Electronique > Réalisations > Générateurs > Générateur PWM (MLI) 001

Dernière mise à jour : 01/03/2008

Présentation

Petit générateur de signaux rectangulaires dont le rapport cyclique est ajustable par le biais d'un simple potentiomètre.

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Voir aussi modulation de largeur d'impulsion (PWM / MLI) pour la base, et Générateur PWM 002 pour un modèle simple commandé par une tension externe. En ajoutant une interface de puissance en sortie de ce circuit, il peut servir de base pour un réglage de vitesse d'une petite perceuse à courant continu (même principe que pour le régulateur de vitesse 002), ou pour un réglage de luminosité d'une lampe à incandescence ou d'un ensemble de leds (comme pour les montages Lampadaire multicolore 001 et Lampadaire multicolore 001b).

Le schéma

Le montage est construit autour d'un circuit intégré logique de la famille CMOS, un très répandu CD4093.

gene_pwm_001

Ce circuit est vraiment très simple, et il peut pourtant être encore décomposé en deux parties distinctes : l'oscillateur à proprement parler, et l'étage de sortie de "puissance". Il suffit en effet de la porte logique U1:A avec ses composants satellite R1, RV1, D1 et D2, pour avoir un montage fonctionnel, délivrant un signal sur la sortie borne 3. Mais comme le CD4093 comporte quatre portes logiques, il serait ridicule de ne pas les exploiter d'une manière ou d'une autre, et j'ai donc monté les trois portes restantes en parallèle, sur la sortie de la première porte logique. On dispose ainsi d'une capacité en courant sortant trois fois supérieure, et de plus l'étage oscillateur est parfaitement isolé du montage qui fera suite. Pour ce qui est de l'oscillateur, on est en présence d'un oscillateur du même type que celui du schéma suivant :

Osc CD4093
Oscillateur rectangulaire à base de CD4093

Entre les deux schémas, la valeur de C1 n'est pas la même, et à la place de R1, on trouve un peu plus de composants, potentiomètre et diodes. Si l'on considère que le potentiomètre RV1 du premier schéma est équivalent à deux résistances RA et RB dont le point commun est le curseur, on peut redessiner ce premier schéma de la façon suivante :

gene_pwm_001b

En regardant les choses ainsi, on se rend compte que l'on ne peut avoir qu'une seule des deux résistances RA ou RB en fonction à un instant donné. En effet, les diodes D1 et D2 insérées en série avec ces dernières sont branchées de façon opposées, et une diode ne conduit toujours que dans un sens. La porte logique, dont les deux entrées (bornes 1 et 2) sont reliées ensembles, est équivalente à un inverseur logique, ce qui fait que la sortie est toujours dans un état logique inverse de l'état logique des entrées. Si les entrées sont à l'état logique haut, la sortie est à l'état bas, et inversement. Pour que la diode D1 puisse entrer en conduction, il faut que son anode (côté sortie de U1:A, au travers de RA) soit à un potentiel plus positif par rapport à sa cathode (côté R1). En clair, il faut que la sortie de U1:A soit à 'état logique haut. Si cette condition est respectée, la diode D1 conduit et la résistance RA est mise en circuit, alors que la diode D2, montée dans le sens contraire, reste bloquée et isole la résistance RB du circuit.

gene_pwm_001ba

Le condensateur C1 reçoit alors une tension positive qui vient de la sortie de U1:A, qui passe par RA, D1 et R1, et il peut se charger, avec une constante de temps qui dépend de sa valeur et de celles de R1 et de RA. Si maintenant la sortie de U1:A passe à l'état logique bas, les diodes D1 et D2 se retrouvent toutes deux en situation opposée par rapport à la précédente. D1 se bloque car sa cathode est à un potentiel électrique plus positif que son anode, et la résistance RA est isolée (déconnectée) du circuit. D2 quant à elle se met à conduire et c'est la résistance RB qui se retrouve mise en circuit.

gene_pwm_001bb

Le condensateur C1 reçoit à ce moment une tension nulle (on pourrait presque dire "négative") qui vient de la sortie de U1:A, qui passe par RB, D2 et R1, et il peut se décharger, avec une constante de temps qui dépend de sa valeur et de celles de R1 et de RB. Vu comme cela, on voit bien que les temps de charge et de décharge de C1 peuvent être différents, puisqu'il s'agit de choisir des valeurs différentes pour RA et RB. Si ses deux résistances RA et RB possèdent la même valeur (équivalent à un potentiomètre linéaire dont le curseur est en position centrale), on obtient en sortie de U1:A un signal rectangulaire dont les états hauts et les états bas sont de même durée. Si la valeur de RA est plus importante que celle de RB, la charge du condensateur C1 est plus rapide que sa décharge, les entrées restent plus longtemps à l'état haut et la sortie plus longtemps à l'état bas : le signal de sortie présente un rapport cyclique de valeur faible (< 50 %). Si la valeur de RA est plus faible que celle de RB, la charge du condensateur C1 est moins rapide que sa décharge, les entrées restent plus longtemps à l'état bas et la sortie plus longtemps à l'état haut : le signal de sortie présente un rapport cyclique de valeur élevée (> 50 %). En remplaçant les deux résistance RA et RB par un potentiomètre, on peut assurer une variation inverse et simultanée des deux valeurs : quand l'une augmente, l'autre diminue en même temps (la valeur ohmique que l'on enlève d'un côté - côté RA ou côté RB - se retrouve de l'autre).