Electronique > Réalisations > Générateurs > Base de temps 001

Dernière mise à jour : 08/05/2009

Présentation

Base de temps 1 hertz, et donc pulsation à la seconde. Pour piloter un montage ayant rapport avec le temps. Par exemple une horloge, un décompteur, un fréquencemètre, ou que sais-je d'autre. Il existe bien entendu plusieurs façons d'obtenir un signal de fréquence 1 Hz, le schéma proposé ici constitue une solution parmi bien d'autres. Voir aussi à ce sujet la page Base de temps 002. Pour ce qui est de la précision et de la stabilité dans le temps et en fonction de la température, voir page Quartz - Précision.

Le schéma (001)

Le schéma fait intervenir deux circuits intégrés : un oscillateur / diviseur fixe de type CD4060, et une bascule D provenant d'un CD4013, montée en diviseur de fréquence par deux.

base_temps_001

Le CD4060 est ici utilisé à double emploi. Son premier rôle est d'assurer une oscillation avec le quartz X1 comme élement de référence, et son second rôle est d'assurer une division multiple du signal généré pour obtenir une fréquence plus basse. Le quartz choisi est un modèle classique de 32,768 KHz de type "cylindrique allongé", utilisé quasiment à chaque fois qu'il est nécessaire de produire un signal de fréquence 1 Hz.

Quartz 32,768 KHz

Pourquoi ? Parce que sa fréquence, de 32768 Hz, divisée plusieurs fois par deux, permet d'obtenir un signal dont la fréquence est précisement de 1 Hz. Essayez donc de diviser un signal de fréquence 4 MHz par deux, plusieurs fois de suite (2 MHz, 1 MHz, 500 KHz, etc), et vous verrez qu'on ne tombe pas sur une valeur entière convenable. L'avantage avec le CD4060, est qu'il contient ce qu'il faut pour constituer un oscillateur. Son inconvénient, pour le cas qui nous concerne maintenant, est de ne pas disposer d'une sortie Q14, qui aurait directement fourni un signal de fréquence 1 Hz. Au lieu de celà, la dernière sortie, Q13, délivre un signal de fréquence 2 Hz, qu'il nous faut donc diviser par deux une dernière fois. Qu'à celà ne tienne, nous prenons une bascule D contenue dans un CD4013, et nous la cablons en diviseur par deux. N'importe quel autre circuit capable de diviser une fréquence par deux peut être utilisé en remplacement de cette bascule (CD4017, CD4027 ou autres). Sur sa sortie Q, nous obtenons bien notre signal 1 Hz. La valeur de la résistance R1 peut être abaissée à 1 MO et celle des condensateurs C1 et C2 peut être augmentée à 100 pF.

Légère variation du montage (001b)

Le schéma précédent est très simple à mettre en oeuvre, et si vous fouinez un peu à droite et à gauche, vous trouverez sans doute un schéma similaire mais avec une résistance supplémentaire connectée en série avec le quartz, et sans doute même des valeurs différentes pour les deux condensateurs C1 et C2.

base_temps_001b

La résistance "additionnelle" notée R2 sur le deuxième schéma (valeur pouvant être comprise entre 2K2 et 330K), est largement conseillée quand on utilise un quartz travaillant à une fréquence élevée, genre 1 MHz ou 10 MHz, pour limiter le courant circulant dans le quartz et par la même occasion les calories dissipées par ce dernier (oui, un quartz peut chauffer), et prévenir ainsi un vieillissement prématuré. On peut baisser la valeur de cette résistance (par exemple à 1 KO) ou même la supprimer quand le quartz utilisé fonctionne à une fréquence basse comme c'est le cas ici (dans le doute, laissez-la). La résistance R1 doit toujours avoir une valeur plus élevée que celle de R2, valeurs courantes entre 1 MO et 10 MO.
Pour ce qui est des deux condensateurs, on observera de façon quasi-certaine un démarrage franc de l'oscillation pour des valeurs comprises entre 10 pF et 330 pF, pour la fréquence "basse" considérée ici (pour des fréquences plus élevées, restez dans le domaines des picofarads et des dizaines de picofarads).

Valeurs pratiques relevées dans un réveil du commerce :
C1 = 10 pF
C2 = 22 pF en // avec un condensateur ajustable de 3..30 pF (l'ajustable permet un réglage fin de la fréquence d'oscillation, nécessite un fréquencemètre)
R1 = 7,5 MO
R2 = 1 KO

Selon le cablage pratique réalisé et selon l'origine du quartz, il est possible que le système n'oscille pas à chaque mise sous tension, ou même jamais. Si celà vous arrivait, n'hésitez surtout pas à modifier la valeur des deux condensateurs, cela doit dans la majorité des cas résoudre ce problème. Vous pouvez aussi, toujours ben cas de problème, jouer sur la valeur de la résistance R1, en restant toutefois dans la plage 1 Mohms à 10 Mohms. Ou alors carrement passer au montage suivant.

Autre variation, pour ceux qui aiment compliquer les choses (001c)

Cet autre schéma a la même fonction que les précédents : osciller.

base_temps_001c

Avec très peu de risques que cela ne fonctionne pas.

Prototype (schéma 001b)

Réalisé sur plaque d'expérimentation, avec différents quartz (32.768 KHz, 2500 KHz, 4194.304 KHz et 8192 KHz).

base_temps_001b_proto_001a base_temps_001b_proto_001b quartz_002

Remarques
- La mise en place d'un quartz de 8192 KHz permet d'obtenir une base de temps de 1 KHz sans diviseur additionnel.
- En laissant le montage tel quel mais en enlevant le quartz, le proto oscillait et offrait sur sa dernière sortie, un signal de fréquence voisine de 4 Hz. Un internaute m'a indiqué que le retrait du quartz n'entrainait pas d'oscillation sur sa platine (même montage qu'ici, avec le même CI CD4060BE), je pense que cela est du, sur mon proto, à l'utilisation d'une plaque d'expérimentation sans soudures (capacités parasites dues aux bandes de contacts qui sont toutes parallèles).