Présentation

Dans cet article nous allons faire le point sur des théorèmes qui seront important à comprendre afin de pouvoir réaliser différents montages comme amplificateur en tension ou bien celui d’in interrupteur électronique.
Tout d’abord le transistor JFET, est un transistor qui fait parti de la famille des transistors à effet de champ (FET : Field Effect Transistor). Le transistor MOSFET appartient également à cette famille.
Le but de cette article et de comprend l’aspect physique de ce composants et de savoir l’utiliser dans un montage électronique.

Un transistor JFET possède trois bornes :
la grille (g)
le drain (d)
la source (s)

Il existe deux types de transistors JFET :
Canal N et canal P (NJFET et PJFET)

Pour un JFET à canal N en fonctionnement normal :

Pour un JFET à canal N en fonctionnement normal le fléchage du courant est tension est indiqué de cette forme et devra être appliqué pour n’importe quel cas de figure.
– la tension Vds est positive
– la tension Vgs est négative ou faiblement positive (< 0,6 V)
– le courant de grille est quasiment nul ig=0
– le courant entre dans le transistor par le drain (id)
– le courant sort du transistor par la source (is)
– Loi des nœuds : id=is

Interprétation du fonctionnement JFET

Zone Ohmique
La zone ohmique pour le transistor JFET permet d’exploiter ce qu’on appel le RDS(on) du transistor JFET c’est-à-dire que pour des tensions VDS faibles, le canal se comporte comme une résistance ohmique., le JFET est alors équivalent à une résistance commandée par la tension Vgs.Pour une valeur VP (tension de pincement) qui est suffisamment négative de Vgs (Vp=Vgs(off) souvent indique dans le document constructeur ou dataSheet)). Il en résulte que la conduction s’annule, et on dit alors que le canal est « pincé », et dans ce cas il correspond à un interrupteur ouvert (Id=0A).</span

Zone du coude
Pour faire simple le JFET arrive à un moment donné qu’il va saturer.
Zone de saturation
Dans cette zone le courant du drain reste constant et le transistor est dit saturé.
La valeur maximum de ID pour VGS = 0, est notée IDSS de même cette valeur est donné dans la doc constructeur.
Zone d’avalanche
Elle résulte d’un claquage inverse de la jonction drain-grille. Ce claquage est destructeur du Dispositif si rien ne limite le courant drain.

Interrupteur électronique

Exemple avec le JFET 2N3819


(Clique pour agrandir )

Doc constructeur ou DataSheets

(Clique pour agrandir )

Comme nous l’avons vu précédemment, Vgs permet dans la zone linéaire (ou zone ohmique) de commander le transistor JFET grâce à la tension Vgs et cela va aussi en parallèle de “jouer” sur sa résistance RDS(on). La tension Vgs permettra dans cette configuration en mode linéaire de modifier le courant id qui circule dans le transistor et de modifier sa résistance “interne”.
Le constructeur nous indique que pour le 2N3819, le courant id est maximal lorsque id=idss pour Vgs=0V, c’est-à-dire que Idss typique =10mA et que Idss Max = 20mA. Pour ma part et c’est mon avis personnel afin de ne pas détruire mon transistor j’ai décidé de prendre un Idss=10mA.
Le constructeur indique aussi que pour une tension Vgs< Vgs (off) avec Vgs(off)=-3V , on peut considérer que le courant id est nul(< 10 nA) : le transistor est bloqué (off) on peut symboliser le transistor JFET par un interrupteur ouvert.

Le transistor fonctionne en commutation (2 états)

– Lorsque la tension Vgs <= Vgs (off), le transistor est bloqué id=0 (Interrupteur ouvert).
– Lorsque la tension Vgs =0 , le transistor fonctionne dans la zone ohmique, et se comporte comme une résistance Rds(on) (Interrupteur fermé).
Bon!! Et bien maintenant que nous connaissons Idss ainsi que Vp nous pouvons maintenant voir comment utiliser le JFET en mode amplificateur cela vous donne envie?.

Amplificateur de tension

Un montage amplificateur permet comme son nom l’indique d’amplifier un signal. Ainsi avec un petit signal en entrée nous allons nous retrouver en sortie avec un plus grand signal soit plutôt une amplitude plus importante.
En règle générale, l’amplification de ces signaux proviennnent d’un signal alternatif comme par exemple un micro, un amplificateur, un piezzo, et bien d’autres choses encores….
 
Ce qui est intéressant avec un JFET c’est que sont impédance d’entrée est très grande et aucun courant ne peut donc traverser sa grille (Ig donné par le constructeur est en pico ampère !!! donc négligeable).
En électronique nous sommes très souvent confronté à mélanger des signaux alternatif et continu et il est donc important de savoir comment les séparer. C’est d’ailleurs ce que nous allons voir sans plus attendre.

Exemple 1)

L’entrée est représentée par Ve et que cette tensions correspond à une tension alternative. La sortie quant à elle est représentée par Vs qui sera ici la tension Vs=Ve*G (avec G qui correspond ici dans cet exemple au Gain du montage). Les composants déjà positionnés sur le schéma électronique ne sont pas mis au hasard et nous allons les calculer ensembles.

En continu…

Calculs des courants de repos
Les courants de repos sont les courants de polarisation de notre montage et ces courants sont toujours calculer en continu, il s’agit en définitive du courant permanent qui circules.
Afin de déterminer ces courants de repos il faut donc simplifier le montage à savoir que lorsque nous raisonnons en continu, il faut :

Voilà maintenant ce qu’il nous reste de notre circuit !! Et bien reste plus qu’à calculer ces fameux courant de repos c’est parti !!!
Fixons nous arbitrairement dans un 1er temps le courant que nous désirons faire circuler entre R1 et R3 soit Id=Is = 5,25mA si Id=5,25mA Vgs= ?, ohh !!!Et bien je vais prendre un Vgs je sais pas moi allez disons -0,9V peut-importe c’est aussi arbitraire.
Maintenant que nous avons fixé ce courant de repos à 5,25mA, je vais me diriger du côté de Vgs et pouvoir déterminer la résistance R3.

Calculs de R2
Pas de tension aux bornes de R2 je mets arbitrairement une résistance de 1M nous verrons sont impact en alternatif

Calculs de R3
VR2-Vgs-VR3=0 soit VR3=VR2-Vgs=0-(-0,9) = 0,9V tension aux bornes de R3
R3=09/0,00525=171,41Ohms
Potentiel Va :
En général le potentiel Va est fixé à Vcc/2 soit 9/2=4,5V. ceci est primordial afin d’éviter la saturation du signal et que celui-ci soit écrêté.
Sachant que VR3=0,9V, et que si Vds=4V Va=4,9V (Va=VR3+Vds), nous somme proche des 4,5V

Calculs de R1
R1=(Vcc-Va)/id=(9-4.9)/0,00525=780 ohms

En Alternatif…

Bon, ok!! je suis d’accord la simulation n’est pas proche des calculs mais nous avons quand même une approche même si ce n’est pas parfait !!!
Maintenant que nous avons déduit les courants de repos pour la source continu, passons du côté de l’alternatif.
Le raisonnement en alternatif devient cette fois-ci:

Et voila ce que donne le schéma en alternatif. Mais Nous allons dévoiler un 3ème schéma qui celui-ci permet de prendre en compte la variation des signaux de petit voir moyennes fréquences. Et nous allons représenter dans ce nouveau schéma des générateurs de courant.

Schéma aux petites ou moyennes variations de fréquences

Nous retrouvons sur ce schéma G=Grille, S=Source, D=Drain, ainsi qu’une source de courant fournissanr un courant qui circule en boucle en effectuant le chemin suivant
Gm*Vgs -> R3 -> masse -> R1 -> gm*Vgs -> R3 -> tec…. .
Le but de ce montage est de déterminer en alternatif le gain de ce montage et c’est ce que nous allons tout de suite.
Le potentiel Va =gm*Vgs*R1 mais attention puisque le courant est dans le même sens que la « flèche de la d.d.p » (différence de potentiel entre le point Va et la masse), il en résulte que nous sommes dans une convention en générateur soit Va= -gms*Vgs*R1 (le signe moins correspond à un générateur).
On peut donc dire que la tension de sortie représente le potentiel Va.
En ce qui concerne la tension d’entrée Ve quant à elle celle-ci est égale à Ve – Vgs – VR3=0
(une source de courant n’est pas une source de tension on ne peut donc pas établir une loi des maille en faisant:
Ve – Vgs – V(gm*Vgs)- Va !!! )
Après cette petite parenthèse, revenons sur Ve – Vgs – VR3 = 0 ce qui donne que Ve = Vgs – VR3
VR3 = R3*I3 = R3*gm*Vgs
Ce qui nous donne que
Ve = Vgs ( 1 +gm*R3)
Vs=Va=-gms*Vgs*R1

Calcul du Gain
Pour finir le gain est donc égale à
Av=Vs/Ve=- (gm*R1)/(1+(gm*R3))
C’est quoi gm?!!
Bon ok!! Le calcul de gm correspond à la transconductanceet sont calcul est le suivant :Gm=(-2/Vp)*racine carré de (Idss * Id repos)
Il en résulte que nous connaison Vp=Vgs(off)=-3V, Idss=10mA et Id repos=5,25mA alors
Gm=((-2/-3)*racine carré de (0,010* 0,00525) = 0,00483
Av=Vs/Ve= (0,00483*780)/(1+(0,00483*171))=2,06
Il est aussi intéressant de savoir qu’il est possible aussi d’augmenter le gain en ajoutant un condensateur en parallèle sur la résistance R3 (condensateur non représenté sur le schéma électronique)

Calcul condensateur de découplage

 

 
Nous avons bientôt fini, il ne reste plus qu’a calculer les condensateurs C1 et C2 afin que tous ce qu’il se passe entre ces 2 condensateurs reste entre ces 2 condensateurs !! Oui vous l’avez compris les courant et tension de repos ne doivent en aucun cas sortir soit par Ve soit par Vs et c’est pour cette raison que nous faisons appel à des condensateurs de découplages.
 
Calcul de C2
Si nous regardons l’assemblage de C2 avec R2, nous avons un filtre passe haut d’où F=1/(2*3,14*Fc*R1*C1) , C1 est donc égale à C1= 1/(2*3.14*Fc*R1) . J’ai décidé de prendre une fréquence de coupure (Fc) de 50Hz, c’est-à-dire que tous les signaux qui auront une fréquence supérieur à 50Hz celle-ci devra passer dans le montage électronique sinon le reste sera bloqué.
C1=1/(2*3.14*50*1000000)=3nF (je décide prendre 100nF ce sui donnerais une fréquence de coupure de 1,59Hz

Calcul de C1
Même principe mais cette fois-ci dans l’autre sens. Imaginons qu’on applique une tension d’entrée sur la sortie (oui bien entendu c’est théorique je ne le ferais pas !!).
à C1= 1/(2*3.14*Fc*R1)
C1=1/(2*3.14*1,59*1000000) = 100nF (pareil j’ai décidé de mettre une Fc=1,59Hz ce qui donne 100nF
Si pour une tension crête de 1V nous avons en entrée, en sortie nous obtiendrons Vs=Ve*2,06 soit 2,82V crête.

Test sur prototype

Le montage qui suis a été testé sur plaque d’expérimentation sans soudure. Le transistor JFET de type 2N3819 est raccordé comme le montre le schéma électronique ci-dessous


Nous avons vue précédemment pour un courant d’environ 5mA le gain était de 2,06, et bien nous allons maintenant mettre un courant plus important c’est-à-à-dire le double soit 10mA et voir comment va se comporter notre nouveau gain.
Prenons toujours le potentiel du drain à Vd=VCC/2=9/2=4,5V, ainsi pour une tension Vgs=0V le courant maxi est de 10mA (environ d’après le graphique courbe rouge). Dans cette situation pour un courant de 10mA la chute de tension sera de 4V (là encore nous somme proche des 4,5V).
R1=(9-4,5)/0,010=450 Ohms (500 Ohms)
Calculs de la transconductance (gm) soit :
gm=(-2/Vp)*racine (Idss*Id(repos))=(-2/-2,5)* racine (0,010*0,010)=0,008mmohm
le gaine est donc égale à :
Av=Vs/Ve= – (gm*R1)/(1+(gm*R3))=(0.008*500)/(1+(0.008*0))= – 4
Vs= – 4*Ve

Proto en photo
Le calcul suivant donne Vs= – 4*Ve

la 3ème photo montre en sortie (S) un signal de 220mV crête pour une tension d’entrée (E) de 92mV crête (environ 150mV), la aussi l’écart est dû à la dispersion des caractéristiques du transistor.

Dernière mise à jour le 03/11/2013

Mon transistor sature mais je ne sais pas pourquoi !!!

Quelque fois on ne comprend pas pour le transistor sature pour un rien. Est-ce que le courant de base est trop important ? Est-ce que j’ai un retour avec la masse ? Je ne sais pas !!
En sortie de certain montage des composantes continu apparaissent et celle-ci nous dérange voir même beaucoup. Prenons un exemple figure A, nous souhaitons alimenter une petit led de 2,2V sous un courant qui la traverse de 10mA, à l’aide d’une pile de 3V (2×1,5V). Le choix de la résistance limitant le courant dans la led est de (3-2,2)/0.010=80 ohms (100 ohms normalisé).
En sortie d’un autre circuit électronique nous récupérons une commande +5V/0V, qui celle-ci va venir alimenter le transistor pour qu’il se sature ou non.
Le courant de base Ib=(5-0,6)/10000=440µA suffisant pour saturer le transistor et le rendre passant.

Figure A)

Figure B)

Cette fois-ci la commande passe à l’état logique bas c’est-à-dire 0V. la tension étant de 0V inférieur à la tension Vbe le transistor est bloqué et ne doit pas être passant. Ah ? bien pourquoi ce n’est pas le cas ?
Tous s’explique, si nous prenons un voltmètre et mesurons la tension logique à l’ état bas, celle-ci n’est pas à 0V mais à 1V comme le montre la figure C.

Figure C)

La tension étant présente (tension de déchet), le courant de base est suffisant pour venir saturer le transistor et le rendre passant.
Comment empêcher l’alimentation de mon transistor ?
Si la tension de saturation du transistor se situe entre 0,6V, il faut trouver un moyen d’écouler le courant vers la masse. La résistance va se charger alors d’écouler vers la masse une partie du courant faible mais suffisant pour ne pas faire conduire le transistor comme la figure D)

Figure D)

Dernière mise à jour le 31/01/2013

Fonctionnement

Courant de déclenchement=>Low Holding Current (environ 5mA)
Nous alimentons un thyristor sous une tension de Ucc=10V décroissante…

Un thyristor possède une anode A et une cathode K ainsi qu’une gâchette G.

Pour qu’un thyristor conduise ( interrupteur fermé)
il faut que la tension uAK ≥0 , et envoyer un courant iG dans la gâchette pour amorcer le thyristor.,Dès que ces deux conditions sont remplies, le thyristor conduit tant que le courant i qui circule dans le thyristor de l’anode vers la cathode reste positif. Dès que le thyristor entre en conduction, il n’est plus nécessaire de faire circuler un courant iGdans la gâchette.
thyristor se bloque (interrupteur ouvert)
il suffit que le courant i s’annule ou d’appliquer une tension vAK fortement négative.

la courbe de mesure montre le fonctionnement du thyristor sous tension, j’applique un courant créneaux d’une valeur max de 5mA (en rouge) dans la gâchette, et le thyristor s’amorce en laissant passer le courant dans la charge Ic (en bleu). Le courant dans la gâchette et le courant circulant dans la charge sont sur l’axe droit du tableau de mesure. Lorsque le courant est proche de son courant de déclenchement (environ 5mA détaillé plus haut) le thyristor se bloque. Lorsque la tension Vak est inférieur à zéro volt, il faut que le courant de gâchette ne soit pas interrompue pour amorcer le thyristor. Ainsi le cycle recommence.

Triac

Si maintenant nous assemblons deux thyristors tête bêche et que nous utilisons la même méthode que précédemment, le triac s’amorce dans les deux sens.

Un peu de vocabulaire (Anglais)

Pour un thyristor

IGT (Gate Trigger Current) – Minimum gate current required to switch a thyristor from the off state to the on state (Courant de grille minimum requis pour passer le thyristor de l’état bloqué à l’état passant).

IH (Holding Current) – Minimum principal current required to maintain the thyristor in the on state (Courant principal minimum requis pour maintenir le thyristor à l’état passant).

IT(RMS) (On-state Current) – Anode cathode principal current that may be allowed under stated conditions, usually the fullcycle RMS current (Anode cathode principale actuelle qui peuvent être acceptés dans des conditions déterminées, généralement en conduction courant RMS).

VGT (Gate Trigger Voltage) – Minimum gate voltage required to produce the gate trigger current (Tension de grille minimum requis pour produire le courant de déclenchement de gâchette).


VT (On-state Voltage) – Principal voltage when the thyristor is in the on state (Tension principale lorsque le thyristor est à l’état passant).
Certains constructeurs donnent ces paramètres, cela permet de déterminer tous les composants électroniques pour mettre en conduction le thyristor.
Prenons par exemple un Thyristors type Q2004L4, celui-ci est capable de laisser passer un courant à ses bornes de 4A, pour un courant de 25mA sur sa gâchette. On peut donc dire que Igt=25mA puis It (Ih)=4A. En ce qui concerne la chute de tension aux bornes de ce thyristor est d’environ VTm (VT)=1.5V lorsqu’il est passant, et la chute de tension aux bornes de la gâchette est de Vgt=2,5V.
Imaginons que nous désirons alimenter une charge sous 12Vac débitant un courant de 4A (soyons fou), il va de soit que pour un tel courant un dissipateur est donc la bienvenue. Tiens intéressons nous donc à ça ! Le constructeur donne aussi les valeurs des résistances thermiques Rth (°C/W) comme le montre la figure ci-dessous



Pd=(Tj-Ta)/(somme des Rth).
Pour un courant de 2A et une tension entre les bornes du thyristor qui est de Vt=1,5V on se retrouve avec une puissance dissipé de Pd=Vt*It=1,5*4=6W, puisque la jonction peut au grand maximum être de Tj=125°C et avec une température ambiante Ta=25°C et Rth(j-a)=50°C/W.

Pd=(125-25)/50=2W
Pmaxdissipée_souhaitée>Pmaxdissipable il faut donc mettre en place un dissipateur thermique.
Tien petite question ! À quel moment le thyristor peut-être utilisé sans dissipateur thermique ? Et bien lorsque la puissance est inférieur à 2W c’est-à-dire Pd

Théories tests MOSFET

Extraction du transistor
Première chose, enlevez le transistor à effet de champ (FET) du circuit électronique ! Vous ne pouvez pas le tester directement sur le circuit.

Test 1


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Source) et la rouge sur la pin (Drain) . Vous devriez avoir aucun signal infini, non passant (ou 0V passant)

Test 2


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Drain) et la rouge sur la pin (Gate) . Cela génère une impulsion.

Test 3


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Source) et la rouge sur la pin (Drain) . Vous devriez avoir maintenant un transistor passant (0,1V à 1,5V).

Test 4


On inverse, Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Gate) et la rouge sur la pin (Drain) Cela génère une impulsion.

Test 5


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Source) et la rouge sur la pin (Drain). Vous devriez avoir aucun signal infini, non passant si passant, transistor Hors Service !!!

Test 6

Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Drain) et la rouge sur la pin (Source) . Mesure de la tension de la diode interne (0,5V ou passant)

Test 7


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Drain) et la rouge sur la pin (Gate) . Cela génère une impulsion

Test 8


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Drain) et la rouge sur la pin (Source) . Mesure de la tension de la diode interne (0,5V ou passant)

Test 9


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Gate) et la rouge sur la pin (Source) . Cela génère une impulsion

Test 10


Placer la pointe noire du multimètre sur la pin (Drain) et la rouge sur la pin (Source) . Mesure de la tension de la diode interne (0,5V ou passant) si passant transistor Hors Service !!!

Tension d’offset :

Réglage de la tension d’offset :

Dernière mise à jour le 16/06/2015

Présentation

Présentation

Capteur ultrasonique
Effet doopler

Le son et la lumière ont des comportements très différents, bien que tout deux puissent être considérés comme des ondes. La lumière, composée d’énergie électromagnétique, se propage mieux dans le vide, et en général de moins en moins bien dans les milieux de densité croissante. Le son est constitué d’énergie acoustique due aux vibrations du milieu parcouru. En général le son se propage mieux dans les solides et les liquides que dans les gaz, et pas du tout dans le vide.Le son se propage particulièrement bien sous l’eau, l’atténuation due à l’absorption et à la diffusion est beaucoup plus faible que pour les ondes électromagnétiques. Les ondes acoustiques constituent le meilleur moyen de transmission sous l’eauLes longueurs d’onde couramment rencontrées dans l’océan s’étendent du millimètre à environ 50 mètres. La vitesse du son dans l’eau étant approximativement égale à 1500 m.s-1, cela correspond à des fréquences de 30 Hz à 1,5 Mhz (la limite audible pour l’homme est de 20 Khz). le sonar est un outil pratique lors de la navigation en eau trouble. Il permet d’éviter les obstacles ou de faire des mesures de profondeur.

Dernière mise à jour le 02/02/2014

Théories relais électromécaniques

Présentation

Un relais électromagnétique est un organe électrique permettant de dissocier la partie puissance de la partie commande : Il permet l’ouverture/fermeture d’un circuit électrique par un second circuit complètement isolé (isolation galvanique) et pouvant avoir des propriétés différentes.

Description
Un relais est composé principalement d’un électroaimant, qui lorsqu’il est alimenté, transmet une force à un système de commutation électrique : les contacts. L’électroaimant peut être, suivant les spécifications et besoins, alimenté en TBT (12 V, 24 V, 48 V) continu ou alternatif ou en BT (230 V, 400 V). Le système de commutation peut être composé d’un ou plusieurs interrupteurs simple effet appelés contacts normalement ouverts (NO) ou normalement fermés (NF), d’un ou plusieurs inverseurs (contacts repos-travail RT). Ces commutateurs sont adaptés aux courants et à la gamme de tensions à transmettre à la partie puissance.
Dans les systèmes mettant en œuvre une certaine puissance, on appelle les relais des contacteurs. Divers systèmes mécaniques ou pneumatiques peuvent créer un retard à l’enclenchement ou au relâchement.
Un relais peut être monostable ou bistable.
 

 

Fonctionnement monostable : les contacts commutent quand la bobine est alimentée et le retour à l’état initial se fait quand la bobine n’est plus alimentée.

Fonctionnement bistable à une bobine : on alimente la bobine pour que les contacts commutent : l’état ne change pas quand la bobine n’est plus alimentée, un système mécanique bloque le retour. Pour revenir à l’état initial, on alimente à nouveau la bobine pour débloquer le mécanisme, dans certain cas en inversant la polarité de l’alimentation

Utilisation
La fonction première des relais est le plus souvent de séparer les circuits de commande des circuits de puissance à des fins d’isolement, par exemple pour piloter une tension ou un courant élevé à partir d’une commande plus faible et assurer ainsi la sécurité de l’utilisateur. On peut les utiliser aussi pour créer des fonctions logiques adaptées, comme ce fut le cas pour les premiers ordinateurs. Les relais sont utilisés en très grande quantité dans les systèmes de commutation téléphonique électromécanique RTC ; ils le sont toujours, mais dans une moindre mesure car remplacés par de l’électronique et de l’informatique, dans les commutateurs actuels.

Schémas

Tous les schémas de démonstration sont réalisés avec des tensions continu de 12VDC, bien évidement il existe différents modèles et différentes tensions pour les relais électromécaniques. Les exemples permet de voir différentes façon pour commander un relais.

Relais par action direct

Lorsque nous appuyons sur le bouton poussoir le contact du relais colle et lorsque le bouton poussoir est relâché le contact du relais ce décolle.

Diode de roue libre

Elle peut être associée uniquement aux électroaimants courant-continu. Les polarités doivent être respectées. A la coupure, l’énergie emmagasinée tend à faire circuler un courant dans le même sens qu’avant la coupure. La diode permet cette circulation, et, grâce à son faible seuil de conduction (<1V), elle évite toute surtension aux bornes de la bobine.

Filtre RC (Dispositifs d’antiparasitage)

Il est réservé aux électroaimants alimentés en courant alternatif. Le condensateur C ramène la fréquence propre d’oscillation de la bobine à environ 150Hz et écrête la surtension à 3Un. La résistance en série avec le condensateur limite l’appel de courant dans celui-ci lors de la fermeture du contact de commande .

Relais commandé

Il est possible de commander un relais à distance sous une faible tension (5VDC), par l’intermédiaire d’un transistor qui lui va amplifier le courant qui circule dans le collecteur et par la même occasion dans la bobine. Le rôle de la résistance R1 vient limiter le courant dans la base du transistor.

Relais sur voyant

A la mise sous tension du relais il est possible d’alimenter une ampoule (schéma de principe)

Temporisation retardé à l’ouverture

Nous avons ici un autre montage qui permet de retardé l’ouverture du relais. A la fermeture du bouton poussoir, le courant traverse la bobine et ne peut traverser le collecteur et l’émetteur en raison que le transistor n’est pas passant. Le courant ce voit donc obliger de passer par le bouton poussoir ci celui-ci est enclenché et passe à travers le condensateur qui lui va se charger pour obtenir Uc=12V. Une partie du courant va traverser le potentiomètre RV1, et une autre partie la résistance R1, le transistor Q1 devient cette fois-ci passant et ainsi le courant dans le collecteur peut circuler ce qui va exciter la bobine et donc fermé le contact du relais. A l’ouverture du bouton poussoir, le condensateur C1 étant chargé va ce décharger à travers RV1 et R1, si le curseur du montage rhéostatique (RV1) est en position haut, l’ouverture du contact du relais mettra moins longtemps que si le curseur était en bas. Vous avez compris le faite de « jouer » sur RV1 nous réglons la durée de l’ouverture plus ou moins rapide du contact du relais.

Schéma 001

Ce montage électronique permet d’alimenter un relais électromécanique 12V retardé à l’ouverture et à la fermeture, les contatcs eux peuvent supporter une tension plus importante tous en restant quand même correct au niveau du courant, à vous de mettre votre relais en fonction de l’intensité consommé en aval du montage. Le bouton poussoir permet de décharger le condensateur C2, ainsi le cycle recommence.

Le graph ci-dessus, montre l’ouverture et la fermeture du contact.

Alimentation d’un relais

Tension continu nominal

Le relais utilisé est un relais qui doit être alimenté sous une tension de 12V, j’ai essayé de l’alimenter sous 9V (environ) et ça fonctionne plutôt bien.

Sous tension continu réduite

Le relais à une tolérance (tous dépend des constructeurs), il peut très bien collé sous une tension inférieur à sa tension nominal (la preuve avec 9V ça fonctionne), mais est ce qu’on peut descendre plus bas ? La réponse est oui.

Courant / tension
Étant donné que le relais « colle » sous une tension réduite, on peut faire la même chose sous un courant réduit en gardant la tension nominal du relais constant (après on peut très bien faire avec une tension réduite et voir jusqu’à quel intensité le relais va coller le relais). Je ne suis pas aller jusque là.

Courant d’appel
À la mise sous tension du relais, c’est-à-dire lorsque nous venons fermer l’interrupteur un courant d’appel qui est supérieur au courant de maintient peut être important. En ce qui concerne notre relais il peut varier entre 100mA à 150mA (2 à 3 x In). Encore une fois tous dépend du constructeur les courant d’appel peuvent être donné. Nous pouvons mesurer à l’aide d’un oscilloscope et voir l’appel de ce courant.
Il est important de connaître ces courants d’appel, car lorsque nous faisons des dimensionnement d’installations, pour le choix du transformateur de commande par exemple (je parle aux Électrotechniciens), il faut prendre en considération ces courants.

Courant de maintien

Sous une tension nominal 12V d’ailleurs que je n’ai pas respecté j’ai alimenté le relais sous 9V continu et j’ai par la même occasion mesuré les courant de maintien autour de 50mA c’est déjà pas mal pour un petit relais.

Circuit(s) imprimé(s)

Aucun

Historique

– Ajout du graph (01/12/13)
– Modif implantation (01/12/13)
– Ajout mesure alimentation d’un relais (02/02/14)

Dernière mise à jour le 12/01/2014

Présentation

Dans ce présent article nous allons étudier le phénomène des rebonds, et de trouver une solution pour faire un système anti-rebonds.
Avant de commencer, il faut savoir ce qu’est un rebond en électronique, les boutons poussoirs et les interrupteurs ont en effet la fâcheuse manie de délivrer une suite d’impulsions parasites quand on les actionne, ce qui n’est que rarement recherché. Prenons l’exemple d’un interrupteur comme ceux que vous avez chez vous, lorsque vous appuyer dessus celui-ci fonctionne en tout ou rien, lorsque nous appuyons sur l’interrupteur la lampe s’éclaire, et lorsque nous appuyons une seconde fois elle s’éteint (rien de très surprenant jusque-là).

Rebonds

Exemple 1

Si maintenant on essayait avec une loupe d’observer l’interrupteur de plus près, c’est-à-dire avec cette loupe de regarder le comportement de ce tous petit contact qui laisse passer ou non le courant.


Voilà ce qu’on observe, bon jusque-là rien de très surprenant, mais enfaite si il y’a quelque chose de surprenant. Admettons que nous prenons cette interrupteur et que nous le mettons en série avec une pile une résistance et une led.

Vous avez vue quelque chose ? Non !!!, je vous rassure moi non plus attendez en va regarder de plus près avec notre loupe

Imaginons
Si nous prenons un voltmètre et que nous mesurons la différence de potentiel sur le contact de l’interrupteur vous allez me dire qu’il y’en à pas, en êtes vous sûr à 100% ?
Imaginons maintenant que vous avez entre les mains un voltmètre « ultra performant » et qui arrive à lire une tension aussi rapidement, il est tellement rapide que vous arrivé à lire une tension même avant d’avoir fermé l’interrupteur, (bon c’était une blague), mais imaginons le quand même. L’interrupteur lorsque celui-ci va venir ce fermé (il colle), le voltmètre quand à lui va lire d’un seul coup (9V / 0V / 9V / 0V). (voir ci-dessous)

Et oui en définitive, à l’œil nue nous ne pouvons pas voir cet état logique qui varie dans le temps entre 9V et 0V très rapidement, et nous ne voyons pas cette petit led clignoter, d’ailleurs l’ampoule de votre maison vous la voyer clignoté ? Et pourtant elle clignote mais les alternances qui ont une période de 20ms ne sont pas non perceptibles, et dans notre cas c’est la même chose…
Bon, allez essayez de mesurer sur l’interrupteur si on peut voir ces interruptions qui varient entre 9V et 0V, juste un conseil, éviter de tous déballé votre matériels d’électronique ça servirait à rien. Nous avons imaginé un voltmètre « ultra performant » mais ça c‘est dans le monde parfait….
Essayez avec un oscilloscope, à mince vous en avez peut-être pas, alors réalisé le montage ci-dessous et constatons ensemble.
Dans le schéma 001A proposé j’ai branché l’interrupteur (BP1) en parallèle sur le condensateur C1, le montage électronique fonctionne de la manière suivante, lorsque nous appuyons sur le bouton poussoir, chaque fois que celui-ci est enfoncé les leds s’allument les unes après les autres, nous avons réalisé « un chenillard ». Or il ne fonctionne pas du tous comme prévu (voir vidéo ci-dessous).
https://youtu.be/XXKqPRDKyeI

Conclusions
Il existe un phénomène de rebond ou de clignotement lorsqu’on utilise des interrupteurs mécaniques. Le problème est d’autant plus important lorsqu’on utilise des contacteurs en métal qui admettent une certaine élasticité. Au moment de la connexion ou de la déconnexion, les contacteurs (ou contact de l’interrupteur) peuvent rebondir et peuvent fausser le résultat de l’interruption. Le nombre et la durée des changements dépendent du type d’interruption, ils se réalisent le plus souvent en quelques millisecondes. Dans le cas de l’utilisation d’un interrupteur pour démarrer un matériel électrique exemple lorsque nous allumons une lampe), le rebond n’est pas considéré comme un gros problème. Cependant, s’il est utilisé pour contrôler un matériel du type électronique comme notre petit chenillard, plusieurs interruptions sont nuisibles et il en résulte un dysfonctionnement.

Anti-rebonds

Exemple 2

C’est bien beau tous ça, mais ce n’est pas pour autant que mon montage fonctionne !!, il fat donc trouver un moyen simple d’éviter ce rebond, je vous rassure nul besoin de recommencer le montage, nul besoin de refaire un autre montage et de ce dire :

« Encore un montage qui ne fonctionne pas !!! »
La principale méthode utilisée pour éviter ce dysfonctionnement est de filtrer le rebond causé par ce bouton poussoir. Le filtrage peut être réalisé électriquement (ou par un programme si on utilise des microcontrôleurs par exemple). Pour filtrer électriquement, l’interrupteur doit être connecté à un filtre passe-bas – comme par exemple un filtre RC – qui lisse les changements de tension. Par conséquent, les pattes du CD4017 ne sont pas perturbées par des valeurs transitoires. Le filtre RC est présenté sur le schéma qui suit.
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Comment calculer la valeur des composants R1 et C1
Nous avons dis précédemment que ce phénomène parasites en l’occurrence notre rebond, peut intervenir très rapidement dans le temps autour du milliseconde, ou peut du microseconde, et pourquoi pas du nano et pico….. ??
Mais, quand on se pose les bonnes questions, nous avons la réponse sous les yeux, effectivement nous parlons de temps, et d’un signal qui varie dans le temps cela veut dire que nous impliquons la fameuse formule :
F=1/T
Plus le temps de la période (T) est petite et plus la fréquence est importante, pour un rebond qui à une période (entre l’ouverture et la fermeture) de 1ms, la fréquence est donc de
F=1/0.001=1000Hz (mille fois plus grande).
Si maintenant le rebond à une période de 1µS (micro seconde), la fréquence est donc de
F=1/0.000001=1000000Hz (un million de fois plus grand).
Quand on regarde attentivement ces résultats dans tous les cas nous aurons une fréquence très élevé, et pour supprimé les fameuses hautes fréquences, nous répondons tous en cœur qu’il faut utiliser un filtre PASSE ??? (Je vous laisse deviner la suite bien sûr assez réfléchi jusque la ;-)). Nous allons quand même regarder des exemples, pour voir si la théorie se rapproche de la pratique. Allez commençons par le premier exemple avec un rebon qui à une période de 1ms

Rebonds 1ms
Deux composants électroniques feront l’affaires une résistance R1 et un condensateur R1 en série.Comme nous l’avons calculé précédemment, la fréquence de coupure de notre filtre RC doit être autour des 1000Hz. Arbitrairement, je décide de mettre une résistance de 10kOhms me reset plus qu’à calculer mon condensateur C1.
F=1/(2*3,14*R1*C1) => C1=1/(2*3,14*R1*F) ce qui nous donne C1=1/(2*3,14*10000*1000)=0,0159µF (normalisé 10nF)
Si nous réalisons ce filtre, c’est que toutes les fréquences qui varient de 0 à 1000Hz seront présente, et admettons que nous connectons un condensateur de 10nF en série avec une résistance de 10kOhms, et comme par hasard lorsque nous allons appuyer sur le BP1 la fréquence pour des raisons de température du bilame qui lui n’a plus l’élasticité comme au départ et que maintenant la période de son rebond est de 5ms, sa fréquence ce trouve à 200Hz. Cela veut dire que notre filtre accepte donc ce rebond puisque celui-ci est « calibré » pour une fréquence qui varie entre 0 et 1000Hz…. Hum !!!
Ok, il faut donc trouver une parade, mesuré toutes les fois en fonction de la chaleur la période du rebond et changer à nouveau le condensateur, ou laisser le condensateur fixe et calculer une autre résistance…. Et bien j’ai bien peur que vous allez usez des tonnes d’étain !!
Peu importe de la période du rebond, on sait qu’il est en dessous de la seconde, alors calculons de nouveau notre « nouveau » condensateur C1 pour une période de 1seconde avec comme nous l’avons dis au début une résistance arbitraire de 10Kohms.
F=1/(2*3,14*R1*C1) => C1=1/(2*3,14*R1*F) ce qui nous donne C1=1/(2*3,14*10000*1)=15,9µF.
J’ai décidé de mettre un condensateur de 10µF ce qui nous donne :
F=1/(2*3,14*R1*C1)=1/(2×3,14*10000×0,000010)=1,59Hz soit environ une période de 0,63sec suffisamment élevé.
Si nous réalisons ce filtre, c’est que toutes les fréquences qui varient de 0 à 1 ,59Hz sont gardé et les autres sont rejetés.

Regardons si ça marche …

Comme vous pouvez le constatez, les rebonds dû à l’interrupteur ont étés supprimer grâce au filtre RC .

Dernière mise à jour le 17/01/2015

Présentation

L’objectif de ce présent article et de comprendre comment réaliser un montage électronique pour éviter les inversions de polarités. Evidemment ils existent des « tonnes » de montage électronique sur internet, et plusieurs méthodes peuvent être utilisées. Ce qu’il faut comprendre c’est comment utilisés ces différents moyens pour parvenir à nos besoin.
Différents exemple seront données sans exploiter bien entendu tous ce qui est possible de faire en électronique et électronique de puissance (tel que convertisseur, démarreur pour moteur et bien d’autres…).

“Petit rappel…”

Prenons pour commencer une simple pile de 9V alimentant une carte électronique qui demande un courant de fonctionnement de 100mA.
Le montage serais une pile débitant sur une résistance de R1 qui celle-ci absorbe un courant de 100mA soit : R1=Upile/I=9/0,1=90 Ohms valeur normalisé 100 Ohms.
Une pile de bon marché comme (Energizer/ Duracell/ Ultralife/ Varta/ ….), sont des piles qui en fonction de leurs fabrications peuvent débiter un courant de 1200mAh, 780mAh etc…
Prenons une de ces piles et mettons en court-circuit (chose que je vous déconseille) mais !! Qu’est ce qu’il se passerait ?Un générateur de tension (F.E.M Force électromotice) est présente celle-ci vaut bien 9V, d’où la célèbre formule pour un générateur U=E-ri (avec U la tension aux bornes de la résistance R1, E la FEM, et ri, la chute de tension dans la résistance interne (noté petit r pour résistance interne).Puisque cette pile est en court-circuit, la résistance R1 est donc nul, il en résulte que la différence de potentiel est nul aussi, et on se retrouve avec E=rI => r=E/Icc=9/1200=0,0075 Ohms (résistance interne très faible). Notre pauvre pile qui peut débiter 1200mA en 1 heure, celle-ci va débiter 1200mA en quelques secondes. Non non non et non!! Soyons plus sérieux et évitons de faire du mal à cette pauvre pile…

Mesure à vide :

La première mesure consiste à mesurer la pile (une pile neuve est toujours plus performante qu’une pile ancienne), oui c’est toujours mieux neuf avec le temps une pile s’use et va se déchargé petit à petit t( c’est d’ailleurs le cas puisque j’utilise une pile de 1an.
La tension mesurée à ses bornes est de 8,86V.

Mesure en Charge :

J’ai placé une résistance de 100 Ohms, et branché la pile sur celle-ci, ce qui donne une chute de tension de 8,03V. Le courant est donc de i=U/R1=8,03/100=0,0803A soit 80mA


Calcul de la résistance interne r :
On peut utiliser deux méthodes de mesure, la 1ère méthode i consiste à faire une seul mesure (c’est le cas présenté ici) soit une méthode avec deux point de mesure (deux mesure en charge que nous allons voir va voir plus bas).
Dans ce premier cas la mesure donne deux valeurs :
Une mesure à Vide qui donne la FEM soit E=8,86V
La mesure en charge donne U=8,03V.
U=E-rI => r=(U-E)/I=(8,03V-8,86)/0,0803=10 Ohms (environ).
On peut donc représenter le modèle équivalent de la pile qui débite sur la charge R1.

Méthode avec deux ponts de mesure.
Celle-ci est beaucoup plus précise, en effet , en prennant 2 points de mesure (U1/I1) et (U2/2) avec la mesure de U qui correspond à la tension aux bornes de la résistance R1, améliore la méthode sir on décide d’éspacé de la tension à vide jusqu’à la tension en « pleine » charge.
Dans ce cas de figure, nous trouvons une droite qui décroit de la tension à vide à une tension en pleine charge. La pente de la droite correspond au coefficient directeur qui celui correspond à la résistance interne. Oui vous m’avez compris, si vous faite la différence entre la tension (U1-U2)/(I1-I2) vous calculé la résistance r (la résistance interne de la pile).
1ère mesure avec une résistance de 100 Ohms U1=8,03V et I1=0,0803A
2ème mesure avec une résistance de 10 Ohms U2=4,43 et I1=0,443A (mesure simulé)
r=(8,03-4,43)/(0,0803-0,443)= 9,92 Ohms (environ 10 Ohms)
Et voila….

Les résultats restent assez proches de la 1ère méthode.

Attaquons le vif du sujet..!!!

Nous venons de voir qu’une pile à une résistance interne noté « r ». Comme nous avons pu le constater, la pile branchée débite un courant I dans la résistance R1. Si maintenant on décide de branché à l’envers la pile le courant reste inchangé il n’y à pas de doute mais !! le problème est bien la, c’est que nous somme plus polarisé dans le bon sens, et nous avons inversé la polarité le (+) de l’alimentation) en bas et le (-) de l’alimentation en haut.
En effet certain carte électronique son polarisé, des détrompeurs sont présent, comme pour les pile de 9V par exemple ou autre détrompeur pour des batteries rechargeables. Si le sens de polarité n’est pas respecté j’ai bien peur pour le matériels.

Précaution à mettre en place
Il existe différentes façon pour protéger un circuit contre les inversions de polarités par exemple en mettant une diode.

Si on décide de reprendre cette même pile qui alimente une charge de 100 Ohms et qu’on décide d’inverser la polarité, et que nous plaçons une diode pour que le courant soit court-circuité et que la diode laisse passer le courant, on se retrouve avec une tension de -0,98V aux bornes de la résistance R1 ce qui donne un courant de Ir1=(-0,98/100)=9mA inférieur à 90mA que peut absorber la résistance. Par contre en ce qui concerne ma diode D1 qui vient protéger notre circuit électronique (le circuit représente la résistance R1 vous m’avez compris ;-)).
Celle-ci doit donc « évacuer » tous le courant et le renvoyer d’où il vient. on se retrouverais avec un courant de (E-Udiode)/r=(8,86-0,98)/10=0,93A environ 1A !!! Est-ce que la diode que vous avez mise en place est capable de supporter un tel courant sous une tension de 0,98V bonne question?!

Protection par transistors MOSFET canal P

maximum que peut supporter le MOSFET…