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> Détecteur toucher (Touch Control) 006
Dernière mise à jour : 02/05/2010Présentation
Le détecteur décrit ici permet de signaler le toucher d'une pièce métallique de petite ou moyenne dimension. Il est construit avec des composants courants, dont la plupart n'a pas une valeur très critique. Le principe de fonctionnement repose sur l'emploi d'un oscillateur HF (haute fréquence) à transistor, qui fonctionne tant qu'on le laisse tranquille. En touchant une partie bien précise du montage, le fonctionnement de l'oscillateur est remis en cause, celui-ci s'arrête de fonctionner et c'est ce dysfonctionnement qu'on détecte et met en évidence. Tel que décrit ici, la led connectée en sortie du montage s'allume en temps normal (oscillateur en fonctionnement) et s'éteint sur détection toucher (oscillateur arrêté). L'ajout d'un transistor supplémentaire en sortie permet d'inverser cette logique de fonctionnement si le besoin s'en fait sentir.Schéma
Deux élements font peur dans ce schéma : la self et le
condensateur ajustable. Et bien vous savez quoi ? J'ai réussi à m'en
passer complètement.
Principe général de fonctionnement
Un oscillateur HF délivre un signal... HF qui est redressé par des diodes et condensateurs pour en obtenir une tension continue de quelques volts. Cette tension continue permet de saturer un transistor et d'indiquer par le biais d'une LED que le système fonctionne (oscille) bien. Quand l'oscillateur HF est bloqué (détection toucher), le signal périodique HF ne peut plus produire de tension continue après redressement, puisqu'il n'existe plus. Le transistor qui était saturé et qui allumait la LED se bloque donc et la led n'a rien à faire d'autre que de s'éteindre.Oscillateur
Il est construit autour de Q1, qui est un transistor petite puissance. Plein de modèles de transistor peuvent convenir pour ce genre d'application, mais voici ceux que j'ai essayés avec succès : BC107, BC108, BC548, 2N2222, 2N2369. La fréquence d'oscillation est principalement déterminée par la valeur données aux composants L1, C2 et VC1, mais les autres composants (jusqu'à la base de Q2) et l'environement physique jouent également un peu. Les deux composants les plus impliqués sont bien L1 et C2. Le condensateur variable VC1 permet d'entretenir l'oscillation par couplage entre émetteur et collecteur de Q1. Je l'avais prévu au début pour permettre un réglage de la sensibilité du montage, mais il s'est avéré à l'usage que le fait qu'il soit ajustable ne servait pas à grand chose. Et je l'ai remplacé par un condensateur fixe de valeur "moyenne" 47 pF.Pour ce qui est de la bobine L1, j'avais commencé par essayer quelques selfs bobinées sur des supports plastiques ou sur des résistances de forte valeur, et j'ai aussi fini par la remplacer par une self fixe de 0,27 uH que l'on trouve toute faite dans le commerce et qui ressemble à une banale résistance. Vous rendez-vous compte ? Les deux composants "bête noire" (self et condensateur ajustable) ont disparu et le montage fonctionne très bien sans eux.Fabrication de la bobine
Est-ce bien utile ? Oui, si vous avez envie d'expérimenter, ce que j'espère. Après tout, si vous avez un peu de fil électrique dans un coin de tiroir, c'est une excellente occasion d'en faire quelque chose. Attention, la ficelle de cuisine ne donnera pas de bons résultats (je n'ai pas essayé à vrai dire, mais j'ai comme qui dirait un drôle de pressentiment). Si vous décidez de construire vous-même la self L1, bobinez entre 30 et 50 spires de fil en cuivre émaillé 3/10 mm sur un support plastique de diamètre 6 mm avec ou sans noyau ferrite. Si vous n'avez pas de support plastique, utilisez donc un crayon de papier comme support temporaire. Vous aurez au final une self à air mais comme ça fonctionne aussi comme ça...Fabrication du condensateur ajustable
Il est rare que l'on ait besoin de construire soit même un condensateur ajustable, mais je l'ai déjà vu faire dans le monde professionnel, avec deux bouts de fils torsadés. Chut... c'est un secret de fabrication ! Soit vous en achetez un tout fait, soit vous faites comme moi et vous vous contentez d'un condensateur fixe de quelques dizaines de pF (15 pF à 56 pF). Et si votre maquette ne fonctionne pas du premier coup, et bien tant mieux car ça vous obligera à essayer d'autres valeurs de composants.Redressement et filtrage
On se croirait dans une alimentation secteur ! A votre avis, y a-t-il des points communs entre ce montage et un redressement / filtrage d'alimentation secteur ? Allez, n'ayez pas peur de répondre. Oui, on travaille avec la même philosophie, celle de transformer une tension alternative en tension continue. Sauf que la fréquence des signaux mis en jeux n'est pas du même domaine. Dans une alim secteur on travaille à la fréquence de 50 Hz, alors que là on fonctionne à plusieurs MHz. Le transistor Q2 fait office de "tampon isolateur" entre l'oscillateur et le redressement à diodes. Si on branchait le redresseur à diodes directement en sortie de l'oscillateur, ce dernier aurait vraiment très très peu de chance de fonctionner car il serait trop "chargé". Quand un signal HF est appliqué à la base de Q2, ce transistor le reproduit sur son collecteur avec plus de "force", et l'oscillateur n'est pas (trop) perturbé car le prélèvement se fait sous une impédance assez élevée pour ne pas trop charger la mûle. En sortie du redresseur, c'est-à-dire aux bornes de R8 et C6, on recueille une tension continue largement suffisante pour faire conduire le transistor Q3 monté en commutation. La résistance R9 permet de limiter le courant de base à une valeur non destructrice.Utilisation en interrupteur marche / arrêt
Tel quel, le montage s'arrête d'osciller quand on touche le point TS1, et se remet à fonctionner dès qu'on ne le touche plus. Il est possible d'avoir un fonctionnement de type marche / arrêt plutôt que ce fonctionnement de type momentanné, en ajoutant en sortie une bascule de type D montée en diviseur par deux. C'est ce que j'ai déjà fait par exemple pour le détecteur de toucher 005, schéma 005b, vous pouvez vous resservir de cet ajout pour le montage décrit ici.Réglages
Des réglages ne seront nécessaires que si vous avez décidé de conserver le condensateur ajustable ou si la self possède un noyau que l'on peut enfoncer plus ou moins au centre de ses spires. Dans le cas contraire, rien à faire si ce n'est prier pour que ça fonctionne du premier coup. Mais de vous à moi, j'ai remarqué que plus on priait et moins on avait de chance que ça fonctionne du premier coup. Curieux, non ?Prototype
Réalisé sur plaque d'expérimentation sans soudure, bien pratique pour essayer plein de valeurs de composants différentes. Le transistor Q1 oscillant est celui le plus à gauche, on le voit mieux sur la seconde photo. Sur la troisième photo, je le touche, ce qui a pour effet d'éteindre la LED.
En fonction des valeurs de condensateur et self utilisées, l'extinction est immédiate ou progressive tout en restant rapide. Mais dans tous les cas le fonctionnement est franc. J'ai essayé quelques selfs parmi celles visibles sur les photos ci-après, la dernière photo montre la self moulée de 0,27 uH en forme de résistance que j'ai utilisé en dernier.
La fréquence d'oscillation relevée sur mon proto avec VC1 = 47 pF (condensateur fixe) et L1 = 0,27 uH était de 30 MHz environ. Relevé fait à l'oscilloscope avec sonde 1/10 (l'oscillateur se bloquait si la sonde était en position 1/1) sur le collecteur de Q1.
La bêtise (ou l'idée) du jour
Je me demande ce qui se passerait si je reliais une antenne de 10 à 20 cm sur le collecteur de Q1...Ca ne fonctionne pas ?
Première chose à faire, ne pas paniquer car les voisins ne comprendraient pas forcement. Avez-vous remarqué les valeurs de composants entre parenthèses sur le schéma ? Ce sont les valeurs maximales vers lequelles vous pouvez tendre. Bien entendu il n'y a pas d'interdiction d'aller au-delà, mais il me semble inutile d'aller trop loin en plusieurs points en même temps. Une bonne méthode consiste à (re)vérifier le montage, une erreur est toujours possible. Moi-même étais tellement pressé de faire le proto que j'en avais oublié trois résistances autour de Q1. Véridique ! Si vous ne voyez aucune erreur, cela ne veut pas dire qu'il n'y en a pas... reposez-vous un peu et reprenez le montage sept ou huit ans après. Ca permet de décanter.Une fois le montage à nouveau sous les yeux, modifiez la valeur d'un seul composant à la fois, il peut arriver qu'une combinaison de plusieurs valeurs ne soit pas une combinaison gagnante. Je vous invite à essayer différentes valeurs pour VC1 (si vous l'avez remplacé par un condensateur fixe), C2 et L1. Il y a en effet plus de chances qu'un disfonctionnement soit localisé sur l'oscillateur que sur la section redressement. Ne négligez pas non plus l'hypothèse d'un composant deffectueux, cela arrive parfois, surtout si plusieurs composants viennent de récupérations diverses.