si nous montons sur lesecondaire d’un transformateur d’ali-mentation un pont redresseur, si nousrelions sa cathode K (+) à la sortie etson anode A (–) à la masse, à la sortienous pourrons prélever une tensionimpulsionnelle à 100 Hz composéedes seules demi ondes positives.

SECTEUR230 V

S1

T1

R1

12 V

DS1 DS2

DS3 DS4

A

B

Figure 7 : Si nous montons sur lesecondaire de ce transformateur d’ali-mentation un pont redresseur, si nousrelions à la masse sa cathode K (+) etorientons son anode A (–) vers la sortie,nous pourrons prélever une tensionimpulsionnelle à 100 Hz composée desseules demi ondes négatives.



LE COURS


Figure 8 : Cette Leçon vous apprend comment paramétrer l’oscilloscope ( èches avec lettres) pour effectuer la mesure des tensionsredressées. Il s’agit ici d’un oscilloscope standard et par conséquent le vôtre pourra être sensiblement différemment, du moinsdans la présentation de la face avant, mais vous retrouverez toutes les commandes sus indiquées facilement.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

G ND D CAC

CH1

mV

POSITION

POSITION

NORMSINGLE

TRIGGER MODE

EXT

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT Y

G ND D CAC

mV

POSITION

CH.2

CHOP

MODE

ALT.

CH1

LINE

TV

DC

HF

SOURCECOUPLING

C A L

EXT TRIGGER

LEVEL

CH2

POWER

INTENSITY FOCUSSCALEILLUM.CAL.

0,5 V.

LF CH2

SLOPE

A B

C

H

F G

D

HOLDOFF

MIN

AC NORM

AUTO

CH.1

.2.51

25

1020

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

25

1020

50.1.2

S

mS

µS

X-Y

TIME/DIV.

E



LE COURS


.2.51

25

1020

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

25

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

C A L

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

Comment paramétrer l’oscilloscope

Pour mesurer une tension redressée, il convient de disposerles commandes de l’oscilloscope comme le montre la gure8 :

Trigger MODE = (tracé H) ce poussoir ou sélecteur est à placersur AUTO.

Trigger SOURCE = (tracé G) ce poussoir ou sélecteur est àplacer sur NORM (ou sur certains oscilloscopes INT, pourINTERNAL).

Time/div = ( èche E) ce bouton est à placer sur la portée 10ms.

(Vertical) MODE = ( èche D) comme nous utiliserons le canal1 ( èche A) nous devons presser le poussoir CH1.

Sélecteur AC-GND-DC = ( èche B) le sélecteur du canal CH1est à placer initialement sur GND de façon à court-circuiter

l’entrée et mettre le tracé au centre de l’écran, puis ensuiteen position DC.

Bouton déplacement vertical = ( èche I) ce petit bouton està placer de façon à positionner le tracé horizontal au centrede l’écran.

Sonde oscilloscope = (voir gure 10) il est conseillé de placerl’inverseur de la sonde sur x1.

Sélecteur V/div de CH1 ( èche C) si vous connaissez déjàapproximativement la valeur en V de la tension à mesurer,sélectionnez la portée convenable avec le sélecteur V/div.Sinon, mettez ce sélecteur sur la portée maximale 5 V/div etplacez l’inverseur de la sonde sur x10.

La mesure de la tension redresséesur le schéma électrique de la figure 1

Si nous plaçons le sélecteur AC-GND-DC ( èche B, gure 8) surDC et si nous relions la pointe de touche à la sortie (R1) del’étage redresseur de la gure 1, nous visualiserons un signalcomposé de beaucoup de demi ondes positives séparées par

un espace à tension zéro (car les demi ondes négatives man-quent). La fréquence de ce signal est de 50 Hz, comme celle

Figure 9 : Pour visualiser les sinusoïdes redres-sées, placez le bouton Time/div sur 10 ms etcelui des V/div sur 5 V.

x 1 x 10 Figure 10 : Si vous n’avez aucune idée de l’amplitude de la tensionque vous allez mesurer, placez l’inverseur de la sonde sur x10, puisensuite seulement si nécessaire sur x1.

V/div 1 trait 2 traits 3 traits 4 traits 5 traits2 mV 0,4 mV 0,8 mV 1,2 mV 1,6 mV 2,0 mV 5 mV 1,0 mV 2,0 mV 3,0 mV 4,0 mV 5,0 mV 10 mV 2,0 mV 4,0 mV 6,0 mV 8,0 mV 10 mV 20 mV 4,0 mV 8,0 mV 12 mV 16 mV 20 mV 50 mV 10 mV 20 mV 30 mV 40 mV 50 mV 0,1 V 0,02 V 0,04 V 0,06 V 0,08 V 0,1 V 0,2 V 0,04 V 0,08 V 0,12 V 0,16 V 0,2 V 0,5 V 0,1 V 0,2 V 0,3 V 0,4 V 0,5 V 1 V 0,2 V 0,4 V 0,6 V 0,8 V 1,0 V 2 V 0,4 V 0,8 V 1,2 V 1,6 V 2,0 V 5 V 1,0 V 2,0 V 3,0 V 4,0 V 5,0 V

Figure 11 : Dans la Leçon précédente nous avons expliqué et montré qu’en correspondance du centre de l’écran se trouve unecroix graduée divisée en cinq traits, ce qui permet d’évaluer les “décimales” d’une tension. Le Tableau donne les valeurs destensions pour 1, 2, 3, 4 et 5 traits en fonction de la position du bouton des V/div (représenté gure 9).



LE COURS


POSITION

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

CH1

mV

Figure 12 : Pour mesurer l’amplitude des demi ondes positives, vous devez placer le tracé sur la première ligne du basde l’écran, puis lire le nombre de carreaux couverts aux-quels vous ajouterez la tension des traits en vous référantau Tableau 1

POSITION

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

CH1

mV

Figure 13 : Pour mesurer l’amplitude des demi ondes néga-tives, vous devez placer le tracé sur la dernière ligne enhaut de l’écran, puis lire le nombre de carreaux couvertsauxquels vous ajouterez la tension des traits en vous réfé-rant au Tableau 1

SECTEUR230 V

A K

DS1

S1

T1

A K

R112 V C1

Figure 14 : Si l’on applique à la sortiede l’étage redresseur de la gure 1 uncondensateur électrolytique C1 dont lapatte positive sera orientée vers la diode,la tension impulsionnelle sera lissée.Pour calculer la capacité de C1, lisez laLeçon.

SECTEUR230 V

K A

DS1

S1

T1

K A

R112 V C1

Figure 15 : Si l’on applique à la sortiede l’étage redresseur de la gure 2 uncondensateur électrolytique C1 dont lapatte positive est orientée vers la masse,la tension impulsionnelle sera lissée.Pour calculer la capacité de C1, lisez laLeçon.



LE COURS


12 V

12 V

SECTEUR230 V

A K

DS1

S1

T1

R1

A K

DS2 C1

Figure 16 : Si l’on applique à la sortie del’étage redresseur de la gure 3 un con-densateur électrolytique C1 dont la pattepositive est orientée vers la cathode desdiodes, la tension impulsionnelle seralissée. Pour calculer la capacité de C1,lisez la Leçon.

12 V

12 V

SECTEUR230 V

K A

DS1

S1

T1

R1

K A

DS2 C1

Figure 17 : Si l’on applique à la sortiede l’étage redresseur de la gure 4 uncondensateur électrolytique C1 dont lapatte positive est orientée vers la masse,la tension impulsionnelle sera lissée.Pour calculer la capacité de C1, lisez laLeçon.

Va, 0,7 la valeur moyenne de la chute de tension dans DS1.En remplaçant les symboles par les valeurs nous obtenons :

V sortie = (12 x 1,414) – 0,7 = 16,268 V.


Si nous relions maintenant la pointe de touche à la sortie(R1) de l’étage redresseur de la gure 2, nous visualisonsun signal composé d’une série de demi ondes négativesséparées par un espace à tension zéro (car les demi ondespositives manquent). La fréquence de ce signal est de 50 Hz,comme celle du secteur 230 V. Pour mesurer l’amplitude deces demi ondes négatives, vous devez procéder comme pourla mesure des demi ondes positives, mais en positionnantcette fois le tracé sur la dernière ligne du haut de l’écran,comme le montre la gure 13. Pour connaître a valeur maxi-male en V des demi ondes négatives, utilisez la formule

V sortie = (Va x 1,414) – 0,7

où V sortie est la valeur maximale des pics négatifs des demiondes redressées par DS1, Va la tension alternative fourniepar le transformateur et mesurée avec un multimètre, 1,414une constante utilisée pour trouver les Vpp quand on connaîtVa, 0,7 la valeur moyenne de la chute de tension dans DS1.En remplaçant les symboles par les valeurs nous obtenons :

V sortie = (12 x 1,414) – 0,7 = 16,268 V.

Il s’agit bien sûr cette fois d’une tension négative par rapportà la masse.

du secteur 230 V. Pour mesurer l’amplitude de ces demi ondespositives, vous devez exécuter ces opérations :

- Mettez le sélecteur Time/div sur 10 ms (voir figure 9), defaçon à visualiser cinq sinusoïdes entières (voir figure 12).

- Mettez le sélecteur V/div sur 5 V/div (voir figure 9). Il est con-seillé d’utiliser cette valeur car avec une valeur inférieure à 2V/div, le tracé sortirait des huit carreaux verticaux.

Déplacez le tracé vers le bas avec le bouton de positionnementvertical, jusqu’à en faire coïncider la par tie inférieure avec lapremière ligne du bas de l’écran (voir gure 12) : vous obtiendrezainsi un signal d’une amplitude de trois carreaux et un trait.Comme le sélecteur est sur 5 V/div, les trois carreaux font

3 x 5 = 15 V

et le trait (si l’on consulte le Tableau 1 gure 11) 1 V, ce quifait en tout

15 + 1 = 16 V.

C’est là la valeur maximale des demi ondes positives sortant dece redresseur ( gure 1). La valeur maximale en V atteinte parces demi ondes positives peut être trouvée à partir de la tensionalternative Va fournie par le transformateur avec la formule :

V sortie = (Va x 1,414) – 0,7

où V sortie est la valeur maximale des pics positifs des demiondes redressées par DS1, Va la tension alternative fourniepar le transformateur et mesurée avec un multimètre, 1,414une constante utilisée pour trouver les Vpp quand on connaît



LE COURS


C1

SECTEUR

230 V

S1

T1

R1

12 V

DS1 DS2

DS3 DS4

A

B

Figure 18 : Pour lisser la ten-sion impulsionnelle positivefournie par le pont redresseurde la gure 6, il est nécessaire

de monter à la sortie (entre lepôle positif et la masse) uncondensateur électrolytiqueC1. Pour calculer sa capacité,lisez la Leçon.

SECTEUR230 V

S1

T1

R1

12 V

DS1 DS2

DS3 DS4

A

B

C1

Figure 19 : Pour lisser la ten-sion impulsionnelle négativefournie par le pont redresseurde la gure 7, il est nécessairede monter à la sortie (entre lepôle négatif et la masse) uncondensateur électrolytiqueC1. Dans ce schéma, le pôlepositif de l’électrolytique esttourné vers la masse.


Dans le schéma électrique de la gure 3 nous avons deuxdiodes redresseuses reliées chacune à une des extrémitésdes enroulements du secondaire à point milieu et donc sinous relions maintenant la pointe de touche à la sortie (R1)de l’étage redresseur, nous visualisons un signal composéde deux demi ondes positives.La fréquence de ce signal n’est plus de 50 Hz, comme dansles deux cas précédents, mais de 100 Hz, soit le double.Pour mesurer l’amplitude d’une tension redressée compo-sée de doubles demi ondes positives, vous devez procédercomme pour la mesure d’une tension redressée à une demi

onde positive. Pour connaître a valeur maximale en V de cesdemi ondes positives, utilisez la formule

V sortie = (Va x 1 ,414) – 0,7.

Le transformateur aura cette fois (par exemple) un secon-daire capable de fournir une double tension alternative de 18+ 18 V et nous trouverons aux extrémités de R1 une tensionimpulsionnelle de :

V sortie = (18 x 1,414) – 0,7 = 24,75 V environ.

La mesure de la tension redresséesur le schéma électrique de la figure 4Dans ce cas également, nous utilisons la formule précé-dente, mais nous prélèverons en sortie des doubles demiondes négatives, car la polarité des diodes redresseuses aété inversée.

La mesure de la tension redresséepar pont de diodes sur le schémaélectrique de la figure 6

Comme le montre le schéma électrique de la gure 6, quatre diodes redresseuses montées en pont sont présentes etdonc si nous relions la pointe de touche à la sortie (R1) del’étage redresseur, nous visualiserons un signal composéde doubles demi ondes positives.

La fréquence de ce signal, composé de doubles demi ondespositives sera de 100 Hz. Pour mesurer l’amplitude d’une

tension redressée composée de ces demi ondes positives,vous devez utiliser la formule :

V sortie = (Va x 1,414) – 1,4

où V sortie est la valeur maximale des pics positifs des deuxdiodes présentes dans le pont, Va la tension alternativefournie par le transformateur et mesurée avec un multimè-

tre, 1,414 une constante utilisée pour trouver les Vpp quandon connaît Va, 1,4 la valeur moyenne de la chute de tensiondans les deux diodes du pont (dans un pont, en effet, deuxdiodes conduisent toujours en même temps et donc leurchute de tension est bien de 0,7 + 0,7 = 1,4 V).

Avec (par exemple) un transformateur dont le secondairefournit une tension alternative de 12 V, nous aurons aux

extrémités de R1 une tension impulsionnelle de :

V sortie = (12 x 1,414) – 1 ,4 = 15,5 V.

Notez qu’en utilisant un pont de diodes la chute de tensionest de 1,4 V au lieu de 0,7 V.



LE COURS


V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

Figure 20 : Pour mesurer l’amplitude de l’ondulation résiduelle (“ripple” en Anglais), il suf t de placer le tracé en bas de l’écran etde mesurer l’amplitude du signal. S’il est peu visible, augmentez la sensibilité avec le bouton V/div (voir gure 21).

La mesure de la tension redresséepar pont de diodes sur le schéma électriquede la figure 7

Le schéma électrique de la gure 7 ne diffère qu’en ce quela tension prélevée étant redressée par DS1 et DS3, nousaurons en sortie un signal composé de doubles demi ondesnégatives. La formule précédente est toujours valide.

La mesure de la tensionà l’entrée d’un redresseur

Le premier problème qui se présente si vous avez besoind’une tension continue redressée, est de connaître la ten-sion alternative à appliquer à l’entrée du redresseur. Les

gures 1, 2, 3, 4, 6 et 7 donnent le schéma électrique dedifférents circuits redresseurs.

Nous donnons ci-après les formules permettant de calculer,pour chacun d’eux, la tension alternative à appliquer surleurs entrées pour obtenir en sortie une tension impulsion-nelle, laquelle ne deviendra continue que si nous montons

sur la sortie un condensateur électrolytique de lissage.

Étage redresseur à une diode (figures 1 et 2)

La formule permettant de trouver la tension alternative d’en- trée Va est la suivante :

Va = (V sortie + 0,7) : 1,414

et donc, pour obtenir à la sortie de DS1 (voir figures 1 et2) des demi ondes atteignant une amplitude de 18 V (parexemple), la tension alternative sortant du secondairedu transformateur à appliquer à l’entrée du redresseur

sera de :

Va = (18 + 0,7) : 1,414 = 13,22 V environ.

Nous choisirons un transformateur dont le secondaire a unevaleur de tension nominale de 13 V.

Étage redresseur à deux diodes (figures 3 et 4)

La formule permettant de trouver la tension alternative d’en- trée Va est la même, à savoir :

Va = (V sortie + 0,7) : 1,414,

sans oublier que cette tension sera doublée car le transformateur utilisé est à secondaire à point milieu. Donc, pour obtenirà la sortie de DS1-DS2 (voir gures 3 et 4) des demi ondesatteignant une amplitude de 16,3 V (par exemple), la tensionalternative sortant du secondaire du transformateur à appli-quer à l’entrée du redresseur sera de :

Va = (16,3 + 0,7) : 1,414 = 12 V environ.

Nous choisirons un transformateur dont le secondaire à pointaura une valeur de tension double nominale de 12 + 12 V.

Étage redresseur à quatre diodes (figures 6 et 7)

La formule permettant de trouver la tension alternative d’en-

trée Va est la suivante :

Va = (V sortie + 1,4) : 1,414.

Le nombre 1,4 correspond à la somme des chutes de tensionsdans les deux diodes : 0,7 + 0,7 = 1,4 V. Donc, pour obtenir àla sortie du pont des diodes DS1-DS2-DS3-DS4 (voir gures 6et 7) des demi ondes atteignant une amplitude de 15,6 V (parexemple), la tension alternative sortant du secondaire du trans-formateur à appliquer à l’entrée du pont redresseur sera de :

Va = (15,6 + 1,4) : 1,414 = 12 V environ.

Le passage de la tension impulsionnelleà la tension continue

Les tensions redressées fournies à la sortie des circuits redres-seurs proposés dans cette Leçon seront visualisés par des demiondes à la fréquence de 50 ou 100 Hz et non sous la forme



LE COURS


V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

Figure 21 : Si, quand on place le bouton V/div sur 0,2 V/div, l’ondulation résiduelle atteint une amplitude de 3 carreaux, vous pouvezêtre certain que votre étage redresseur a une ondulation résiduelle de 0,2 x 3 = 0,6 V.

d’une ligne continue, comme cela se produirait si nous contrô-lions la tension fournie par une batterie ou une pile.

Or, cette tension impulsionnelle, nous ne pourrons jamais l’uti-liser pour alimenter un circuit électronique (ils réclament eneffet une tension continue) : nous devrons donc la transformeren une tension parfaitement continue en montant à la sortieun condensateur électrolytique de lissage (sans oublier derespecter la polarité +/– de ses pattes ou de ses bornes).

Ce condensateur électrolytique, habituellement de forte capa-cité, fonctionne comme un réservoir : il fournit une tension aucircuit à alimenter lorsque la diode redresseuse, entre unesinusoïde et l’autre, ne conduit pas. La capacité de ce con-densateur électrolytique doit être proportionnelle au courantconsommé par le circuit à alimenter ; cette capacité dépendaussi du type de redresseur utilisé, à demi onde ou à doubledemi onde.

Le redresseur à une demi onde

A la sortie des circuits utilisant une seule diode redresseuse

(voir gures 14 et 15), on obtient une tension impulsionnelleà la fréquence de 50 Hz et pour la lisser on doit utiliser uncondensateur dont la capacité C se calcule avec la formule :

C = 40 000 : (U : I)

où C est la capacité de l’électrolytique en µF, 40 000 uneconstante valable pour un redressement à une seule demionde, U la tension impulsionnelle en V à la sortie de la diode,I le courant maximal en A que consomme le circuit à alimenter.Par exemple, si nous voulons réaliser l’étage d’alimentationde la gure 14, dont sort une tension de 16 V et en mesured’alimenter un circuit consommant à la puissance maximaleun courant de 0,8 A, pour connaître la capacité C du conden-

sateur électrolytique à utiliser nous devons effectuer cetteopération :

C = 40 000 : (16 : 0,8) = 2 000 µF.

La valeur normalisée que nous choisirons est 2 200 µF.

Le redresseur à double demi onde

A la sortie des circuits utilisant deux diodes redresseuses(voir gures 16, 17, 18 et 19), on obtient une tension impul-sionnelle à la fréquence de 100 Hz et pour la lisser on doitutiliser un condensateur de capacité C moindre, qui se cal-cule avec la formule :

C = 20 000 : (U : I)

où C est la capacité de l’électrolytique en µF, 20 000 uneconstante valable pour un redressement à double demi onde,U la tension impulsionnelle en V à la sortie des diodes ou dupont, I le courant maximal en A que consomme le circuit àalimenter.Par exemple, si nous voulons réaliser l’étage d’alimentationdes gures 18 et 19, dont sort une tension impulsionnelle de16 V environ et en mesure d’alimenter un petit ampli cateurconsommant à la puissance maximale un courant de 1 A,pour connaître la capacité C du condensateur électrolytiqueà utiliser nous devons effectuer cette opération :

C = 20 000 : (16 : 1) = 1 250 µF.

La valeur normalisée que nous choisirons est 1 500 µF.

Le résidu de tension alternative

Même si nous montons à la sortie de ces alimentations uncondensateur électrolytique de la capacité requise, nousn’obtiendrons jamais à la sortie une tension parfaitementcontinue, mais il restera toujours un petit résidu d’alternatif que le haut-parleur de la radio ou de l’ampli cateur restitueraen ron ement (ou bourdonnement) d’alternatif. Ce résidu,cette ondulation résiduelle se nomme “ripple” en Anglais.En effet, si nous connectons l’oscilloscope à la sortie de ces

alimentations, une ligne légèrement ondulée (ou froncée) estvisualisée (voir gure 20). Pour connaître l’amplitude de cetteondulation résiduelle, il faut paramétrer l’oscilloscope commepour une mesure de tension alternative. Reliez la pointe de

touche à l’entrée d’alimentation du circuit alimenté et véri-ez que l’amplitude de l’ondulation résiduelle augmente en



LE COURS


E

B

C

C1

TR1

Vin VuR1

R2C2

Figure 22 : Si l’on monte à la sortie de l’étage redresseur celtre, composé d’un NPN de puissance TR1, on élimine tout

résidu d’alternatif.


TR1.... NPN de puissanceR1 ..... 1 kR2 ..... 2,2 kC1...... 470 µF électrolytiqueC2...... 100 µF électrolytique

Si on monte un régulateur IC1, la tension non seulementest ltrée, mais encore elle est stabilisée à la valeur de

tension voulue.

Si par exemple nous souhaitons obtenir une tension ltréestabilisée à 5 V, nous monterons un circuit intégré régula-

teur L7805 ou µA7805, etc. Pour obtenir 12 V aux mêmesconditions on montera un L7812 ou 7812, etc. (en principeles deux derniers chiffres indiquent la tension nominale :5, 6, 8, 9, 10, 12, 18, 24 V…et les régulateurs négatifs ontpour deux premiers chiffres le plus souvent 79 et pour lesdeux derniers chiffres, même chose que pour les régula-

teurs positifs).

Dans les caractéristiques de ces régulateurs on trouvela valeur de réjection de l’ondulation résiduelle expriméeen dB : elle exprime de combien de dB le régulateur atténuel’ondulation résiduelle appliquée à leur entrée.

Normalement elle varie de 60 à 70 dB. Une atténuation de60 dB, cela revient à atténuer l’ondulation résiduelle de

mille fois, 70 dB de 3 162 fois. Par exemple, si à la sortied’un étage redresseur nous avons une ondulation résiduellede 0,6 V d’amplitude (voir gure 21) et si nous le relionsà l’entrée du régulateur de la gure 23, à la sortie de cedernier nous aurons une ondulation résiduelle de :

0,6 : 1 000 = 0,0006 V

si le circuit intégré régulateur atténue de 60 dB et de :

0,6 : 3 162 = 0,00018 V

s’il atténue de 70 dB. Une valeur aussi élevée d’atténuationde l’ondulation résiduelle rend cette dernière in me (vous

le voyez !) et l’on peut se dire qu’une tension alternativeredressée par une ou des diodes puis lissée par un conden-sateur électrolytique de capacité adéquate et en n stabili-sée par un régulateur de tension intégré est véritablementcapable de rivaliser avec la perfection de la tension fourniepar une pile ou une batterie.

même temps que le courant consommé : cette dernièrepeut atteindre parfois 0,4 à 0,6 V, soit 4 à 600 mV ! Ellese mesure en mettant le sélecteur AC-GND-DC sur AC eten tournant le bouton de positionnement vertical pour quele tracé soit en bas de l’écran (voir figure 20) : on mesureensuite la distance en carreau entre le pic supérieur et lepic inférieur.

Si elle est peu visible, il suffit de mettre le bouton V/divsur 0,5 ou bien 0,2 V de façon à amplifier l’amplitude dusignal (voir figure 21) S’il est par exemple sur 0,2 V (enaméricain .2 V) et que l’ondulation résiduelle a une ampli-

tude de trois carreaux (voir figure 21), cette amplitude estV est de :

3 x 0,2 = 0,6 V, soit 600 mV.

Comment éliminer l’ondulation résiduelle

Pour obtenir une tension la plus continue possible, c’est-à-

dire éliminer l’ondulation résiduelle au maximum, il existedeux solutions.

La première consiste à utiliser un simple ltre constitué d’un transistor de puissance (voir gure 22). Le signal redresséque l’on veut ltrer est relié au collecteur d’un NPN dont labase est alimentée à travers une résistance R1 de 1 k etlissé par un condensateur électrolytique C1 de 470 µF.

Le signal ltré est prélevé sur l’émetteur et on monte surcet émetteur un second condensateur électrolytique C2de 100 µF. Attention, ce circuit sert seulement à éliminerl’ondulation résiduelle, mais non à stabiliser la tensionappliquée à l’entrée.

La seconde à monter un quelconque circuit intégré stabili-sateur (on dit plutôt régulateur), comme le montre la gure23. Le signal redressé que l’on veut ltrer est relié à la patted’entrée E pour être prélevé sur la patte de sortie U, commele montre la gure 23.

UE

M

IC1

C1 C2

Vin Vu

Figure 23 : Si l’on monte à la sortie de l’étage redresseurun circuit intégré régulateur, lequel pourvoie à stabiliser latension sur une valeur nominale caractéristique, on élimineautomatiquement tout résidu d’alternatif.


IC1..... circuit intégré régulateur, par exemple 7805(lire la Leçon)

C1...... 2 200 µF électrolytiqueC2...... 100 µF électrolytique



NOTES



LE COURS


A l’oscilloscope, si vous utilisez l’entrée CH1, vous devez aupréalable :

- en Vertical Mode presser le poussoir CH1- en Trigger Mode presser la poussoir Auto

- en Trigger Source placer le levier sur Normal.

On sait que, lorsqu’on effectue la mesure d’un signalinconnu, on n’a pas une idée très précise de son amplitudeen V (laquelle peut nous surprendre) ; même chose pour safréquence. Alors, pour visualiser à l’écran des signaux carrés,

L E Ç O

N N °

4 7 - 5

N I V E

A U 3

Comment utiliser

l’oscilloscopeLe signal carré et son rapport cyclique visualisés à l’oscilloscope

Cinquième partie

Vous pouvez mesurer facilement au moyen d’un oscilloscopele rapport cyclique en pourcent (%) de tout signal à formed’onde carrée (on dit couramment signal carré), ainsique la durée de son T/on et de son T/off exprimés enseconde, ms, ou µs ; en outre vous pouvez calculer la

tension obtenue à la sortie d’un circuit piloté par un signalcarré à rapport cyclique variable.

C e terme, vous le rencontrez souvent dans les arti-cles des revues d’électronique, soit en Anglais (“dutycycle”), soit en Français (rapport cyclique), mais ces

articles ne rappellent pas toujours qu’il s’agit du rapport,exprimé en %, entre la durée T/on et la période entière

d’un signal carré (voir gure 2). T/on est la durée pendantlaquelle l’onde carrée reste à son niveau maximum positif ;T/off la durée de pause de cette onde carrée (pendantlaquelle son niveau est 0 V) .La somme des durées T/on + T/off est la période de l’ondecarrée.



LE COURS


mieux vaut placer le bouton des V/div de CH1 de telle façonque le tracé de l’onde couvre 4 ou 5 carreaux verticalementet celui du Time/div pour 2 ou 3 ondes complètes, commele montre la gure 2. Sur cette gure vous voyez (en haut)que la durée T/on correspond au niveau maximum positif du signal et (en bas) la durée de la pause T/off où le signala une amplitude de 0 V. Pour mesurer l’espace occupé parT/on et T/off, nous vous conseillons de visualiser 2 ou 3ondes complètes car, avec une seule onde, le début commela n de l’onde risquent d’être hors de l’écran.

Le calcul du rapport cyclique en pourcent

Si vous souhaitez connaître le rapport cyclique en % d’unsignal à onde carrée, vous devez simplement compter lenombre de carreaux pendant lesquels le signal reste à sa

tension positive maximale (à son amplitude maximale),soit T/on et le nombre de carreaux pendant lesquels il està son amplitude de pause 0 V, soit T/off. Connaissant cesdeux valeurs, vous calculerez le rapport cyclique en % avec

la formule :

Rapport cyclique % = T/on : (T/on + T/off) x 100.

Comme le montre la gure 6, l’impulsion positive T/on cou-vre une largeur de 3 carreaux et l’impulsion de pause T/of f 3 carreaux également. Le rapport cyclique est donc de :

3 : (3 + 3) x 100 = 50%.

Cela signi e que cette onde reste pendant 50% de sapériode à son amplitude (ou tension) positive maximale etpendant 50% de sa période à sa valeur de pause 0 V.

Figure 7, l’impulsion positive T/on couvre 5 carreaux et lapause T/off 1 carreau. Le rapport cyclique est donc de :

5 : (5 + 1) x 100 = 83,33%.

Cela signi e que cette onde reste pendant 83,33% de sapériode à son amplitude (ou tension) positive maximale etpendant 16,67% de sa période à sa valeur de pause 0 V.Figure 8, l’impulsion positive T/on couvre 1 carreau et la

NORMSINGLE AUTOTRIGGER MODE

CH.2

CH.1

CHOP

(VERTICAL)MODE

ALT.

NORM

EXT

CH1

LINE

(TRIGGER)SOURCE

CH2

Figure 1 : Si nous utilisons l’entrée CH1 , nous devonspresser le poussoir CH1 du Vertical Mode et le poussoirAuto du Trigger Mode puis en n mettre le Trigger Source

sur Normal.

pause T/off 3 carreaux. Le rapport cyclique est donc de :

1 : (1 + 3) x 100 = 25%.

Cela signi e que cette onde reste pendant 25% de sapériode à son amplitude (ou tension) positive maximale etpendant 75% de sa période à sa valeur de pause 0 V.

Le calcul de la durée et de la fréquence

Si au lieu de connaître le pourcentage des durées sur T/onet sur T/off, vous voulez savoir combien de temps (en s, msou µs) le signal carré reste à son niveau maximum positif età son niveau de pause 0 V, vous devez compter le nombrede carreaux occupés horizontalement par T/on et par T/off puis lire le temps sélectionné avec le bouton Time/div (voir

gure 9). A n d’éviter toute erreur de calcul, il faut toujoursrégler ce bouton pour visualiser à l’écran au moins deuxondes entières. Supposons que l’on visualise un signalcomme celui que montre la gure 9.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

µ S

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

T/on

T/off

Figure 2 : Pour calculer le % du rapport cyclique d’un signal carré, il suf t de compter le nombre de carreaux horizontauxpendant lesquels le signal reste sur T/on ( tension positive maximale) et celui pendant lesquels il reste en pause sur T/off.Pour mesurer les durées de T/on et T/off, réglez Time/div pour visualiser à l’écran 2 ou 3 ondes entières et V/div pourcouvrir 4 à 5 carreaux verticaux.



LE COURS


Figure 4 : Quand cela est fait, mettez le sélecteur AC-GND-DC sur DC et si l’onde se positionne dans la partiesupérieure de l’écran c’est que le signal carré a unepolarité positive.

Pour calculer les durées de T/on et T/off, vous devezmultiplier le nombre de carreaux horizontaux par la valeur luesur Time/div, soit utiliser la formule :

Temps = nombre carreaux x Time/div.

Sur la gure 9, T/on occupe 1 carreau et T/off 3 carreaux ; orTime/div est sur 0,5 ms, ce qui donne :

T/on = 1 x 0,5 = 0,5 msT/off = 3 x 0,5 = 1,5 ms.

En comptant le nombre de carreaux horizontaux de l’ondeentière, soit T/on + T/off, on peut connaître sa fréquence enutilisant ces formules :

Hz = 1 000 : [ms x carreaux (T/on + T/off)]kHz = 1 000 : [µs x carreaux (T/on + T/off)]

MHz = 1 : [µs x carreaux (T/on + T/off)].

Figure 9, T/on occupe 1 carreau et T/off 3 carreaux, l’onde

complète 1 + 3 = 4 carreaux. Time/div est sur 0,5 ms, lafréquence est donc de :

1 000 : (0,5 ms x 4 carreaux) = 500 Hz.

Figure 10, T/on couvre 6 carreaux et T/off 2 carreaux ; orTime/div est sur 20 µs, ce qui donne :

T/on = 6 x 20 = 120 µsT/off = 2 x 20 = 40 µs.

Comme l’onde entière occupe 8 carreaux, la fréquence estde :

1 000 : (20 µs x 8 carreaux) = 6,25 kHz soit 6 250 Hz.

L’amplitude d’un signal carré

Pour connaître l’amplitude en Volts du signal carréapparaissant à l’écran, il suf t de savoir sur quelle valeur estréglé le bouton V/div et la multiplier par le nombre de carreauxoccupés verticalement par T/on. Si, par exemple, ce bouton estsur 2 V et si l’amplitude de T/on est de 6 carreaux (voir gure9), ce signal a une tension (ou amplitude) de :

2 x 6 = 12 V.

Si ce bouton était sur 5 V et si T/on occupait verticalement 3carreaux, le signal aurait une amplitude de :

3 x 5 = 15 V.

Note : n’oubliez jamais de contrôler que l’inverseur présent surla sonde est bien sur x1, s’il était sur x10 il faudrait multiplierl’amplitude obtenue en V par dix (car x10 veut dire que lasonde atténue d’un facteur dix).

L’utilisation du rapport cycliquepour faire varier une tension

Comprenez que la variation en % du rapport cyclique d’unsignal carré ne fera jamais varier sa fréquence, car lasomme des durées T/on + T/off reste toujours constante,qu’on ait un rappor t cyclique de 1% ou bien de 99% ! Mais,vous demandez-vous peut-être, à quoi peut bien servir

Figure 3 : Avant d’effectuer une mesure, mettez le sélec-teur AC-GND-DC sur GND et tournez le petit bouton POSI-TION de façon à mettre le tracé au centre.

Figure 5 : Si elle se positionne à moitié au dessus de laligne horizontale médiane et à moitié en dessous, c’estque le signal est double, c’est-à-dire composé d’une demionde positive et d’une demi onde négative par rapport àla masse.



LE COURS


pratiquement de faire varier le rapport cyclique d’un signalcarré ? Beaucoup de circuits électroniques utilisent cettevariation en % du rapport cyclique pour faire varier la valeurd’une tension continue en sortie : l’avantage tient à la faibledissipation thermique impliquée par ce procédé (les transis-

tors naux souffrant moins n’ont pas à être surdimension-nés). Pour connaître la tension que l’on obtient en faisantvarier le rapport cyclique, on utilise cette formule :

Veff = (Vcc x T/on) : (T/on + T/off),

où Veff est la tension arrivant aux bornes de l’ampoule oudu petit moteur ou de n’importe quel autre circuit pilotépar un signal carré à rapport cyclique variable (voir gu-res 12, 13 et 14) ; Vcc la tension positive maximale quele signal T/on atteint dans le sens vertical ; T/on la duréependant laquelle le signal T/on reste à son amplitude ou

tension positive maximale (il suf t de compter le nombrede carreaux verticaux et de multiplier par Time/div) ; T/off la durée pendant laquelle le signal T/off reste sur sa paused’amplitude 0 V (compter les carreaux horizontaux et mul-

tiplier par Time/div).

Premier exemple = supposons que nous alimentions uneampoule de 12 V à travers le collecteur d’un transistor dontla base est pilotée par un signal carré comme celui visible

gure 9. T/on couvre 6 carreaux verticaux et V/div de CH1est sur 2 V/carreau : le signal a donc une amplitude de 6x 2 = 12 V.Pour connaître la durée T/on, multiplions le nombre decarreaux horizontaux, ici 1 carreau, par la durée réglée surTime/div, ici 0,5 ms et nous obtenons :

1 x 0,5 = 0,5 ms.

Figure 9, on voit que T/off occupe 3 carreaux horizontaux,sa durée est donc de :

3 x 0,5 = 1,5 ms.

Pour connaître sous quelle tension est alimentée l’ampoulereliée au collecteur de TR1 (voir gure 12), utilisez la for-mule :

Veff = (Vcc x T/on) : (T/on + T/off)

et l’ampoule sera alimentée sous :

(12 x 0,5 ms) : (0,5 + 1,5 ms) = 3 Veff.Ci-dessus nous avons donné un exemple de calcul de la

tension aux bornes d’une ampoule en comptant le nombrede carreaux et en le multipliant par la valeur de Time/div,mais en principe quand on utilise l’oscilloscope on trouvedirectement la tension de sortie à partir du nombre decarreaux sans passer par les durées en ms ou en µs enutilisant la formule :

Veff = Vcc x [carreaux T/on : carreaux (T/on + T/off)].

Sachant que T/on atteint une tension maximale Vcc de 12V et qu’il couvre 1 carreau horizonta l et que T/off couvre 3

carreaux horizontaux, la tension aux bornes de l’ampoule(voir gure 12) sera de :

12 V x [1 carreau : (1 + 3 carreaux)] = 3 V.

Connaissant le pourcentage de T/on, dans notre exemple

T/on

T/off

50 %

Figure 6 : Pour calculer le % du rapport cyclique, il fautcompter combien de carreaux couvre T/on (3 ici), com-bien en couvre T/off (3 aussi) et effectuer le calcul : 3 :(3 + 3) x 100 = 50% de rapport cyclique.

Figure 7 : Dans le deuxième exemple T/on couvre 1 car-reau et T/off 3 carreaux, le % est de :1 : (1 + 3) x 100 = 25% de rapport cyclique.

T/on

T/off83,33 %

Figure 8 : Dans le troisième exemple T/on couvre 5 car-reaux et T/off 1 carreau, le % est de :5 : (5 + 1) x 100 = 83,33% de rapport cyclique.

T/on

T/off

25 %



LE COURS


Figure 9 : Pour connaître l’amplitude en V d’un signal carré il suf t de multiplier le nombre de carreaux occupés verticalementpar la valeur réglée sur le bouton V/div. Dans cet exemple, l’amplitude du signal atteint 6 x 2 = 12 V. Pour connaître les duréesT/on et T/off il suf t de multiplier le nombre de carreaux horizontaux par la valeur de Time/div. Dans cet exemple, T/on couvre1 carreau (1 x 0,5 = 0,5 ms) et T/off 3 carreaux (3 x 0,5 = 1,5 ms).

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

µ S

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

mS

T/on

T/off

Figure 10 : Dans cet exemple, l’amplitude du signal reste toujours égale à 12 V et ce sont seulement les durées de T/on et T/offqui varient. Le bouton Time/div étant sur 20 µs, les carreaux horizontaux occupés par T/on étant au nombre de 6 et ceux deT/off 2, nous avons une durée T/on de 6 x 20 = 120 µs et de T/off 2 x 20 = 40 µs. La Leçon explique comment, connaissant lesdurées T/on et T/off, il est facile de trouver la fréquence en Hz, kHz, MHz.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

µ S

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

mST/on

T/off

Figure 11 : Dans cet exemple, l’amplitude couvre toujours 6 carreaux verticaux et, le bouton V/div étant sur 2 V, l’amplitude dusignal carré est encore égale à 6 x 2 = 12 V. Le nombre des carreaux horizontaux de T/on et T/off étant pour les deux de 2, leTime/div étant réglé sur 0,1 ms, nous avons des durées T/on et T/off égales à 2 x 0,1 = 0,2 ms. Le % du rapport cyclique de cesignal carré est égal à 2 : (2 + 2) = 50%.

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

µ S

X-Y

TIME/DIV.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

CH1 VOLTS/DIV.

C A L

mV

mST/on

T/off



LE COURS


Figure 12 : Si nous pilotons la base d’un transistor avec un signal carré de rapport cyclique 25%, et si nous appliquons sur soncollecteur une ampoule alimentée avec une tension de 12 V, cette ampoule s’allumera comme si elle était al imentée avec unetension de seulement 3 V ; en effet, [(12 x 25) : 100] = 3 V. Ce calcul s’effectue aussi en comptant les carreaux horizontaux deT/on et T/off = (12 V x T/on) : (T/on + T/off).

25 %

E

B

CTR1

12 V

50 %

E

B

CTR1

12 V

Figure 13 : Si nous pilotons la base d’un transistor avec un signal carré de rapport cyclique 50%, et si nous appliquons sur soncollecteur une ampoule alimentée avec une tension de 12 V, cette ampoule s’allumera comme si elle était alimentée avec unetension de 6 V ; en effet, [(12 x 50) : 100] = 6 V. Ce calcul s’effectue aussi en comptant les carreaux horizontaux de T/on et T/off= (12 V x T/on) : (T/on + T/off).



LE COURS


25%, par rapport à la période entière (voir gure 12), il estpossible de trouver directement la tension de sortie aveccette formule simple :

V sortie = (Vcc x %) : 100

en effet, avec ce rapport cyclique l’ampoule sera alimentéesous :

(12 x 25) : 100 = 3 V (voir gure 12).

Deuxième exemple = dans l’exemple précédent, nousavons démontré que, lorsqu’un signal carré a un T/on de1 carreau et un T/off de 3 carreaux, même si l’ampouleest reliée à TR1 alimenté en 12 V, celle-ci s’allumeraavec la même luminosité que si elle était alimentée enseulement 3 V.

Si l’on veut augmenter sa luminosité, on doit augmenterle T/on du signal carré par rapport au T/off. Supposonsmaintenant que T/on couvre 6 carreaux verticaux (voir

gure 11) et que V/div de CH1 est sur 2 V/carreau : le signalaura une amplitude de 6 x 2 = 12 V.

Figure 11, on voit que T/on occupe 2 carreaux horizontaux,même chose pour T/off (les deux durées sont identiques).Pour connaître cette durée, on multiplie les carreauxhorizontaux par Time/div (supposons 0,1 ms) et onobtient :

2 x 0,1 = 0,2 ms.

Pour savoir sous quelle tension sera alimentée l’ampoulereliée au collecteur de TR1 (voir gure 13), utilisez ànouveau la formule :

Veff = (Vcc x T/on) : (T/on + T/off)

et l’ampoule sera alimentée sous :

(12 x 0,2 ms) : (0,2 + 0,2 ms) = 6 Veff.

Mais on peut aussi trouver cette tension simplement avecle nombre de carreaux horizontaux couverts par T/on etT/off. On a pour l’un comme pour l’autre 2 carreaux. La

tension sera de :

12 V x [2 carreaux : (2 + 2 carreaux)] = 6 V.

Là encore, connaissant le pourcentage de T/on, dans notreexemple 50%, par rapport à la période entière (voir gure

13), il est possible de trouver directement la tension desortie ; en effet, avec ce rapport cyclique l’ampoule seraalimentée sous :

(12 x 50) : 100 = 6 V (voir gure 13).

Troisième exemple = l’exemple précédent nous a apprisqu’un signal carré à rapport cyclique de 50% permetd’alimenter à travers TR1 une ampoule comme si elle l’étaitsous une tension de 6 V.

Pour augmenter sa luminosité on n’a qu’à augmenter ladurée de T/on par rapport à T/off, de façon à obtenir unrapport cyclique d’environ 92%, comme le montre la gure14. En effet, avec un tel rapport cyclique, l’ampoule seraalimentée sous une tension de :

(12 x 92) : 100 = 11 ,04 V (voir gure 14).

Quatrième exemple = faisons un pas en arrière et revenonsà la gure 10 où T/on occupe 6 carreaux horizontaux et T/off 2 carreaux horizontaux ; pour connaître la tension aveclaquelle sera alimentée l’ampoule reliée au collecteur deTR1, on se ser t de la formule :

12 V x [6 carreaux : (6+ 2 carreaux)] = 9 V.

Pour calculer le pourcentage du rapport cyclique, il fautd’abord trouver les durées T/on et T/off en comptant lescarreaux horizontaux occupés par T/on et en les multipliantpar la durée paramétrée sur Time/div (ici 20 µs, voir gure10) ; le signal T/on occupant 6 carreaux, on a une durée

de 6 x 20 = 120 µs. Figure 10, on voit que T/off occupe2 carreaux, ce qui fait une durée de 2 x 20 = 40 µs. Nouspouvons maintenant trouver le pourcentage du rapportcyclique avec la formule :

Rapport cyclique % = T/on : (T/on + T/off) x 100.

Introduisons les valeurs et nous obtenons :

120 : (120 + 40) = 75%.

Nous connaissons maintenant le pourcentage du rapportcyclique, nous pouvons trouver la tension ef cace souslaquelle alimenter l’ampoule :

(12 x 75) : 100 = 9 V.

Notez que si vous utilisez le nombre de carreaux horizontauxou le pourcentage de rapport cyclique, le résultat est lemême.

92 %

E

B

CTR1

12 V

Figure 14 : Si nous pilotons la base d’un transistor avec un signal carré de rapport cyclique 92%, et si nous appliquons sur soncollecteur une ampoule alimentée avec une tension de 12 V, cette ampoule s’allumera comme si elle était alimentée avec unetension de 11 V ; en effet, [(12 x 92) : 100] = 11,04 V. Ce calcul s’effectue aussi en comptant les carreaux horizontaux de T/on etT/off = (12 V x T/on) : (T/on + T/off).



NOTES



LE COURS


MHz, il est possible de trouver très facilement et avec unebonne précision la valeur en microhenry ou millihenry,d’un enroulement ou bien la fréquence d’accord d’uneMoyenne Fréquence ou d’un Filtre Céramique de 455 KHzou 10,7 MHz.

Les premières opérations à effectuer

La première opération à exécuter pour ces mesures est derégler les commandes de l’oscilloscope (voir gures 2-3-4)comme suit :

L E Ç O

N N °

4 7 - 6

N I V E

A U 3

Comment utiliser

l’oscilloscopeUtiliser l’oscilloscopecomme un inductancemètre (ou selfmètre)

Sixième partie

Pour connaître la valeur en µH ou en mH (l’inductance) d’uneself ou d’un quelconque enroulement, ou bobinage, vouspensez peut-être qu’il faut recourir à un selfmètre ou à uninductancemètre. Eh bien vous pouvez vous en passer et utiliserpour ces mesures un oscilloscope : voici comment faire.

P eu d’électroniciens, débutants en tout cas, sedoutent qu’il est possible avec un oscilloscope dedéterminer la valeur en microhenry ou en millihenry

d’une self ou d’un bobinage quelconque, puisqu’on pensegénéralement que cet appareil ne sert qu’à visualiser laforme et l’amplitude d’un signal électrique et, à la rigueur,d’en évaluer la fréquence.

Nous allons donc vous demontrer dans cette Leçon qu’encouplant un oscilloscope à un générateur HF pouvantfournir une fréquence comprise entre 50 kHz et 20-30



LE COURS


Figure 1 : La face avant de l’oscilloscope.

. 2

. 5

1 2

5 1 0

2 0 5

0 . 1. 2

. 5

. 1 . 2

. 5 1 2 5 1 0

2 0

5 0

. 1

. 2

S m S

µ S

X - Y

T I M E / D I V .

V

2

5 1 0 2 0

5 0

. 1

. 2

. 5 1

2

5 V O L T S / D I V . C A L

I N P U T X

G N D

D C

A C

C H 1

m V

P O S I T I O N

P O S I T I O N

N O R M

S I N G L E

A U T O


N O R M

E X T V

2

5 1 0 2 0

5 0

. 1

. 2

. 5 1

2

5 V O L T S / D

I V . C A L

I N P U T Y

G N D

D C

A C

m V

P O S I T I O N

C H

. 2

C H

. 1

C H O P

M O D E

A L T .

C H 1

L I N E

A C

T V D C

H F

S O U R C E

C O U P L I N G

C A L

E X T T R I G G E R

L E V E L

C H 2

P O W E R

I N T E N S I T Y

F O C U S

S C A L E

I L L U M

.

C A L .

0 , 5

V

L F

C H 2

S L O P E

A

B

C

E

H

A

B

C

F

G

D

H O L D O F F

M I N

A =

à g a u

c h e l a B N C d ’ e n t r é e d u

c a n a l C H 1 e t à d r o i t e c e l l e d u

c a n a l C H 2

B =


r d i s p o s e r l e s e n t r é e s C H 1 e t C H 2 e n A C - G

N D - D

C ( G N D =

m a s s e )

C =

s é l e c t e u r s p o u

r c h a n g e r l a s e n s i b i l i t é d e s V o l t s / d i v . d e s e n t r é e s C H 1 - C

H 2

D =

p o u

s s o i r V E R T I C A L M O D E ( v o i r f g u

r e 3 ) p o u r

s é l e c t i o n n e r l ’ e n t r é e C H 1 o u

C H 2

E =

s é l e c t e u r d e l a b a s e d e t e m p s o u

T i m e / d i v . ( v o i r f g u

r e 4 )

F =

l e v i e r d u T

R I G G E R C O U P L I N G

, n o r m a l e m e n t s u r A C o u

D C

G =

l e v i e r d u T R I G G E R S O U R C E ( v o i r f g u

r e 3 ) à p l a c e r s u r N o r m a l

H =

p o u

s s o i r s

d u


. P r e s s e r l e p o u s

s o i r A u

t o c o m m e l e m o n t r e l a f g u

r e 3

.



LE COURS


Figure 3 : Pressez en Vertical Mode le poussoir CH1, enTrigger Mode le poussoir AUTO et mettez le levier duTrigger Source sur Normal ( èche G).

Figure 2 : Placez le sélecteur des V/div sur la portée 50 mV et mettez le levier B sur AC.

Figure 4 : Placez le sélecteur Time/div. sur 1 ms pour visualiser le signal visible gures 8, 9 et 10.

- placer le sélecteur Time/div. (voir figure 4) sur 1 millisecondede façon à visualiser à l’écran une ample bande de signal (voirfigure 9), quand on applique à l’entrée de l’oscilloscope le signalprovenant du générateur HF,

- placer le sélecteur du Trigger Source sur Norm (Normal),comme l’indique la flèche jaune G visible figure 3,

- presser le poussoir Auto du sélecteur Trigger Mode (voir flè-che jaune H figure 3), sur certains oscilloscopes il s’agit d’unsélecteur rotatif ou à levier,

- placer l’inverseur présent sur la sonde sur x1 (voir figure 6).

Poursuite des opérations

Une fois l’oscilloscope préparé, il faut relier directement lecâble de sortie du générateur HF à la pointe de touche dela sonde de l’oscilloscope et tourner le bouton RF Output(signal de sortie) du générateur HF jusqu’à visualiser àl’écran une bande de signal couvrant 6-7 carreaux verti-calement comme le montre la gure 9. Nous avons choisipour le bouton Volts/div. du canal CH1 (voir gure 2) unesensibilité de 50 millivolts car, même si l’on dispose du

générateur HF le plus économique, on aura à sa sortie unsignal d’environ 400-500 millivolts. Quand on a réglé l’am-plitude sur 6-7 carreaux verticalement (voir gure 9), il estconseillé de ne plus toucher au bouton HF ou RF Output dugénérateur HF. Mesurer l’inductance des selfs

Pour mesurer la valeur d’une self ou de tout bobinage ilfaut relier la sortie du générateur HF à la sonde de l’os-cilloscope à travers deux résistances en série de 1 k 1/4 W(voir figure 5). Entre la jonction des deux résistances et lamasse, connecter la self ou l’enroulement de valeur incon-nue (voir figure 7), sans oublier de monter en parallèle àses extrémités un condensateur polyester de 1 nF (1 000pF). A la place de ce dernier, vous pouvez utiliser un con-densateur céramique de même valeur, mais ceux-ci sontsensibles aux variations thermiques et donc leur valeurchange (beaucoup) avec la température. Reliez la self inconnue entre le générateur HF et l’oscilloscope commele montre la figure 7, tournez lentement le bouton d’accorddu générateur en partant de la fréquence la plus basse,soit 100 kHz, puis monter jusqu’à la fréquence maximalede 20-30 MHz, tout en observant le tracé du signal àl’écran. L’amplitude du signal apparaissant sur l’écran estau début une bande très étroite, comme le montre la figure8. On continue à tourner le bouton du générateur pour

monter en fréquence et, quand la fréquence s’approche dela fréquence d’accord de la self ou du bobinage, le signalaugmente d’amplitude. Quand l’amplitude maximale estatteinte (voir figure 9), si on continue à tourner le boutond’accord du générateur, le signal diminue d’amplitude ànouveau (voir figure 10). La fréquence ayant permis d’at-teindre l’amplitude maximale (voir figure 9), correspond àla fréquence d’accord (F0 = 1 : (2 x √LC). Il suffit alorsde lire sur l’échelle graduée du générateur la valeur de lafréquence. Connaissant cette valeur de fréquence, pourtrouver la valeurL de la self (son inductance) en µH, onse sert de la formule :

L en µH = 25 300 : [(MHz x MHz) x pF]

où

MHz = est la valeur de la fréquence d’accord en MHz, nousayant permis d’atteindre l’amplitude maximale (voir gure 9) ;cette valeur est élevée au carré, d’où MHz x MHz.

V

2

5

10

20

50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT Y

GND DCAC

mV

POSITION CH1

B

NORMSINGLE AUTO

TRIGGER MODECH.2

CH.1

CHOP

(VERTICAL)MODE

ALT.

NORM

EXT

CH1

LINE

(TRIGGER)SOURCE

CH2

D

G

H

.2.51

25

10

20

50

.1.2

.5 .1.2

.5

1

2

5

1020

50.1.2

S

mS

µ S

X-Y

TIME/DIV.

- placer le sélecteur Volts/div. du canal CH1 sur la portée 50millivolts/div. (voir figure 2) et le levier du sélecteur AC-GND-DCdu canal CH1 sur AC (voir flèche B),

- puisque on utilise normalement pour ces mesures l’entrée CH1,pressez dans le Vertical Mode le poussoir indiqué par la flèche jaune D (voir figure 3),



LE COURS


Figure 5 : Pour mesurer l’inductance L en µH ou en mH d’une self, il faut monter entre la sortie du générateur HF et la sonde del’oscilloscope deux résistances de 1 k 1/4 W en série. Tournez alors le bouton HF ou RF OUTPUT (amplitude du signal de sortie)du générateur de façon à obtenir à l’écran une bande de signal couvrant verticalement 6 à 7 carreaux (voir gure 9).

pF = est la valeur du condensateur en parallèle avec la self oule bobinage (1 000 pF).

Supposons que l’amplitude maximale soit atteinte (voir gure9) avec une fréquence de 2,32 MHz, l’inductanceL de la self sera de :

L = 25 300 : [(2,32 x 2,32) x 1 000] = 4,7 µH

XINPUT

x 1 x 1 0

x 1

GÉNÉRATEUR HF

1 0

0 9

0

1

0 0

1 0

0 9

0

1

0 0

1 0

0 9

0

1

0 0

1 0

0 9

0

1

0 0

1 0

0 9

0

1

0 0

1 k

1 000 pF SELF JAF

1 k

x 1 x 10

x 1 x 10

PINCE CROCO DE MASSE

Figure 6 : Nous conseillons de placer l’inverseur dela sonde sur x1.

SONDE

VERS OSCILLOSCOPE

VERS GÉNÉRATEUR HF

1 k

1 000 pF SELF JAF

1 k

Figure 7 : La self, ou tout autre bobinage, de valeur inductive Lx inconnue et dont vous voulez connaître l’inductance L en µHou en mH, est à monter entre la jonction de deux résistances de 1 k et la masse ; sans oublier de monter en parallèle avec laself un condensateur de capacité C = 1 000 pF, si possible au polyester. Le “tableau noir” de la gure 16 récapitule toutes lesformules utiles pour trouver les différentes valeurs.

Supposons que l’aiguille d’accord de l’échelle graduée dugénérateur HF indique une fréquence de 2,33 MHz, par lecalcul nous trouvons :

L = 25 300 : [(2,33 x 2,33) x 1 000] = 4,66 µH

Dans ce cas nous pouvons af rmer que la valeurL de la self est de 4,7 µH, en tenant compte des tolérances.



LE COURS


Figure 8 : Quand on relie le générateur HF à l’oscillos-cope comme le montrent les gures 7, 11 et 12, on

voit tout de suite apparaître à l’écran une étroite bandehorizontale de signal.

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Figure 9 : Si vous augmentez la fréquence produite par legénérateur vous en trouverez une qui élargira la bandehorizontale jusqu’à couvrir environ 7 carreaux verticaux.

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Figure 10 : L’amplitude maximale correspond à la fréquenced’accord F du circuit L/C ; en effet, si vous augmentez encorela fréquence, la bande de signal redevient plus étroite (vousavez alors dépassé la fréquence d’accord F ).

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0

La fréquence d’accorddescend jusqu’aux khz

Plus l’inductanceL de la self augmente, plus la fréquenceF d’accord diminue, à tel point que l’on doit passer des MHzaux kHz (voir Tableau 1).

Pour trouver les valeurs deL en µH avec des fréquencesF enkHz, il faut les convertir en MHz en les divisant par 1 000.Si le générateur HF indique une fréquence d’accord de 175KHz, convertissons en MHz et nous obtenons :

F = 175 : 1.000 = 0,175 MHz

à insérer dans la formule :


ce qui donne :

L = 25 300 : [(0,175 x 0,175) x 1 000] = 826 µH

En tenant compte des tolérances des composantsL /C et aussides capacités parasites, nous pouvons arrondir cette valeur àl’inductance normalisée 820 µH.

Dans le Tableau1 on indique sur quelle fréquenceF accorderle générateur HF en fonction de l’inductanceL.

Quand on mesure des valeurs deL en millihenry (mH), ondoit utiliser des fréquencesF inférieures à 100 kHz et il estnécessaire de remplacer le générateur HF par un généra-teur BF.

TABLEAU 1 Valeur Fréquence Bouton

d’inductance L d’accord F des Volts/Div.1,0 µH 5,03 MHz 5 mV 2,2 µH 3,39 MHz 5 mV 3,3 µH 2,76 MHz 5 mV 4,7 µH 2,32 MHz 5 mV 8,2 µH 1,75 MHz 5 mV 10 µH 1,59 MHz 5 mV 15 µH 1,30 MHz 5 mV 18 µH 1,18 MHz 5 mV 22 µH 1,07 MHz 5 mV 33 µH 875 kHz 5 mV 47 µH 735 kHz 5 mV

56 µH 673 kHz 5 mV 82 µH 555 kHz 5 mV 100 µH 500 kHz 50 mV 150 µH 410 kHz 50 mV 180 µH 375 kHz 50 mV 220 µH 340 kHz 50 mV 270 µH 300 kHz 50 mV 330 µH 275 kHz 50 mV 470 µH 230 kHz 50 mV 560 µH 210 kHz 50 mV 820 µH 175 kHz 50 mV 1,0 mH 159 kHz 50 mV 2,2 mH 107 kHz 50 mV 10 mH 50 kHz 50 mV

Note : les fréquences données dans ce Tableau sont approxi-matives car elles dépendent de la précision du générateurHF ; par conséquent, si vous vouliez obtenir des valeurs plusprécises, il faudrait lire la fréquence avec un fréquencemètrenumérique.



LE COURS


Figure 11 : Pour connaître la fréquence d’accord F d’un bobinage sur noyau torique, reliez à ses extrémités un condensateurC de 1 000 pF, bobinez (provisoirement) 1 ou 2 spires de l isolé plastique (il vous servira à appliquer le signal venant dugénérateur HF).

XINPUT

x 1 x 1 0

x 1

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1 000 pF

GÉNÉRATEUR HF

Figure 12 : Pour connaître la fréquence d’accord F d’un bobinage sur noyau ferroxcube également, reliez à ses extrémitésun condensateur C de 1 000 pF céramique et appliquez le signal venant du générateur sur 1 ou 2 spires provisoirementenroulées sur ce noyau. La fréquence d’accord F peut être trouvée aussi avec le procédé des deux résistances de 1 k,comme le montrent les gures 7 et 13.

XINPUT

GÉNÉRATEUR HF

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x 1 x 1 0

x 1

1 000 pF

SPIRES

La bande du signal est étroite

Si vous mesurez des selfs dont l’inductanceL est de l’ordredu microhenry (voir Tableau 1), vous verrez tout de suitequ’avec une sensibilité de 50 mV/carreau vous ne pouvezpas obtenir à l’écran une bande atteignant, à la fréquenced’accordF , une amplitude de 6-7 carreaux.

Dans ce cas, pour lire la fréquence d’accordF il faut tour-ner le bouton des Volts/div. et passer des 50 mV à 10-5 millivolts/carreau, ou bien tourner le bouton HF ou RFOutput (signal sortie) du générateur HF jusqu’à ce que lesignal se développe verticalement sur une hauteur de 6-7carreaux, comme le montre la gure 9.

La self bobinée sur noyau torique

Pour mesurer l’inductanceL en microhenry ou millihenryd’une self nous vous avons conseillé de la relier entre la jonction des deux résistances de 1 k et la masse (voir gure7). Pour connaître la fréquence d’accordF d’un bobinagesur noyau torique, on peut adopter la solution de la gure11 : monter aux extrémités de l’enroulement à mesurer uncondensateur de 1 nF (1 000 pF), puis prélever le signalavec la sonde de l’oscilloscope reliée à l’entrée CH1. Sur cenoyau vous devez bobiner approximativement 1-2 spires, enutilisant du l de cuivre isolé plastique, puis connecter lesextrémités au signal du générateur HF. Tournez lentementl’accord de ce dernier, du minimum vers le maximum et



LE COURS


cherchez la valeur deF qui fera augmenter vers le maximumd’amplitude la hauteur de la bande de signal à l’écran (voir

gure 9).

Vous savez que cette amplitude maximale correspond à lafréquence d’accordF ; quand vous la connaissez, vous pouveztrouver l’inductanceL en µH du bobinage en vous servant dela formule :


Ce même procédé avec 1-2 spires reliées au générateur HFpeut être utilisé aussi pour trouver l’inductanceL en µH d’unbobinage sur noyau ferroxcube (voir gure 12).

La capacite d’accord

Il arrive parfois qu’on connaisse l’inductanceL exacte enmicrohenry ou millihenry d’une self ou d’un bobinage et qu’onveuille savoir quelle capacitéC appliquer en parallèle pourobtenir un accord de ce circuitL /C sur la fréquenceF désirée.La formule pour trouver la capacitéC en pF du condensateurà monter en parallèle sur la self est :

C = 25 300 : [(MHz x MHz) x µH]

Par exemple, avec une self L de 22 µH, pour obtenir une fré-quence F de 3,2 MHz, il faut monter en parallèle un conden-sateur C de :

Figure 13 : Pour connaître la fréquence d’accord F d’un bobinage (ici une self “nid d’abeille”), la meilleure solution consiste à utiliserle procédé des deux résistances de 1 k (voir gure 7) ; sans oublier de monter un condensateur C de 1 000 pF en parallèle. Pourtrouver l’inductance L en µH ou en mH, utilisez la formule du tableau noir, gure 16.

XINPUT

GÉNÉRATEUR HF

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x 1x 1

x 1 0 1 000 pF

1 k 1 k

Figure 14 : Pour connaître la fréquence de travail F d’une MF, il suf t d’identi er les sorties du socle isolant. Le secondaire sur lequelappliquer le signal du générateur est à 2 broches (toutes deux du même côté) et le primaire à relier à l’oscilloscope est à 3 broches(toujours toutes trois du même côté). Aucun condensateur n’est à monter (il est déjà présent à l’intérieur du boîtier de blindage).

PRIMAIRE

XINPUT

GÉNÉRATEUR HF

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x 1 x 10

x 1MF

SECONDAIREPRIMAIRESECONDAIRE



LE COURS


Figure 15 : Pour connaître la fréquence d’accord F d’un ltre céramique de n’importe quel type, il faut utiliser les deux résistancesde 1 k. La résistance sur laquelle est appliqué le signal du générateur est, comme on le voit, en série avec la broche d’entrée du

ltre ; la seconde résistance sur laquelle on prélève le signal avec la sonde de l’oscilloscope est montée au contraire entre les deuxbroches restantes, celle du milieu étant à la masse (pinces croco de masse du générateur et de la sonde).

XINPUT

GÉNÉRATEUR HF

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1

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x 1 x 10

x 1

FILTRE CÉRAMIQUE

1 k

1 k

C = 25 300 : [(3,2 x 3,2) x 22] = 112 pF

Cette valeur n’étant pas normalisée, on montera en paral-lèle deux condensateurs, l’un de 100 pF et l’autre de 10 pF.

Avant de monter le second condensateur de 10 pF, contrôlezbien sur quelle fréquenceF s’accorde le circuit avec seulementle condensateur de 100 pF, car, étant données les toléranceset les capacités parasites, la fréquence pourrait bien tomberexactement sur les 3,2 MHz requis !



LE COURS


La fréquence des filtres céramiques

A cause de la miniaturisation croissante des circuits élec-troniques, vous trouverez difficilement dans un récepteurmoderne des MF encombrantes, car aujourd’hui on lesremplace par de petits filtres céramiques à 3 (ou mêmedavantage) sorties.

Sur le boîtier de ces derniers, souvent, le marquage a étéeffacé et on ne sait si l’on a affaire à un filtre de 455 KHzou de 10,7 MHz.

Pour savoir sur quelle fréquenceF travaille l’un de cesfiltres, reliez la sortie signal du générateur HF à sa broched’entrée à travers une résistance de 1 k (voir sur la figure15) et connectez entre sa broche de sortie et la masse uneseconde résistance de 1 k : la sonde de l’oscilloscope està relier en parallèle sur cette dernière résistance.

Tournez lentement l’accord du générateur HF, en partantde 400 KHz et en montant vers 11 MHz, vous trouverez la

fréquenceF

pour laquelle l’amplitude du signal à l’écrandevient maximale (ce sera la fréquence d’accordF du fil-tre céramique avec une bonne approximation), comme lemontrent les f igures 8-9-10.

Conclusion

Avec un simple générateur HF dont on peut lire la fréquenceF sur une échelle graduée, sachez que la valeur d’induc-tance L en µH ou en mH que vous pourrez trouver auratoujours une tolérance de +/–10% ; mais vous découvrirezqu’avec ce procédé facile à mettre en pratique, vous mesu-rez la valeur inductiveL de n’importe quel enroulement avecune précision souvent suf sante.De même pour trouver la capacité C du condensateur d’ac-cord quand la valeur inductiveL du bobinage est connue etde même encore pour déterminer la fréquenceF d’une MFou d’un ltre céramique.

La fréquence d’accord d’une MF

Il peut arriver de retrouver au fond d’un tiroir des MoyennesFréquences (MF) encore utilisables mais dont on ignore lavaleur : 455 KHz, 5,5 MHz ou encore 10,7 MHz ? (sur leblindage rien n’est écrit).

Si vous regardez bien son socle (en matière isolante)vous verrez d’un côté 2 sorties et, du côté opposé, 3sorties comme le montre la gure 14.

Les deux sorties correspondent à l’enroulement secon-daire comportant peu de spires et les trois à l’enroule-ment primaire en comptant beaucoup plus et doté d’uneprise intermédiaire.

Pour savoir sur quelle fréquenceF la MF est accordée, ilsuf t de relier le signal sortant du générateur HF aux deuxsorties de la MF (secondaire) et la sonde de l’oscilloscopeau primaire à trois sorties (voir gure 14).

Tournez lentement l’accord du générateur HF en partantde 450 KHz et en allant vers 5,5 MHz, puis vers 10,7 MHz jusqu’à trouver la fréquence d’accordF correspondant àl’amplitude maximale du signal à l’écran, comme le mon-trent les gures 8-9-10.

Cette amplitude maximale correspondra avec une bonneapproximation à la fréquence d’accordF de la MF ; n’oubliezpas qu’à l’intérieur se trouve un noyau ferromagnétiquepour le réglage.

Si, par exemple, l’amplitude maximale est obtenue pourune fréquence de 448 KHz ou 463 KHz, véri ez qu’entournant le noyau ferromagnétique cette MF s’accordesur 455 KHz.Si l’amplitude maximale est obtenue pour 10,2 MHz ou10,9 MHz cette MF est de 10,7 MHz et, en effet, en tour-nant son noyau ferromagnétique, vous ferez l’accord sur10,7 MHz.

Figure 16 : Sur ce “tableau noir” nous récapitulons toutes les formules pouvant être utilisées pour trouver les inductancesL de selfs inconnues en µH ou mH quand on connaît la fréquence d’accord F . Si on connaît la valeur de la capacité C enpF du condensateur utilisé et l’inductance L de la self en µH ou mH, on peut calculer la fréquence d’accord F du parallèleL/C (circuit oscillant).

C en pF x L en µ HF en MHz = 159 :

L en mH = 25,3 : [(F en MHz x F en MHz) x C en pF]

C en pF = 25 300 : [(F en MHz x F en MHz) x L en µ H]

C en pF x L en mHF en kHz = 5 030 :

L en µ H = 25 300 : [(F en MHz x F en MHz) x C en pF]



NOTES



LE COURS


un écran d’oscilloscope. C’est pourquoi nous avons pensévous proposer un circuit qui vous permettra de visualiser ces

gures sur l’écran de n’importe quel oscilloscope : instructif,donc, mais aussi ludique (n’est-ce pas là la meilleure dé ni-tion de l’électronique ?)

Note : à cause de l’espace compté qui nous est accordé,nous n’avons pu reproduire qu’un nombre limité de gu-res, mais sachez qu’il en existe bien davantage ! Sur lesite (en Anglais) :

L E Ç O

N N °

4 7 - 7

N I V E

A U 3

Comment utiliser

l’oscilloscopeL’oscilloscope et les figures de Lissajous Septième partie

Quand le physicien français Jules Antoine LISSAJOUS(1822-1880) fabrique un appareil mécanique, constitué dedeux diapasons et de deux miroirs, grâce auquel il réussit àrendre visible la composition géométrique de deux mouvementsharmoniques de fréquences identiques ou différentes, il nepensait certainement pas que son nom serait indissolublementlié à un instrument de mesure, n’existant pas alors, que nousconnaissons aujourd’hui sous le nom d’oscilloscope.

A titre de curiosité nous pouvons ajouter que, lorsqueles fréquencemètres numériques n’existaient pasencore, les gures de Lissajous étaient utilisées pour

déterminer une fréquence inconnue. Aujourd’hui ces guress’utilisent principalement dans un but didactique, car ellespermettent de voir à l’écran comment se modi ent ou sedéforment deux ondes sinusoïdales quand elles sont ajou-tées avec des amplitudes et des phases différentes entreelles. On ne peut nier que ces gures nous fascinent par leseffets et les diverses combinaisons qu’elles produisent sur



LE COURS


Figure 2 : Avant de souder les trois potentiomètresR2, R6 et R4 sur le circuit, raccourcissez leurs axesen plastique à une longueur de 15 mm (cela vouspermettra ensuite d’y en ler et xer trois boutons decommande). Après avoir soudé les trois broches dansles trous correspondants, soudez sur chaque potentio-mètre un morceau de l de cuivre dénudé reliant lacarcasse métallique à la masse du circuit imprimé(cette mise à la masse a pour n d’éviter de capter lesparasites 50 Hz venant du secteur 230 V).

Figure 1 : Schéma électrique du circuit servant à visualiser à l’écran de tout oscilloscope les gures de Lissajous.

T1S1

ECTEUR30 V

DS1

R1

DL1

R2

R3R4

R6

R7

C1

C2

C3

C4

SORTIE X

SORTIE Y

ENTRÉE BF

8 V XINPUT YINPUT

R5

ZOOM

" Y "

" X "

F1

www.math.com/students/wonders/lissajous/lissajous.html

vous pourrez en voir et en former sur un oscilloscope virtuelautant que vous voudrez (voir la rubrique Sur l’Internet en

n de revue)


Si vous en aviez déjà vu sur des livres de physique ou demathématique, vous pensiez peut-être que pour les produireil faut mettre en oeuvre des circuits complexes, avec unefoule de circuits intégrés et de transistors ! Eh bien non etle schéma électrique de la gure 1 vous le montre : quatremaigres résistances, trois ridicules potentiomètres, quatrecondensateurs étiques, une diode famélique (mais ausilicium tout de même !) alimentant une vieille LED, mêmepas essentielle, faisant of ce de voyant M / A ; quoi de pluspauvre ?

Bon, recouvrons notre sérieux en revenant à la gure 1. Latension de 8 V environ présente sur le secondaire du trans-formateur T1 est appliquée aux broches du potentiomètreR2 et de la résistance R3 montés en série. A ce mêmesecondaire est reliée la diode DS1, utilisée ici pour redres-ser la tension alternative utile à l’allumage de DL1 (simplevoyant de marche, répétons-le).

Notez en outre que les gures apparaissant à l’écran peu-vent être agrandies ou réduites en tournant le bouton dupotentiomètre R2, comme quand on se sert du zoom d’unecaméra vidéo. La tension prélevée sur le curseur de R2est appliquée, à travers R5, à l’extrémité du potentiomètreR6 indiqué X, car il permet de régler l’inclinaison du signalappliqué sur l’entrée X de l’oscilloscope (voir X Input gure1). Ce même signal prélevé sur R2 est envoyé au potentio-mètre R4 indiqué Y car il permet de régler l’amplitude dusignal appliqué sur l’entrée Y de l’oscilloscope (voir Y Input

gure 1). Si on tourne les boutons de R6-R4, on peut facile-ment obtenir un cercle parfait (voir gure13) et en tournantcelui de R2 ce cercle peut être réduit jusqu’à devenir unminuscule anneau (voir gure12) ou bien agrandi jusqu’àsortir de l’écran. Le schéma électrique montre égalementune prise notée Entrée BF laquelle, à travers C4 et R7, estreliée directement à la Sortie Y allant à l’oscilloscope. Si onapplique sur cette entrée BF une onde sinusoïdale ou biencarrée, on obtient une in nité de gures de Lissajous toutesplus intéressantes les unes que les autres.

CIRCUIT IMPRIMÉ

15 mm

SOUDER

POTENTIOMÈTRE


Procurez-vous le circuit imprimé EN1612, ou réalisez-le àpartir du dessin à l’échelle 1 de la gure 3b (la meilleureméthode quand on travaille à l’unité a été expliquée dansle numéro 26 d’ELM : c’est celle de la “pellicule bleue”,voir nos annonceurs). Quoi qu’il en soit, quand vous l’avezdevant vous, gravé et percé (et pourquoi pas étamé ?),montez tous les composants, comme le montre la gure3a. Enfoncez et soudez tout d’abord les huit picots. Sou-dez le transformateur T1 (il vous permettra de manipulerfacilement la platine). Soudez ensuite les deux borniers àdeux pôles (un pour l’entrée du secteur 230 V par cordonet fusible, un pour l’interrupteur M / A S1. Montez les raresrésistances, les quelques condensateurs polyesters, ladiode redresseuse DS1 (anneau blanc vers la gauche).

Montez alors les trois potentiomètres et d’abord ne les con-fondez pas : R2 “ZOOM” fait 1 k (ou 1 000 ohms), R6 “X”100 k et R4 “Y” 1 M (mégohm ou 1 million d’ohms) ; avantde les insérer, coupez leur axe en plastique à 15 mm, puissoudez leurs trois broches et leurs carcasses métalliquesà de courts morceaux de l allant à la masse, comme lemontre la gure 2.



LE COURS


Figure 3a : Schéma d’implantation des composants du circuit servant à visualiser à l’écran de tout oscilloscopeles gures de Lissajous.

Passez aux liaisons avec les éléments périphériques situéssur les faces avant et arrière en aluminium du boîtier plas-tique (voir photo de première page et gure 3c). En faceavant, montez la LED et la prise chassis RCA “cinch” d’EN-TRÉE BF ; entre les deux les trois potentiomètres (ZOOM, Xet Y) seront xés par leurs écrous plats (un de chaque côtédu panneau) et dotés chacun d’un bouton. Sur le panneauarrière, montez l’interrupteur S1, le porte-fusible et le cordon

A

K

A

K

SECTEUR 230 VF1

R1

DS1R3

R2 R6

R5

R4

R7

C4

C2C3 C1

DL1 ZOOM " X " " Y " ENTRÉE BF

S1 " X " " Y "

T1(mod. T003.02)

LEDA K

A K

Fixez la platine au fond du boîtier à l’aide de deux entre-toises plastiques autocollantes : en lez-les dans les deuxtrous arrière du circuit imprimé, ôtez le papier de protectionde leur base adhésive et pressez-les sur le fond du boîtier ;vissez ensuite les deux vis autotaraudeuses dans les deuxtrous avant. La platine sera également maintenue par lesaxes et écrous des trois potentiomètres xés sur la faceavant en aluminium. Voir gure 3c.



LE COURS


Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du circuit servant à visualiser à l’écran de tout oscilloscope les gures deLissajous.

posants polarisés ou de ls), fermez le couvercle du boîtier :vous allez pouvoir passer aux essais et, pour cela, tout d’abordparamétrer les commandes de votre oscilloscope, comme vousavez appris à le faire.

Commentrégler les commandes de l’oscilloscope

Pour obtenir les gures de Lissajous vous devez appliquer lesignal prélevé sur le circuit que vous venez de construire auxdeux entrées X-Y de l’oscilloscope, CH1 et CH2 (voir gure6). Activez ensuite la fonction X-Y de l’oscilloscope : sur cer-tains modèles, cela se fait en plaçant le bouton Time/divsur X-Y (voir gure 4) ; sur d’autres en pressant un poussoirX-Y (voir aussi gure 4).

Note : vous saurez que vous êtes bien en fonction X-Y carvous verrez au centre de l’écran, à la place de la ligne hori-zontale, un point très lumineux (voir gure 5).

Tournez alors le bouton des deux sélecteurs Volts/div des

canaux CH1-CH2, pour régler les deux sur 0.2 Volts/div (voirgure 6). Puis positionnez l’inverseur AC-GND-DC des deuxcanaux CH1-CH2 sur DC (voir gure 6).

Enfoncez les ches BNC reliées à des câbles coaxiaux pro-venant du circuit EN1612 dans les socles BNC d’entréeInput X - Input Y de l’oscilloscope (voir gure 7) : vous êtesalors prêts à visualiser les gures à l’écran.

Comment obtenir ellipses et cercles

Ce sont en effet les gures les plus simples que permetd’obtenir notre circuit. Quand l’oscilloscope est dûment con-

guré, comme le montre la gure 6, alimentez le circuitEN1612 et tout de suite apparaît à l’écran une gure ellipti-que (voir gure 8). Si vous tournez convenablement le poten-tiomètre R4 (Y), vous modi erez l’ellipse dans le sens vertical ;avec R6 (X) vous modi erez son inclinaison de gauche à droiteet vice versa (voir gures 10 et 11).

Liste des composantsR1 .............. 180R2 .............. 1 k pot. lin.R3 .............. 100R4 .............. 1 M pot. lin.R5 .............. 100 kR6 .............. 100 k pot. lin.R7 .............. 3,3 kC1............... 120 nF polyesterC2............... 4,7 nF polyesterC3............... 120 nF polyesterC4............... 1 µF polyesterDS1............1N4007DL1 ........... LED rougeF1............... fusible 1 AT1............... transformateur 3 VA secondaire 0-8-12 V

200 mA mod. T003-02S1............... interrupteur

avec son passe- l et, entre ces composants secteur, lesdeux ches chassis BNC X et Y. Reliez la LED aux pointsA et K à l’aide d’une torsade, sans intervertir la polarité(la patte A, anode, est la plus longue). Reliez interrupteuret porte-fusible / cordon aux borniers par de simples lssouples isolés.

Par contre, la RCA et les BNC sont à relier à la platinepar des longueurs adéquates de câbles blindés, sansintervertir tresse de masse et point chaud (conducteurcentral) : les tresses vont aux cosses de masse des BNC / RCA et aux picots de masse du circuit imprimé.

En soudant ces câbles blindés, ne faites pas fondre, parsurchauffe, les isolants internes car vous provoqueriez uncourt-circuit et l’appareil ne fonctionnerait pas. Voir gure3c.

Une fois tout bien véri é (ni court-circuit entre pistes ou pas-tilles ni soudure froide collée, aucune interversion de com-



LE COURS


Figure 5 : Quand vous aurez activé la fonction X-Y, à l’écran vous ne verrez plus une ligne centrale horizontale mais aucentre de la croix un point très lumineux.

Figure 3c : Photo d’un des prototypes du circuit servant à visualiser à l’écran de tout oscilloscope les gures de Lissajouset montage dans le boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium anodisé.

Figure 4 : Sur certains oscilloscopes, pour activer la fonc-tion X-Y, il suf t de placer le bouton Time/div sur la posi-tion X-Y ; sur d’autres, il faut presser un poussoir X-Y.

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µ S

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Figure 6 : Quand ce point est obtenu, placez les deux boutons CH1-CH2 sur 0,2 V/div, puis mettez l’inverseur AC-GND-DC sur DC.

V

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.5

1

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VOLTS/DIV.

C A L

INPUT X

GND DCAC

CH1

mV

POSITION

V

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5

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50.1

.2

.5

1

2

5

VOLTS/DIV.

C A L

INPUT Y

GND DCAC

mV

POSITION

CH.2

CH.1

CHOP

MODE

ALT.

CH2

Figure 7 : Pour relier les deux BNC de sortie situées sur le panneau arrière de l’appareil, utilisez des morceaux de câblecoaxial de 50 cm dotés à chaque extrémité d’une che BNC mâle. Ces câbles peuvent être fabriqués par vous (câbleet BNC sont disponibles) ou achetés tout faits auprès de nos annonceurs.

X INPUT Y INPUT

Y OUT

X OUTB.F. INP

Signal Generator0,025 Hz - 80 MHz

B.F. INP

ZOOM " X " " Y "

POWER

B.F.ON

INPUT

ZOOM " X " " Y "

Figure 8 : Quand on tourne le bouton de R6 on obtient uneellipse qu’on peut élargir ou rétrécir.

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Figure 9 : Si l’on intervertit les câbles X et Y (à l’entrée del’oscilloscope ou à la sortie de l’appareil), l’ellipse passe desa position verticale à la position horizontale.

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Amusez-vous maintenant à tourner, à volonté, les trois potentio-mètres R2-R4-R6, a n de voir quelles gures apparaissent. Pourobtenir un cercle parfait, agissez d’abord sur le R2 de zoom de

façon à obtenir un anneau de petites dimensions (voir gure 12).Étant donné que cette gure n’est pas parfaitement circulaire,corrigez-la avec R4-R6 jusqu’à réussir un cercle parfait. Quandvous avez réussi, agissez sur le R2 de zoom pour l’agrandir auxdimensions désirées (voir gure 13).

Si vous disposez d’un GÉNÉRATEUR BF

Si vous possédez un générateur BF en mesure de produiredes signaux sinusoïdaux et carrés, vous formerez d’autres

gures extrêmement attrayantes. Si vous n’en avez pas,peut-être est-ce le moment d’en réaliser un pour votre labo :votre revue a publié de nombreux articles vous laissant unvaste éventail de choix ! Laissez les sorties X-Y du circuitreliées aux entrées correspondantes de l’oscilloscope ; maisen plus, reliez la sortie du générateur BF à la RCA BF impdu circuit EN1612 (voir gure 14). Réglez le générateur sursignaux sinusoïdaux, réglez une fréquence de 200-300-500 Hz environ. Ces valeurs ne sont pas critiques et, par

exemple, 180-250-485 Hz feront parfaitement l’affaire (lesgures seront les mêmes, voir gures 15 et 16).

Très probablement ces gures ne seront pas stables :elles tourneront plus ou moins vite sur elles-mêmes ;cette rotation se produit quand la fréquence du généra-teur n’est pas exactement un multiple de la fréquence de50 Hz prélevée sur le secondaire du transformateur T1(en effet, pour obtenir ellipse et cercle des gures 10, 11et 12, on se sert de la fréquence du secteur 230 V).

Si, en tournant le bouton d’accord du générateur, vousréussissez à arrêter le mouvement de ces gures, la fré-quence que vous appliquez à l’entrée BF est un multipleexact de la fréquence du secteur 50 Hz.

Si vous vouliez connaître cette fréquence exacte, vous pour-riez compter le nombre de pics d’ondes entières ; par exem-ple, si vous comptez six pics (voir gure 15), c’est que lafréquence prélevée sur le générateur BF est de :

F en Hz = 50 x 6 = 300 Hz ;

Figure 10 : Pour faire varier l’inclinaison de l’ellipse, il suf tde tourner le bouton de R6 contrôlant l’entrée X de l’os-cilloscope.

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Figure 11 : Toujours en agissant sur ce potentiomètre R6, vous pouvez incliner l’ellipse à partir de sa position de la

gure 10 vers la droite.

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Figure 12 : Si vous voulez obtenir des cercles parfaits, agis-sez sur le potentiomètre R2 de zoom, puis sur R4-R6 defaçon à obtenir un petit anneau parfait.

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Figure 13 : Quand vous y avez réussi, en agissant sur leR2 de zoom, vous pouvez agrandir l’anneau aux dimensionssouhaitées.

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http://slidepdf.com/reader/full/apprendre-l-electronique-en-partant-de-zero-niveau-3-lecons-38-a 205/206ELECTRONIQUE et Loisirs magazine Cours d’Electronique - Troisième niveau213

Figure 14 : Si vous disposez d’un générateur BF fournissant des ondes sinusoïdales et des ondes carrées, vous pourrez obtenirbeaucoup d’autres gures passionnantes en appliquant le signal du générateur à l’entrée BF située en face avant de l’appareil.

X INPUT Y INPUT

Y OUT

X OUTB.F. INP

Signal Generator0,025 Hz - 80 MHz

B.F. INP

ZOOM " X " " Y "

POWER

B.F.ON

INPUT

BF INP

LE COURS

si vous trouvez onze pics (voir gure 16), la fréquence estde :

F en Hz = 50 x 11 = 550 Hz.

Ces exemples montrent pourquoi la méthode des courbesde Lissajous était utilisée autrefois (quand les fréquencemè-tres numériques n’existaient pas) pour mesurer les fréquen-ces avec un générateur BF et une fréquence échantillon.

Inversons les entrées X-Y

Si l’on intervertit les câbles X et Y allant du circuit EN1612à l’oscilloscope, les gures obtenues précédemment serontvisualisées horizontalement au lieu de verticalement (voir

gures 17 et 18).

Signaux sinusoïdaux et signaux carrés

Si votre générateur BF peut produire en plus des ondes sinusoï-dales des ondes carrées, vous allez pouvoir visualiser d’autres

gures fort intéressantes. Les gures obtenues à partir designaux carrés, se nomment des couronnes, ceci en raisonde leur forme caractéristique (voir gures 19 et 20). Ce quenous avons dit à propos du calcul de la fréquence des signauxsinusoïdaux vaut pour les signaux carrés. Par exemple, si vouscomptez trois ondes complètes (voir gure 19), c’est que lafréquence prélevée sur le générateur BF est de :

F en Hz = 50 x 3 = 150 Hz ;

si vous en trouvez sept (voir gure 20), la fréquence est de :

F en Hz = 50 x 7 = 350 Hz.

Figure 15 : Si vous modulez le signal, à partir du nombrede pics des ondes sinusoïdales vous pourrez trouver la fré-quence exacte fournie par le générateur BF.

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Figure 16 : Étant donné que cette gure présente 11 sinu-soïdes complètes, le générateur BF module le signal avecune fréquence de 11 x 50 = 550 Hz.

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Figure 17 : Si, quand la gure 15 apparaî t, vous intervertissez les câbles X-Y, d’horizontale la gure devient verticale.

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Figure 18 : Si, quand la gure 16 apparaît, vous intervertissez les câbles X-Y, d’horizontale la gure devient verticale.

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Documents

Apprendre l' Electronique en Partant de Zéro - Niveau 3 - Leçons 38 à 47