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Dernière mise à jour : 14/06/2015

Présentation

Qu'est-ce qu'une bascule ON/OFF ? Il s'agit d'un composant ou d'un montage électronique qui possède une ou deux entrées et une sortie. Pour la bascule à deux entrées, la sortie devient active quand on active une entrée, et devient inactive quand on active l'autre entrée (une entrée pour chacune des deux fonctions ON et OFF). Pour la bascule à une seule entrée, la sortie devient active quand on active une fois l'entrée, et devient inactive quand on active une deuxième fois cette même entrée. Vous trouverez sur cette page quelques exemples de bascules ON / OFF, dont la commande peut s'effectuer par deux fils séparés (un pour la fonction ON et l'autre pour la fonction OFF), ou par un seul fil (un coup pour ON, un coup pour OFF).

Bascule à CD4017

Le schéma ci dessous peux sembler un peu complexe à première vue, mais comptez voir un peu le nombre de composants nécessaires, qui de surcroit sont tous très courants et bon marché...

Cela ressemble beaucoup au chenillard à base de CD4017 présenté à la page Base - Chenillard. En fait, la principale différence réside dans le fait que les impulsions d'horloge sont ici délivrées par le bouton-poussoir SW1. A chaque nouvelle pression sur le bouton-poussoir, la sortie Q0 change d'état. Il s'agit en fait d'un chenillard à deux sorties (Q0 et Q1). Parce que la sortie Q2 est reliée à l'entrée de remise à zéro MR, le circuit n'a jamais l'occasion d'aller plus loin, et il "reboucle" toujours sur ses deux premières sorties. En reliant l'entrée de RAZ du CD4017 sur une autre sortie, cela imposerait un nombre plus élevé de ressions sur le bouton-poussoir pour disposer à nouveau d'une sortie active (idéal pour faire une blague à l'ami qui vous a demandé de réaliser un télérupteur pour sa cage d'escalier).

Anti-rebonds

C1 et R1 constituent un petit filtre anti-rebonds : les boutons-poussoirs et les interrupteurs ont en effet la fâcheuse manie de délivrer une série d'impulsions parasites quand on les actionne, ce qui n'est que rarement recherché. Pour en comprendre le fonctionnement, imaginons simplement comment sont les choses à l'état de repos. Au repos, SW1 est ouvert. Le condensateur C1 s'est donc chargé au travers de R1. La tension au point commun R1-C1 est donc de 0V. En actionnant SW1, le condensateur est subitement court-circuité et se décharge. En même temps, un niveau haut est appliqué à l'entrée horloge du CD4017, la sortie active passe à l'état bas, et c'est la sortie suivante qui prend la relève. Comme C1 va mettre un certain temps pour se recharger, les rebonds de SW1 ne seront pas vus par le circuit, car "absorbés" par C1, pas encore chargé (la tension au point commun R1-C1 correspond encore à un niveau logique haut, qui redescend lentement vers le niveau logique bas).

Bascule à CD4013

Cette bascule fait appel à une des deux bascules D contenues dans un CI de type CD4013, celle-ci est cablée en diviseur de fréquence par deux. Pour mettre en évidence l'état des sorties Q et Q barre de la bascule D (bornes 1 et 2 respectivement), une led et un relais y sont connectés. Le relais est activé quand la sortie Q est à l'état haut, et la led est allumée quand la sortie Q barre est à l'état bas. Comme l'état logique de Q est inversé par rapport à l'état logique de Q barre, la led s'allume en même temps que le relais s'active.

Un premier appui sur le bouton poussoir SW1 provoque l'allumage de la led D1 et l'activation du relais RL1. Un second appui sur ce même poussoir provoque l'extinction de la led et le décollage du relais. Tout comme dans le schéma précédent avec le CD4017, le condensateur C1 et la résistance R1 absorbent les impulsions parasites occasionnées par les rebonds du bouton poussoir, et évitent ainsi une succession incontrôlée de changements d'état des sorties de la bascule D.

Remarque : avec ce genre de circuit, il n'y a aucune certitude que la sortie Q soit à l'état bas lors de la mise sous tension, même si en pratique ceci est presque toujours le cas. Pour un état garanti, il convient de placer une cellule RC sur la broche R si l'on veut que la sortie Q soit à l'état bas à la mise sous tension, ou sur la broche S si l'on veut que la sortie Q soit à l'état haut lors de la mise sous tension. Le schéma suivant montre comment faire pour être sûr que la sortie Q soit inactive à la mise en route.

A la mise sous tension, le condensateur C2 est déchargé et se comporte comme un court-circuit. L'entrée de remise à zéro de la bascule (borne R) reçoit donc une impulsion positive, qui force la sortie Q à passer à l'état bas. Puis le condensateur C2 se charge au travers de la résistance R4 et au bout d'un court instant (inférieur à la seconde), le condensateur est chargé et la tension sur la borne R devient nulle. Le circuit peut dès lors fonctionner normalement, et la première impulsion sur le poussoir SW1 activera la sortie Q.

Remarque de Jean-Michel (06/02/2011) : avec les valeurs données aux composants R1 et C1 sur votre schéma, mon prototype ne fonctionnait pas bien. Après de nombreux essais j’ai trouvé des valeurs de composants qui semblent convenir. J’ai échangé la valeur de C1 par 10 nF (au lieu de 100 nF) et changé la valeur de R1 par 2,2 kO (au lieu de 220 kO). Avec ces valeurs le circuit fonctionne bien dans les deux sens on et off. Ce n’est peut-être pas très académique et scientifique comme modif mais n’étant pas électronicien j’ai improvisé !
Ma réponse : excellente initiative que de ne pas se focaliser sur les valeurs proposées et d'en essayer d'autres ! La science ne s'arrête pas aux calculs théoriques ;-)

Une autre méthode "anti-rebond" consiste à placer un réseau RC supplémentaire entre la sortie Qbarre et l'entrée D de la bascule D, comme le montre le schéma suivant (notez comme le transistor Q1 ne semble pas apprécier cet ajout).

R5 et C3 restituent sur l'entrée D, l'état logique de la sortie Qbarre, mais avec un retard de quelques centaines de ms. Tiens, une diode D3 et un condensateur C4 ont également été ajoutés... Ca, c'est pour les vilains relais qui font des parasites sur la ligne d'alimentation et qui peuvent perturber le circuit de commande. En l'absence de transistor de ce côté, vous n'aurez pas à courir.

Version bascule sur secteur 230 V

Voir page Télérupteur 001 qui se base sur le schéma vu ci-avant.

Bascule à CD4011

La bascule suivante fait appel à deux portes logiques de type NON-ET (NAND), et dispose d'une entrée de commande ON et d'une entrée de commande OFF. Ce type de bascule est aussi parfois appelée Flip-Flop.

Si vous souhaitez une sortie logique inversée, utilisez simplement la sortie 4 de la porte U1:B en lieu et place de la sortie 3 de U1:A. Les résistances R1 et R2 permettent de fixer le potentiel des entrées 1 et 6 au niveau haut. Leur valeur n'est pas critique (toute valeur comprise entre 10 kO et 1 MO convient très bien), mais privilégiez cependant une valeur faible (10 kO à 68 kO) si les interrupteurs sont déportés de quelques mètres.
Remarques :
- en gardant le même câblage, vous pouvez aussi utiliser des portes logiques de type NON-OU (NOR), par exemple celles d'un CD4001.
- le condensateur C1 de 100 nF garantit un état connu de la sortie des portes logiques lors de la mise sous tension. Si C1 est câblé en parallèle sur SW2, la sortie est à l'état bas à la mise sous tension. Pour disposer d'un état haut à la mise sous tension, câbler ce condensateur en parallèle sur SW1.

Bascule à CD4050

Difficile de faire plus simple que ce schéma... Un buffer non inverseur, une résistance et un condensateur.

Contacts ON et OFF : vous pouvez y placer des boutons poussoirs, mais vous pouvez aussi utiliser... vos doigts ! C'est ce qu'on appelle une commande par touche sensitive. L'établissement d'un contact entre les deux points ON fait passer la sortie à l'état haut, alors que l'établissement d'un contact entre les deux points OFF fait passer la sortie à l'état bas.

Bascule à NE555

Le célèbre "timer" NE555 peut aussi être utilisé en mode bascule si on le câble de la façon suivante. Les broches 5 (CV, contrôle en tension) et 7 (DC, sortie collecteur ouvert du transistor de décharge) ne sont volontairement pas câblées.

Pour comprendre comme fonctionne ce circuit, il faut savoir comment le NE555 est constitué en interne, et notament savoir que le circuit comporte un réseau de trois résistances d'égales valeur (3 x 5 kO) montées en pont diviseur résistif multiple créant deux tensions de référence égales à 1/3 et 2/3 de la tension d'alimentation (donc tensions de référence de 3 V et de 6 V pour une tension d'alim de 9 V). Le principe de la bascule décrite ici est de jouer avec ces seuils, en appliquant une tension de "bouleversement" soit supérieure au seuil 2/3, soit inférieure au seuil 1/3. Cette tension de "bouleversement" provient de la sortie même du circuit, on effectue en effet un "bouclage" entre la sortie principale du NE555 (broche 3) et les entrées Trigger et Threshold (respectivement broches 2 et 6) via le bouton poussoir SW1.

Evolutions possibles

Le schéma qui précède peut être agrémenté de quelques composants pour le rendre encore plus "opérationnel". Ce qui donnerait le schéma suivant.

Extensions possibles (options)

Etat au démarrage
Le premier schéma (le plus simple) peut présenter l'inconvénient de voir la sortie s'activer à la mise sous tension initiale. Pour éviter ce comportement et disposer d'une sortie inactive à la mise sous tension, on peut temporairement forcer les entrées Trigger et Threshold avec une impulsion positive. C'est ce que permet le triplet de composants R7, C2 et D2. A la mise sous tension (et en admettant que le montage ne vient pas d'être tout juste éteint), le condensateur C2 se comporte comme un court-circuit. Il se charge rapidement au travers de la résistance R7 et au bout d'un court instant il est chargé, ce qui fait que la tension sur son armature négative (point commun avec R7 et D2) devient quasi-nulle. Comme la cathode de la diode D2 est portée à un potentiel égal à +4,5 V (défini par le pont diviseur R2 et R3), cette diode est passante pendant le début de la charge de C2, puis se bloque une fois que la tension aux bornes de C2 à atteint environ la moitié de la tension d'alimentation. Une fois D2 bloquée, on peut considérer que C2 et R7 sont hors-circuit. Petite remarque : sans doute est-il possible d'obtenir le même résultat avec l'entrée Reset du NE555 (broche 4). Je vous laisse essayer...
Sortie de puissance
La sortie du NE555 peut attaquer sans problème une LED ou même un petit relais, mais si on lui demande quelques centaines de mA, il plie les genoux. Si le besoin d'un "fort" courant se fait sentir (gros relais, moteur, lampe à incandescence), vous pouver ajouter un transistor en sortie qui fait office d'amplificateur de courant. Ce transistor peut être un 2N2222 comme indiqué sur le schéma (courant collecteur max de 800 mA), mais vous pouvez aussi opter pour un plus costaud (toujours de type bipolaire NPN). A noter que la valeur de la résistance R5 (ici 2,2 kO) convient bien pour un transistor bipolaire de "petite puissance" qui réclame peu de courant de base, mais que cette valeur doit être revue à la baisse pour un transistor bipolaire plus costaud tel que le 2N3055 (pour le 2N3055, R5 doit faire quelques centaines d'ohms seulement). Si vous choisissez de mettre pour Q1 un transistor MOSFET, les deux résistances R5 et R6 peuvent être omises mais bien que conseillé pour certains types de MOSFET, ce n'est pas obligatoire. De toute façon, on ne prend pas l'habitude de mettre des composants là où ce n'est pas indispensable, n'est-ce pas ?

Même en ajoutant ces options, le circuit reste très simple à réaliser et est très fiable.

Bascules avec transistors

Les montages qui suivent se basent sur un principe qui a souvent été utilisé dans les diviseurs de fréquence d'orgues électroniques (diviseur par deux pour passer d'une octave à celle du dessous) ou pour permettre la bascule entre les fonctions "normal" et "effet" dans des pédales d'effet pour guitare.

Le système est composé de deux transistors qui se "rebouclent" et fonctionnent sur le principe de l'équilibre. A chaque fois qu'une impulsion négative (assurée ici par la pression du bouton-poussoir SW1) arrive sur la base des transistors via les condensateurs C2 et C3, le transistor qui était conducteur se bloque et celui qui était bloqué devient passant. Remarquez le câblage spécial de l'émetteur des deux transistors Q1 et Q2 : ces broches ne sont pas reliées directement à la masse, mais transitent par la diode D1. Sans cette diode, la fonction de bascule peut être plus aléatoire et la garantie du bon fonctionnement dépend plus des modèles de transistors utilisés. Le circuit commandé est ici matérialisé par une LED, qu'on pourra remplacer le cas échéant par un relais, transistor FET, porte analogique ou autre circuit de votre invention. Le schéma qui suit montre une variante, le principe reste le même.

La diode en série avec l'émetteur des transistors a disparu (chouette), et on en trouve deux autres dans le circuit de base (zut). Les deux condensateurs C3 et C4 ont disparu (chouette) et deux résistances R11 et R12 font leur apparition (...). Pour ceux qui n'aiment ni les diodes ni les résistances (je ne demande pas de justification) le montage suivant plaîra sans doute.

Notez que les valeurs de R3 et R5 sont volontairement différentes. Pourquoi ? Voilà une question intéressante... Peut-être pour créer un déséquilibre garanti à la mise sous tension ? Le schéma qui suit diffère légèrement de celui qui précède.

Voyez-vous en quoi, si on ne tient pas compte de la disposition des composants dessinés ? Oui en effet, on retrouve nos deux résistances de base R3 et R6, et quelques valeurs de composant ont changé. Mais pourquoi donc imaginer autant de variantes, quand on en a déjà une qui fonctionne bien ? Sans doute parce qu'il existe plusieurs époques dans notre échelle de temps, plusieurs concepteurs, plusieurs modèles de transistors, plusieurs tentatives de réduction de consommation d'énergie, plusieurs retours en arrière... enfin bon, la vie, quoi.

Remarque : ce type de montage, utilisé dans les pédales d'effet pour guitare, peut aisément être modifié pour fixer le mode de fonctionnement lors de la mise sous tension (Normal/Bypass ou Effet). Il suffit simplement d'augmenter un tout petit peu la valeur de la résistance collecteur de la branche qu'on veut voir "activée" à la mise sous tension (transistor correspondant en régime saturé). Par exemple dans le dernier schéma 001d, le fait d'utiliser une 68 kO pour R4 et une 56 kO pour R7, rend conducteur le transistor Q1 à la mise sous tension. Q2 étant dans ce cas bloqué, Q3 conduit et la LED s'allume. En faisant l'inverse (R4 = 56 kO et R7 = 68 kO), c'est la branche avec Q2 qui est "activée" à la mise sous tension, la LED est éteinte. Attention, je ne peux garantir que cette petite manoeuvre fonctionne toujours...

Historique

14/06/2015
- Ajout schémas de bascule avec paire de transistors (001c et 001d).
07/06/2015
- Ajout schémas de bascules avec paire de transistors (001 et 001b).
24/08/2014
- Ajout précision schéma bascule avec CD4011.
17/02/2013
- Ajout schéma et infos (améliorations possibles) sur bascule à CD4013.
16//10/2011
- Ajout bascule à NE555
11/07/2009
- Correction schéma bascule à base de CD4017 : l'entrée E (Enable) était reliée au +V au lieu d'être reliée à la masse. Merci à Daniel de m'avoir signalé l'erreur.