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> Détecteur electrostatique 001
Dernière mise à jour : 01/03/2008Présentation
Le détecteur électrostatique que voici allume une led quand une antenne reliée à la grille d'un petit transistor à effet de champs reçoit un champs électrostatique d'amplitude suffisante.
Il est simple à réaliser et fonctionne assez bien, si ce n'est qu'il lui arrive parfois de se bloquer en présence de champs intense. Moyennant quelques composants additionnels et un petit haut-parleur, il est possible d'obtenir un signal sonore qui varie en fonction du champs électostatique ambiant.
Schéma
Je ne sais pas si je vais pouvoir m'en sortir...
La résistance R3 de 1M protège un peu le FET (transistor à effet de champ) Q1 contre les tensions trop élevées sur sa Gate. Mais attention, cette protection est toute relative, j'ai réussi à griller un FET avec un peigne frotté à proximité ! R1 est la résistance de charge de Q1 et polarise par la même occasion la base du transistor bipolaire Q2.
Fonctionnement
Au repos, c'est à dire quand la Gate de Q1 (borne G) est portée à un potentiel électrique nul par rapport à la masse du montage, la résistance entre Drain (borne D) et Source (borne S) est faible, et un courant circule dans R1, occasionnant une chute de tension à ses bornes. On retrouve une tension de quelques dizièmes de volts sur le drain par rapport à la masse, ce qui est insuffisant pour faire conduire le transistor Q2. Dans ces conditions, la led D1 reste éteinte. Si maintenant un champ électrique d'amplitude suffisante (et négative par rapport à la masse) atteint l'antenne, et donc la Gate de Q1, la résistance Drain - Source du FET augmente et le courant dans R1 diminue, diminuant par la même la chute de tension à ses bornes. Comme la chute de tension aux borne de R1 diminue, la tension de Drain augmente, et ce suffisement pour dépasser 0,7V, minimum nécessaire et suffisant pour faire entrer Q2 en conduction : la led D1 s'allume. Il peut sembler curieux qu'un transistor puisse ainsi être commandé par une charge électrostatique. La raison en est que la connection Gate d'un transistor FET est "isolée" des autres connections (Drain et Source). L'impédance d'entrée de la Gate est extrêmement élevée, et une charge électrostatique peut influencer le comportement du transistor, si la Gate est laissée en l'air (non cablée au circuit au travers d'une résistance). Avouons tout de suite que ce n'est pas un comportement normalement exploité dans la vie de tous les jours du FET, et que la Gate est quasiment toujours reliée à la masse par une résistance, en général de forte valeur (300 Kohms à 15 Mohms). D'ailleurs, rien ne vous interdit d'ajouter une telle résistance, juste pour voir dans quelle mesure la sensibilité à l'environement évolue. Faites donc l'essai avec une résistance de 10 MO entre Gate et masse, et balladez le circuit contre les murs intérieurs de votre maison, à proximité des interrupteurs électriques, lampes allumées et lampes éteintes...Transistors FET utilisables
Beaucoup de transistors FET peuvent convenir pour ce type d'application. Citons entre autres les suivants :2N3819, 2N4341, 2N5245, 2N5247, 2N5277, 2N5534, 2N5549.
Attention, les brochages ne sont pas les mêmes pour tous ces transistors, renseignez-vous (datasheets sur internet) avant de les cabler !!!
Avertissement
Ne touchez pas directement l'antenne avec un corps fortement chargé, vous risqueriez de griller le FET ! Le fil d'antenne doit impérativement être isolé.Malfonctionnement ?
Si le circuit fonctionne mal avec votre FET, n'hésitez pas à modifier la valeur de la résistance de charge R1, toute valeur entre 2K2 et 12K est bonne à essayer. N'essayez pas de mettre une résistance entre Gate et masse tant que vous n'avez pas testé le montage et qu'il n'a pas montré qu'il fonctionnait bien. En cas de non fonctionnement, la première chose à vérifier est le brochage du transistor FET, on arrive à trouver des brochages différents pour un même modèle selon le fabricant (faites des recherches pour le 2N3819 et vous constaterez ce que j'ai constaté plus fois avec d'autres modèles). Vous pouvez aussi supporter l'hypothèse que votre transistor FET est HS, celà m'est arrivé plus d'une fois d'en ressortir d'un tiroir au bout de quelques années d'inutilisation, qui refusait de fonctionner correctement. Personnelement, je les teste simplement en connectant une pile 9V avec une résistance de 10K en série, entre Gate et Source, pôle négatif vers la Gate. En connectant et en déconnectant cette source externe négative, vous devez voir s'éteindre ou s'allumer la led D1 (partant du principe que le test est fait sur le circuit dont il est question ici).Proto
Un montage sur plaque d'expérimentation est tout à fait envisageable, aucune crainte à se faire concernant les résistances ou capacités parasites inter-bandes.
Variation légère...
Vous pouvez cabler le transistor FET un poil différemment au niveau de la grille, comme le montre le schéma qui suit.
De même, la sortie, au lieu de commander une led, peut tout à fait commander un relais, du moment que la tension de service de sa bobine de commande corresponde à la tension d'alimentation du montage.
Variations sonores
La tension disponible sur le Drain du transistor à effet de champ n'est pas forcement du tout ou rien : en fonction de l'intensité du champs électrostatique et de la longueur de l'antenne, on peut observer des variations plus ou moins progressives de tension. Plutôt que d'utiliser cette tension pour piloter une led ou un relais, on peut fort bien s'en servir pour commander un petit VCO (oscillateur commandé en tension), et espérer ainsi des variations sonores suivant de près les variations de champs. J'ai essayé un montage de ce type, tout de transistors vêtu, paru dans un "vieux" Radio Plan, et qui fonctionne fort bien. Bien entendu, n'importe quel VCO permet d'obtenir ce genre d'effet, un simple NE555 dont on exploite la broche d'entrée 5 convient aussi, j'ai également testé.
On voit sur la photo suivante, les deux systèmes - à transistors et à NE555 - disposés côte à côte.
Montage en phase de validation :
Les variations sonores...
Selon la nature des matériaux mis en oeuvre pour tester la version "sonorisée" et selon leur charge électrostatique (sac plastique, peigne, pull), j'ai constaté des variations sonores dans les deux sens, allant de l'aigu au grave ou inversement, en approchant l'antenne. Un peu comme si le comportement du montage s'inversait quand il était "surchargé". Personnellement, j'aime bien quand le son grave est vraiment grave, de quelques herz seulement, car il donne un aspect "crépitements" qui n'est pas sans rappeler les détecteurs de radiations, ou plus musicalement parlant, un métronome électronique.Circuit imprimé (première version à LED)
Le circuit est très simple et les composants peuvent être directement reliés entre eux. Mais si vous préférez un petit CI, pourquoi pas.
Typon aux formats PDF et Bitmap 600 dpi
J1 est la borne à laquelle relier l'antenne, qui sera constituée d'un bout de fil électrique isolé d'une longueur maximale de 30 cm. Commencez avec 10 ou 15 cm, vous serez sans doute déjà surpris... Au delà de 30 cm, ça s'allume pour un oui ou pour un non, et les blocages (led restant allumée en permanence) se font plus fréquents.