Electronique
> Réalisations
>
Jeux
de
lumière > Gradateur de lumière
006
Dernière mise à jour : 24/07/2011Présentation
Le montage présenté ici est un gradateur de lumière automatique, qui permet de produire une lumière d'ambiance de couleur aléatoire.
Un bloc gradateur (parmi trois)
Ne comportant aucun composant programmable, il est basé sur l'utilisation de trois blocs "oscillateurs triangulaires + convertisseur tension / courant", chaque gradateur permettant de piloter une ou plusieurs LED rouges, vertes ou bleues. J'ai décidé de réaliser ce montage suite à plusieurs demandes concernant l'automatisation de la variation de la luminosité des LED de mon lampadaire multicolore. J'ai conçu deux montages de base, un premier capable de piloter une LED ou deux, et un autre capable de piloter 4 ou 6 LED.
- Schéma 006 : pour pilotage 1 ou 2 LED
- Schéma 006b : pour pilotage 4 ou 6 LED
- Schéma 006bc2 : pour pilotage 20 LED (non testé par mes soins)
Chaque schéma représente une seule voie (une couleur) sur les trois, et doit donc être construit en trois exemplaires pour une fonction complète RVB.
Schéma 006
Pour pilotage 1 ou 2 LED.
Les deux premiers AOP constituent l'oscillateur produisant un signal périodique triangulaire, dont la période est relativement longue (fréquence faible). Chaque cycle d'allumage / extinction s'opère en effet sur une durée de plusieurs secondes. Le deuxième AOP est monté en amplificateur, et sert en même temps à centrer le signal périodique triangulaire sur une valeur centrale de +V/2, grâce au pont diviseur R9 / R10. Le dernier AOP enfin forme un convertisseur tension / courant, c'est lui qui transforme la tension du signal triangulaire en courant variable dans la LED. Le second schéma est basé sur la même structure, aussi autant décrire tout de suite son fonctionnement.
Schéma 006b
Pour pilotage 1 ou 2 LED.
Sur ce deuxième schéma, deux potentiomètres ont été ajoutés, il s'agit de RV1 et de RV2. RV1 remplace le pont diviseur qui était anciennement constitué par R9 et R10, et RV2 permet de jouer sur le gain de l'amplificateur construit autour de U1:C. Ces potentiomètres permettent de s'adapter facilement à différents types de LED et d'AOP, en autorisant un décalage et un "étirement" ajustables de la plage de variation. En parlant d'AOP, notez que le second schéma utilise un LM324, quadruple AOP dans un unique boitier 14 pattes. Ce circuit permet de sortir un signal en sortie très proche de zéro volt, ce qu'il est difficile d'avoir avec des AOP conventionnel type LM741. Les meilleurs résultats visuels sont obtenus avec un signal électrique qui descend vraiment à 0 V et qui dans une moindre mesure monte à la valeur de la tension d'alimentation. L'usage d'AOP de type "rail to rail" est donc conseillé. Vous pouvez toujours essayer de mettre d'autres types d'AOP, mais la tension min que vous risquez d'obtenir empêchera peut-être l'extinction complète de la LED quand le signal en dent de scie est à son minimum. L'ajout d'un transistor en sortie de U1:D autorise un courant maximum supérieur à celui qui était autorisé dans le montage de base. La résistance R6 détermine le courant maximum circulant dans les LED, sa valeur pourra être comprise entre 100 ohms et 390 ohms pour un courant max de 20 mA dans chaque led (voir valeurs préconisées sur le schéma).
Schéma 006bc2
Et pour piloter 20 LED, comment fait-on ? Thibaut est bien curieux, c'est lui qui a posé en premier la question. Il me semble à vue de nez qu'il suffit de câbler plus de LED sur l'émetteur du transistor Q1. Oui mais... comment câbler les 20 LED ? Ma première réponse est le mode parallèle-série, par exemple avec cinq branches de quatre LED chacune. Mais attention, s'il est fait usage de LED haute luminosité dont la tension nominale est de 3 V, le fait d'en mettre quatre en série nécessite une tension d'alim générale bien supérieure à +12 V pour que le système continue de fonctionner correctement (on devrait pousser la tension d'alim à 15 V, si ce n'est 18 V). On peut bien sûr aussi envisager un mode parallèle-série avec dix branches de deux LED chacune, mais dans ce cas le courant consommé double et atteint la coquette valeur de 200 mA si chaque branche laisse circuler un courant de 20 mA (600 mA pour trois blocs gradateur). Il faut donc trouver un compromis entre tension nominale des LED, tension d'alimentation du montage et courant total consommé. Le schéma qui suit montre une possibilité parmi d'autres, elle se base sur l'hypothèse que la tension d'alim qui est de 12 V ne peut pas être augmentée.
Remarque : je n'ai pas testé ce montage, c'est juste une piste !
Mon prototype (schéma 006b)
Réalisé sur plaque sans soudure et pour un seul bloc.
Cela fonctionne bien comme ça.
Prototype de Christophe M.
Voici quelques photos du gradateur 006b réalisé par Christophe, qui a passé avec succès l'étape de la mise en boite.
Commentaires de Christophe :
" Le résultat global est très agréable. Du fait que le circuit soit composé de 3 tempos de durées légèrement différentes, les lumières ne se superposent jamais de la même façon au fil du temps qui passe, ce qui donne un résultat non répétitif et très plaisant."
Merci pour ce retour et ces photos !
Circuit imprimé
Un circuit imprimé a été réalisé pour les deux versions. Quelque soit la version choisie, à réaliser en trois exemplaires : un exemplaire pour chacune des trois LED rouge, verte et bleue. Le premier typon correspond au montage de base (suffisant pour une LED ou deux), le second typon est celui du deuxième montage avec transistor en sortie (pour plus de deux LED) et ajustage précis de la plage de variation (rien que pour cette particularité, je conseille celui-ci).
Premier typon : montage de base (006)
Deuxième typon : montage final (006b)
Typons aux formats PDF et Bitmap 600 dpi (inclus les deux versions 006 et 006b)
Premier schéma pensé, qui ne me satisfaisait pas
Au début, j'étais parti sur une reprise (extension) de mon gradateur de lumière 005. J'avais gardé le principe de modulation de largeur d'impulsion utilisé dans ce dernier, et avais simplement ajouté un oscillateur TBF (Très Basse Fréquence) à transistor UJT (transistor unijonction) pour chaque couleur, produisant une variation de tension très lente, et qui remplaçait la tension de commande externe ou le potentiomètre. Chacun des trois oscillateurs TBF travaillait à un régime différent, ce qui permettait d'obtenir des variations dont le temps était différent pour les trois couleurs primaires. La luminosité des LED rouges ne bougeait ainsi pas au même rythme que la luminosité des LED vertes et bleues. Le cycle de variation, qui permettait de passer de la luminosité la plus faible à la luminosité la plus forte, durait quelques secondes. Le premier montage réalisé, dont le schéma suit, fonctionnait mais ne m'a pas donné entière satisfaction.
Pas satisfait pourquoi ?
1 - Parce que le signal généré par l'UJT est de type "dent de scie" et non "triangulaire" avec montée progressive et descente brutale, et l'effet rendu avec les LED est un peu bizarre : les changements de couleurs sont lents et progressifs, sauf à certains moments où l'on passe brutalement d'une couleur à une autre (au moment où une couleur était à son appogée et disparait d'un coup).
2 - L'oscillateur à AOP fournissait une onde sinusoïdale et la variation dans le début de la montée était plus rapide; les LED s'allumaient trop vite avec une luminosité moyenne, elles ne restaient pas assez longtemp dans la zone "sombre".