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CENTRAL MEDIA DOSSIER Réf. KCM 439 ÉLECTRONIQUE Version 1.50

CENTRAL MEDIA · II - 3 : Principe de fonctionnement Le circuit intégré NE555 est monté en astable pour fournir un signal d'horloge au 4017 . Le NE555 joue le rôle d'un oscillateur

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CENTRAL MEDIA

DOSSIER

Réf.KCM 439

ÉLECTRONIQUE

Version 1.50

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AVANT PROPOS

Ce projet est étudié en tenant compte de son aspect ludique et éducatifpour les ateliers de technologie.

Chaque élève apprend à réaliser un projet dans les conditions réellesd'une entreprise.

Central Media fabrique tous ses projets dans un seul souci :

vous donner une entière satisfaction par des contrôles stricts et rigoureux.

Nous sommes toujours à votre disposition

En cas de doute, d'hésitation ou d'explication supplémentaire

n'hésitez pas à contacter nos services technique et assistance.

Par téléphone : 01 48 65 45 59Par fax : 01 48 65 45 65

Par E-mail : [email protected]

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SOMMAIRE

I - OBJECTIFS

I - 1 : Idée de base

I - 2 : Le but visé

II - ÉLECTRONIQUE

II - 1 : Schéma structurel

II - 2 : Liste des composants

II - 3 : Principe de fonctionnement

II - 4 : Génération de signaux et temporisation

II - 5 : Circuit de comptage

III - RÉALISATION PRATIQUE

III - 1 : Typon du dé électronique

III - 2 : Implantation des composants sur le circuit imprimé

III - 3 : Conseils de montage

III - 4 : Implantation du circuit imprimé et de la pile dans le boitier

III - 5 : Face avant - Plan des perçages

III - 6 : Synoptique externe

ANNEXES

Fiche 1 - Le Circuit NE 555Fiche 2 - Le Circuit CMOS 4017Code des résistancesCode des condensateurs céramiques et polyesters EuropéensCode des condensateurs céramiques et polyesters non EuropéensFiche 3 - Kits disponibles chez Central Média

SOMMAIRE

Pages

3

4

4

4

6

6

7

10

11

12

13

13

14

16

21

22

24

262728293031

3

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I : OBJECTIFS

I - 1 : Idée de base

Il est courant de jouer au dé de manière mécanique. On secoue un ouplusieurs cubes qu'on lance sur la table de jeu pour faire apparaître de manièrealéatoire un chiffre compris entre 1 et 6.

Ce qui est utile pour le joueur, c'est l 'apparition du chiffre qui vadéterminer sa stratégie de conduite du jeu. Imaginons maintenant que cetteapparition des chiffres soit confiée à un circuit électronique de comptage.

I - 2 : Le but visé

Il s 'agit ici de mettre en évidence trois fonctions : la fonction

temporisation, la fonction génération de signaux électriques et enfin la

fonction de comptage.

Les deux premières fonctions seront assurées par le circuit NE 555 et ladernière par le CMOS 4017.

Le NE 555 sera monté en oscillateur astable de manière à produire dessignaux rectangulaires périodiques qui vont solliciter l'entrée du 4017 (cette entréeest nommée horloge).

Le 4017 est un compteur décodeur décimal qui avance au rythme desfronts montants des signaux présents à l'horloge. L'état haut se déplace alorsde proche en proche de la sortie Q

i à la sortie Q

i+1. Si le comptage n'est pas

arrêté auparavant, lorsque l'état haut atteint la sortie Q9, le compteur se

bloque sur cette position car l'entrée de validation se trouve sur un état haut.

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Pour jouer au dé, il faudra générer un code aléatoire faisant apparaître sixévénements compris entre 1 et 6. Pour ce faire, le blocage et/ou déblocage ducompteur sera obtenu par un interrupteur à poussoir (ou un interrupteur à bille).

En position interrupteur ouvert, le compteur est bloqué. C'est en fermantle circuit (bouton poussoir actionné) que l'horloge est activée.

Dans le modèle livré avec un interrupteur à bille, le suspens est encoreplus grand. Ici, il suffit de secouer le boitier, pour que la bille de l'interrupteur,dont on ne contrôle pas le mouvement, bloque et débloque le compteur plusd'une fois avant l'apparition d'un chiffre quelconque. Comme l'interrupteur àbille n'est pas visible, on se retrouve dans un cas similaire au cas classiqueconsistant à secouer un petit cube dans un cylindre, en espérant en bout decourse obtenir un chiffre qui va permettre au joueur de remporter le jeu.

A

D

C

BG

F

E Les diodes sont disposées de façonà reproduire les faces d'un dé.Les lettres permettent de définir lepositionnement des LED

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C2 C1

II : ÉLECTRONIQUE

II - 1 : Schéma structurel

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Rep. Nb. Désignation Observation

IC2 1 CIRCUIT INTEGRE NE555

IC1 1 CIRCUIT INTEGRE MC14017

R1 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R2 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R3 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R4 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R5 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R6 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R7 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W

R8 1 RESISTANCE CARBONE 2.2KΩ 1/4W

R9 1 RESISTANCE CARBONE 2.2KΩ 1/4W

R10 1 RESISTANCE CARBONE 10KΩ 1/4W

R11 1 RESISTANCE CARBONE 100KΩ 1/4W

D1 1 DIODE 1N4148

D2 1 DIODE 1N4148

D3 1 DIODE 1N4148

D4 1 DIODE 1N4148

D5 1 DIODE 1N4148

D6 1 DIODE 1N4148

C1 1 CONDENSATEUR CERAMIQUE 10NF / 50V

II - 2 : Liste des composants

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Rep. Nb. Désignation Observation

C2 1 CONDENSATEUR Chimique Radial 22µF / 16V

SU16 1 SUPPORT DE C.I. SU1016

SU08 1 SUPPORT DE C.I. SU1008

COUP 1 COUPLEUR DE PILE CP1730

COF 1 COFFRET DE COULEUR SA123

INT 1 INTERRUPTEUR IN5010

FILRO 1 Fil Rouge interrupteur/coupleur de pile Long = 100 mm

A 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

B 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

C 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

D 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

E 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

F 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

G 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

CIIMP 1 CIRCUIT IMPRIME Dim : 53 x 62 mm

Version Bouton Poussoir

BP 1 BOUTON POUSSOIR NOIR IN5750N

FILNOI 2 FIL NOIR POUR B.P. Long = 100 mm

II - 2 : Liste des composants

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C2 1 CONDENSATEUR Chimique Radial 22µF / 16V

SU16 1 SUPPORT DE C.I. SU1016

SU08 1 SUPPORT DE C.I. SU1008

COUP 1 COUPLEUR DE PILE CP1730

COF 1 COFFRET DE COULEUR SA123

INT 1 INTERRUPTEUR MARCHE / ARRET IN5010

FILRO 1 Fil Rouge interrupteur/coupleur de pile Long = 100 mm

A 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

B 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

C 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

D 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

E 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

F 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

G 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R

CIIMP 1 CIRCUIT IMPRIME Dim : 53 x 62 mm

Version interrupteur à bille

INBI 1 INTERRUPTEUR A BILLE IN2025

II - 2 : Liste des composants

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II - 3 : Principe de fonctionnement

Le circuit intégré NE555 est monté en astable pour fournir un signald'horloge au 4017 .

Le NE555 joue le rôle d'un oscillateur ou multivibrateur astable. Il génèredes signaux rectangulaires qui se répètent dans le temps. Dans la fiche 1 del'annexe, nous montrons que ce signal rectangulaire que l'on détecte à la broche 3du circuit NE555 a une période donnée par :

T = 0, 693 (R9 + 2R8) C2

soit une fréquence de :

f = 1/T = 1,44 / [(R9 + 2R8)C2]

avec les valeurs des composants donnés à la page 6, nous trouvons :

T = 0,1 s et f = 10 Hz

La sortie de la broche 3 du NE555 est reliée à la broche d'horloge 14 du 4017symbolisant son entrée. Cette liaison passe par l'intermédiaire d'une résistance de10kΩ (R10).

Le circuit intégré 4017 est un compteur décimal. Il peut compter jusqu'à 10.Puisque nous avons besoin de compter jusqu'à 6 uniquement (principe du dé) onrelie la broche 5 du circuit 4017 au reset (broche 15). Ainsi dès que la broche 5sera active, elle remettra le circuit 4017 à 0 et recommencera alors à compter.Cette procédure permet d'obtenir un compteur jusqu' à 6.

Notons que le fonctionnement du compteur exige que la broche 13 devalidation soit dans un état bas. Sur ce, lorsque l'interrupteur est fermé, la brochede validation 13 reçoit un message prioritaire venant de la broche 8. Ce messageplace cette broche dans un état bas prioritaire, et le compteur se met à fonctionner.

En revanche, lorsque l'interrupteur est ouvert, la broche de validation 13 ducircuit 4017 se trouve directement en contact avec la borne positive de la pile parl'intermédiaire d'une résistance de 100kΩ (R11). Cette entrée se trouve alors à unniveau haut et bloque ainsi l'avance du compteur.

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555

4 8

7

6

2 1 5

3

R9

R8

C2

C1

+ Vcc = +9 V

II - 4 : Génération des signaux et temporisation

Pour un fonctionnement en oscillateur ou multivibrateur astable, le schémade fonctionnement du NE555 est le suivant :

Dans ce montage, le condensateur C2 se charge au travers des résistances R8et R9. Il se décharge au travers de la résistance R8 par un transistor interne aucircuit.

La charge s'effectue selon une constante de temps égale à (R8 + R9)C2, enrevanche la décharge correspond à une constante qui est R8C2.

Aux bornes du condensateur, nous observons les mécanismes suivants :- Au cours de la charge, la tension tend vers 2/3 de Vcc.- Au cours de la décharge, la tension tend vers 1/3 de Vcc

Pendant la durée de la charge, la broche 3 de sortie est à l'état 1 ; elle est àl'état 0 durant la décharge.

On en déduit une oscillation de la tension de sortie entre un niveau haut et unniveau bas correspondants respectivement aux durées :

τh = 0,693 (R8 + R9)C2 temps pour le niveau hautτb = 0,693 R8C2 temps pour le niveau bas

Ce qui nous donne une période du signal égale à T= 0,693(R9 +2R8)C2

et donc une fréquence de f = 1 / T = 1,44 / [C2(R9 + 2R8)]

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II - 5 : Circuit de comptage

La figure ci-dessous représente le brochage du circuit intégré 4017 qui est uncompteur décimal . Cette représentation nous permettra d'expliquer sonfonctionnement de manière générale.

Fonctionnement du 4017

Chaque sortie (Q0 ... Q9) change d'état sur le front montant du signal d'hor-loge (14) à condition que :

- l'entrée 13 [ validation d'horloge; CK EN ou Clock Enable ]et

- l'entrée 15 de remise à zéro [ R ou Reset ]soient tous deux au niveau bas.

Si l'entrée de remise à zéro (15), passe de l'état bas à l'état haut, les deuxsorties Q0 (03) et Cout (12) [sortie de retenue; Cout ou Carry out] seront à l'étathaut. En revanche, les sorties Q1 à Q9 vont demeurer à l'état bas quelques soientles valeurs aux entrées 13 et 14. En effet, l'entrée de remise à zéro est une entrée

prioritaire.

Si l'entrée 13 passe du niveau bas au niveau haut, les sorties conservent l'étatqu'elles occupaient précédemment et ceci indépendamment du signal d'horloge.Tant que l'entrée de validation d'horloge restera au niveau haut, le compteur serabloqué.

La broche 12 (Cout) change d'état lorsque Q5 passe au niveau haut et aussidès que la sortie Q9 passe au niveau bas.

Légende

Q0 ...Q9 : Les 10 sorties du C.I. 4017

Cout : Sortie de retenue (Cout ou Carry Out)

CK : Entrée de l'horloge

CK EN : Validation de l'horloge

R : Remise à zéro

Vcc : Tension d'alimentation

GND : La masse

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Q8

Q9

Cout

Vcc GND

R

CK

EN

03

02

04

07

10

01

05

06

09

11

12

CK14

13

15

16 08

4017

Horloge

Validation de

l'horloge

Remise à zéro

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III : RÉALISATION PRATIQUE

III - 1 : Typon du dé électronique

Vue face cuivre

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III - 2 : Implantation des composants

Version à bille

Version bouton poussoir

Vue côté composants

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III - 2 : Implantation des composants

IC1

IC2 R1

A

B

C

DE

F

G

R2

R4

R3

R5

R6R7

C1

C2

R8

R9

R10

R11 D6

D5

D2

D3

D4

D1

-

+

Vers bouton poussoir

ou interrupteur à bille

Vers interrupteur

marche/arrêt

Vue côté composants

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III - 3 : Conseils de montage

1 - Commencer par souder les résistances

2 - Souder les supports des circuits intégrés

3 - Souder la capacité céramique

4 - Souder les diodes 1N4148

5 - Souder la capacité chimique

Support

de

circuit

intégré

Support

de

circuit

intégré

R1

R2

R4

R3

R5

R6R7

C1

C2

R8

R9

R10

R11 D6

D5

D2

D3

D4

D1

-

+

Vue côté composants

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6 - Souder les DELS

Astuce pour souder toutes les dels à la même hauteur

- Faire un gabarit à partir d'une feuille cartonnée ou d'une plaque de

plastique de 1 mm d'épaisseur environ.

- Découper un rectangle de 60 x 12.5 mm.

- Placer ce rectangle entre les pattes de la première del à souder,

positionner la del sur le circuit imprimé avec le rectangle et souder la.

- Passer à la deuxième del et ainsi de suite jusqu'à la dernière.

N.B. : Le rectangle déterminera exactement la même hauteur pour toutes les dels.

Lorsqu'elles seront toutes soudées, enlever le gabarit.

A

B

C

DE

F

G

-

+

Vue côté composants

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7 - Souder les fils du coupleur de pile

Le fil rouge sur une patte de l'interrupteur marche / arrêt et le fil noir au - sur le

circuit imprimé

8 - Souder le fil rouge sur la 2ème patte de l'interrupteur marche / arrêt et son extrémité

au + sur le circuit imprimé

9 - Souder les fils noirs sur le circuit imprimé, et les 2 autres extrémités des fils sur

chaque patte du bouton poussoir

Version bouton poussoir

+

--

+

Coupleur de pile

Interrupteur

marche / arrêt

Bouton poussoir

Vue côté composants

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7 - 8 - Idem version bouton poussoir

9 - Souder l'interrupteur à bille sur le circuit imprimé à une hauteur de 1 cm

minimum, pour pouvoir orienter celui-ci de façon à ce que le dé fonctionne

uniquement après une secousse. En effet, si l'on positionne l'interrupteur à

bille verticalement, celui-ci sera alors "fermé" et le dé ne cessera de

compter et d'afficher des valeurs différentes.

Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un positionnemnt légèrement

inférieur à l'horizontal (-10° environ)

+

--

+

Coupleur de pile

Interrupteur

marche / arrêt

123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234123456789012345678901234

Interrupteur à bille

Version interrupteur à bille

Vue côté composants

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10 - Enficher les circuits intégrés

11 - Fixer l'interrupteur marche / arrêt sur le coffret

12 - Positionner le circuit imprimé dans le coffret

12a - Fixer le bouton poussoir si vous avez opter pour cette version

13 - Enficher la pile 9V et la mettre dans son logement

14 - Refermer le couvercle en prenant soin de faire apparaître toutes les dels

Compte tenu de l'implantation des divers composants dans le boitier, le circuit

imprimé se trouve prisonnié et n'a pas besoin d'être fixé par des vis

IC1

IC2

Vue côté composants

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PILE

III - 4 : Implantation du circuit impriméet de la pile dans le boitier

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1/1

III - 5 : Face avant - version bouton poussoirPlan des perçages

20

18

20

1913.5

65

7 trous Φ 5.5

19

27

Φ 7

100

23

11.5

Φ 6

21

Φ 612

Nota : pour percer les trous de

passage des interrupteurs, il est

conseillé de le faire avec le

coffret fermé

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III - 5 : Face avant - version interrupteur à billePlan des perçages

20

18

20

1913.5

65

7 trous Φ 5.5

19

100

23

11.5

Φ 621

Nota : pour percer le trou de

passage de l'interrupteur, il est

conseillé de le faire avec le

coffret fermé

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Prénom :

Classe :

Le : / /

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1/1

III - 6 : Synoptique externeVersion bouton poussoir

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Prénom :

Classe :

Le : / /

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III - 6 : Synoptique externeVersion interrupteur à bille

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Prénom :

Classe :

Le : / /

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ANNEXES

Fiche 1 : Le Circuit NE 555

Schéma de brochage

Valeurs maximales absolues

Symbol Parameter Value Unit

Vcc Supply voltage 18 V

Toper

Opérating Free Air Temperature range

for NE555 0 to 70 °C

for SA555 -40 to 105 °C

for SE555 -55 to 125 °C

Tj

Junction temperature 150 °C

Tstg

Storage temperature range -65 to 150 °C

1

2

3

4

8

7

6

5

555

1 - GND

2 - Trigger

3 - Output

4 - Reset

5 - Control voltage

6 - Threshold

7 - Discharge

8 - Vcc

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Fiche 2 : Le Circuit 4017

Schéma de brochage

Valeurs maximales absolues

Symbol Parameter Value Unit

Vcc

DC Supply voltage -0,5to +18 V

Vin, V

out Input or Output Voltage (DC or Transient) -0,5 to V

cc+ 0,5 V

Iin, Iout

Input or Output Current (DC or Transient), per pin +-10 mA

PD

Power Dissipation; per Package 500 mW

TL

Lead Temperature 260 °C

Tstg

Storage temperature range -65 to 150 °C

1

2

3

4

5

6

7

8

16

15

14

13

12

11

10

9

4017

1 - Q5

2 - Q1

3 - Q0

4 - Q2

5 - Q6

6 - Q7

7 - Q3

8 - GND

9 - Q8

10 - Q4

11 - Q9

12 - Cout (Carry Out)

13 - CK EN (Clock Enable)

14 - CK (Clock)

15 - R (Reset)

16 - Vcc

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Classe :

Le : / /

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123123123123123123123123123123

123123123123123123123123123123123123123

123123123123123123123123123123123123123123123123123123

1 2 M T

NoirMarronRougeOrangeJauneVertBleuVioletGrisBlancOrArgent

1 Chifffre Tolérance

Code des Résistances

2 ChiffreCouleur Multiplicateur

0123456789

0123456789

x 1 Ωx 10 Ωx 100 Ωx 1 000 Ωx 10 000 Ωx 100 000 Ωx 1 000 000 Ωx 10 000 000 Ω

x 0.1 Ωx 0.01 Ω

+/- 1 %+/- 2 %

+/- 0.5 %+/- 0.25 %+/- 0.10 %+/- 0.05 %

+/- 5 %+/- 10 %

Exemple :

Rouge - violet - orange - Or = 2 7 x 1 000 Ω Tolérance + 5 %= 27 000 Ω Tolérance + 5 %= 27 KΩ Tolérance + 5 %

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Classe :

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Code des Condensateurs Céramiques

et Polyesters Européens

3 Chiffre

GJKM

ToléranceLettre

+/- 2 %+/- 5 %+/- 10 %+/- 20 %

1 Chifffre 2 Chiffre Lettre

0123456789

0123456789

p = picofaradn = nanofarad

0123456789

470n K

Exemple :

470 n K = 4 7 0 x 1 nanofarad Tolérance + 10 %= 470 nanofarad Tolérance + 10 %

ou 470n K

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Prénom :

Classe :

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224 K

GJKM

ToléranceLettre

+/- 2 %+/- 5 %+/- 10 %+/- 20 %

Exemple :

224 K = 2 2 x 10 000 pf Tolérance + 10 %= 220 000 pf Tolérance + 10 %= 220 nanofaradTolérance + 10 %

1 Chifffre 2 Chiffre Multiplicateur

0123456789

0123456789

x 1 pfx 10 pfx 100 pfx 1 000 pfx 10 000 pfx 100 000 pfx 1 000 000pfx 10 000 000 pfx 100 000 000 pfx 1 000 000 000 pf

ou 224 K

Code des Condensateurs Céramiques

et Polyesters NON Européens

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Prénom :

Classe :

Le : / /

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Kits disponiblesAlarme de voyage( 2 projets différents )Alarme LDR (optoélectronique)( 2 projets différents )Alarme par contact (mécanique)( 2 projets différents )Alarme personnelle( 1 projets différent )Alarme magnétique( 2 projets différents )Alarme simple optoélectroniqueAlimentation et chargeur solaireAmplificateur téléphoniqueArbitre électroniqueAttente téléphoniqueBasket Ball électronique( 2 projets différents )Carillon musical( 2 projets différents )Carte musicaleChargeur solaireChenillardDé électroniqueEmetteur FMEnceinte amplifiée pour baladeur( 12 projets différents )Feu arrière de stop pour véloFeu arrière de stop + clignotant + positionpour véloFlash( 4 projets différents )Fontaine lumineuse simpleFontaine lumineuse « Arc-en-ciel »Golf musical électroniqueHorlogeHorloge + porte-styloHorloge + porte-stylo + bloc-noteHorloge Pyramide «Arc-en-ciel»Horloge canette

Horloge escargotHorloge solaire( 2 projets différents )Interphone duplexJeux vidéo( 2 projets différents )Karaoké( 2 projets différents )Kits d’énergie solaire éducatif( 4 projets différents )Porte-clés lumineux( 3 projets différents )Porte-clés siffleur et lumineuxPorte-clés musical et lumineuxRadio FMRobot 6 ème éviteur éviteur d’obstacle( 4 versions différentes )Robot « Moustache » éviteur d’obstacleRobot « Explorer » éviteur d’obstacleRobot « Explorer » télécommandéRobot « lunaire » sonoreRobot « lunaire » suiveur de lumièreRobot solaire 6 ème "éviteur d'obstacle"Vélo modèle réduitSablierSet de bureauSet de bureau pivotantSirène + torche de véloSoucoupe magique « Arc-en-ciel »Testeur de continuitéTesteur d’habileté avec remise à zéro( 2 projets différents )ThermomètreNouveauté 2006/2007Quad 6 èmeVoiture solaire 6 èmeHand Skate board + finger Skate BoardAéropropulseur 6 èmeRobot 5 ème suiveur de ligneRobot 5 ème suiveur de lumière

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