Electronique
> Réalisations
>
Jeux
de
lumière > Chenillard 017
Dernière mise à jour : 23/05/2010Présentation
Ce chenillard - que j'aurais aussi pu appeler clignotant trois voies - montre qu'il est possible, une fois de plus, d'obtenir un effet lumineux intéressant avec peu de composants très courants.
Il permet en effet d'allumer successivement 3 leds avec allumage et extinction progressifs, ce qu'on a bien du mal à imaginer possible quand on sait que le coeur du montage repose sur des portes logiques. La vitesse n'est pas ajustable de manière "continue" car il n'y a pas de potentiomètre dédié à cet usage, mais vous pourrez tout de même adopter la vitesse qui vous convient en changeant la valeur de quelques composants. Un effet lumineux similaire est obtenu avec le clignotant 001 à base de transistors.
Schéma
Le circuit est basé sur quelques portes logiques montées en série et en "boucle fermée".
Chaque "cellule" est constituée d'une porte logique (montée en) inverseuse, d'une résistance de forte valeur (R1, R2 et R3) et d'un condensateur (C1, C2 et C3). Au démarrage, tous les condensateurs sont déchargés et les entrées des portes logiques sont toutes à l'état logique bas (un condensateur déchargé peut quasiment être vu comme un court-circuit). Les sorties de ces mêmes portes logiques sont donc à l'état haut. De fait, les condensateurs se chargent au travers des résistances (R1 à R3) et il arrive un moment où leur charge (tension à leurs bornes) est suffisante pour être considérée comme un état logique haut. A cet instant, les sorties passent toutes à l'état logique bas et les condensateurs se déchargent aussi lentement que lors du cycle de charge. Il n'y a donc pas d'effet de "transmission d'effet" dans un premier temps, les trois leds s'allument et s'éteignent ensemble le temps d'un cycle. Puis les choses se mettent en place à partir du moment où un premier condensateur parmi les trois se trouve suffisament déchargé pour faire basculer la porte qui se trouve "devant" lui (au-dessous de lui sur le schéma), avant que les autres ne fassent de même. Comme la porte bascule, le condensateur suivant qui était en train de se décharger se charge. Et au bout d'un moment, ce comportement se retrouve décallé sur la porte suivante, le manège à démarré. Comme il y a une constante de temps pour le passage d'une porte à l'autre, les sorties changent successivement d'état. On dispose ainsi d'une sortie dont l'état logique est bas pendant que les deux autres sorties sont à l'état logique haut. Si on branche une led directement sur une sortie, tout se bloque car le courant absorbé par cette dernière vient perturber les cycles de charge et décharge des condensateurs. Il faudrait pour que le montage continue de fonctionner, utiliser des leds qui s'éclairent avec un courant de quelques uA, en série avec des résistances de très forte valeur. Plutôt que de courir après de telles leds, des transistors ont été ajoutés en "tampon" afin de prélever un courant minimal sur les sorties. Les résistances de base R7 à R9 ont une valeur tellement élevée (10 MO sur le schéma, 6,8 MO lors de mes tests) que le courant de base des transistors est tout riquiqui (environ 1 uA) et ne perturbe point les cycles de charge et décharge des condensateurs. Le gain des transistors choisis est très élevé car il s'agit de transistors darlington. On arrive donc à obtenir d'eux un courant de sortie suffisant pour alimenter des leds (en admettant qu'ils ont un gain de 10000, le courant circulant dans les leds peut atteindre 10 mA).
Prototype (le mien)
Réalisé sur plaque sans soudure avec des leds haute luminosité, et testé avec un CD4011 et un CD4093. D'un point de vue visuel, les différences ne sont pas énormes entre montage avec CD4011 et montage avec CD4093. Peut-être un poil plus progressif avec le CD4011.
Un circuit vraiment très simple avec des effets sympa, à voir la nuit !
Comme l'allumage et l'extinction des LED ne se font pas brusquement, on a droit à des mélanges de couleur lors des transistions. Mais pour être honnête, on ne voit les couleurs intermédiaires que dans une pièce sombre et si la vitesse d'oscillation n'est pas trop rapide, au point d'impact des flux lumineux (j'aime cette expression qui fait un peu guerre des étoiles). Les tests réalisés se sont appuyés sur des réseaux RC 1 M0 / 220 nF et avec ces valeurs c'est un peu limite. Je conseille une valeur comprise entre 150 nF et 680 nF pour les condensateurs C1 à C3 tout en conservant les résistances R1 à R3 à 1 MO, pour des variations assez lentes et agréables. Bien sûr, tout n'est question que de goût personnel, à vous de trouver ce qui vous convient.
Anecdote : J'ai essayé plusieurs valeurs de condensateur pour voir ce que cela donnait à différentes vitesses. J'ai eu une petite surprise quand laissant le montage sous tension j'ai retiré les 3 condensateurs de 220 nF d'origine pour les remplacer par des 680 nF. Je m'attendais à ce que le montage s'arrête d'osciller, mais que neni ! Un condensateur en moins et ça continuait de tourner, avec cependant une LED qui clignotait en tout ou rien et non plus en progressif. Soit, cela peut s'expliquer techniquement. Mais franchement, je ne m'attendais pas à ce que ça tourne encore lors du retrait du second condensateur. Deux LED clignotant en mode tout ou rien et une en mode progressif, avec une nette accélération du rythme général. Là encore, on peut trouver une explication. Et devinez voir un peu ce qui s'est passé quand j'ai retiré le troisième condensateur... Je ne serai pas surpris de lire un jour sur le net une remarque du genre "pfff, quel amateur ce SonelecMan ! Evidement que ça continue d'osciller même sans les trois condensateurs. Il n'a même pas pensé au temps de propagation des signaux électriques dans les portes logiques...".
Prototype de Simon D.J.
Simon aussi aime les jeux de lumière. Il ne me l'a pas dit ouvertement mais je le devine.
Je ne sais pas si cette réalisation est destinée à un habitacle voiture, mais ça pourrait bien en prendre le chemin...
Montage de Simon en action visible sur sa vidéo YouTube.
Simulation du montage
J'ai effectué la simulation du montage (après montage pratique) pour voir ce que l'on pouvait déceler comme différence visible entre montage avec CD4011 et montage avec CD4093. Les graphes suivants montrent les résultats de simulation.
Franchement, on voit bien des différences dans les formes de courbe mais visuellement (sur le proto) les différences ne sont pas flagrantes. Il faut rappeler en effet que les LED sont alimentées ici sous une tension variable et non sous un courant variable (même si évidement le courant est fonction de la tension) et les variations de luminosité ne sont pas linéaires ni dans un cas ni dans l'autre. En conclusion, prenez le premier circuit intégré qui vous passe sous la main.
Remarques
- Les courbes ont cette forme à la mise sous tension (temps zéro) car j'ai indiqué au simulateur que seul le condensateur C1 était déchargé à la mise sous tension. Dans la pratique, la tension est nulle aux bornes des trois condensateur quand on met le montage sous tension. Si je ne faisais pas comme ça, la simulation refusait de démarrer (un classique avec les oscillateurs trop parfaits).- L'oeil attentif aura remarqué qu'il existe un déphasage de 120 degrés entre une sortie et la suivante. C'est justement ce que j'ai cherché à faire mais avec des sinusoïdes dans mon générateur triphasé 002. De là à dire que ce circuit pourrait servir pour autre chose qu'allumer d'innocentes LED...