CENTRAL MEDIA
DOSSIER
Réf.KCM 439
DÉ
ÉLECTRONIQUE
Version 1.50
2
CENTRAL MEDIA Echelle :Nom :
Prénom :
Classe :
Le : / /
A4 2
DÉ ÉLECTRONIQUEKCM 439
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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]
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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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 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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Le : / /
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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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Le : / /
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PILE
III - 4 : Implantation du circuit impriméet de la pile dans le boitier
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Le : / /
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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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Le : / /
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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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III - 6 : Synoptique externeVersion bouton poussoir
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III - 6 : Synoptique externeVersion interrupteur à bille
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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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Prénom :
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 %
29
CENTRAL MEDIA Echelle :Nom :
Prénom :
Classe :
Le : / /
A4 29
DÉ ÉLECTRONIQUEKCM 439
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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
30
CENTRAL MEDIA Echelle :Nom :
Prénom :
Classe :
Le : / /
A4 30
DÉ ÉLECTRONIQUEKCM 439
c CENTRAL MEDIA Site internet http://www.centralmedia.fr
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
31
CENTRAL MEDIA Echelle :Nom :
Prénom :
Classe :
Le : / /
A4 31
DÉ ÉLECTRONIQUEKCM 439
c CENTRAL MEDIA Site internet http://www.centralmedia.fr
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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