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Générateur impulsions 007
Dernière mise à jour : 11/11/2012Présentation
Ce générateur permet de délivrer des impulsions de quelques us (micro-secondes) à quelques centaines de ms (milli-secondes), à l'aide d'un ou deux boutons poussoir. La subtilité de ce générateur réside dans le type d'impulsions délivrées : impulsions positives de +5 V ou impulsions négatives de -5 V, avec une source d'alimentation simple de 5 V. Ce circuit, constitué d'un circuit intégré (optionnel) et de quatre transistors, a été conçu pour télécommander une platine CD laser munie d'une entrée de télécommande nécessitant ce type de signaux (impulsion positive pour Start, impulsion négative pour Stop, rien du tout en absence de commande), depuis une table de mixage modifiée. Plusieurs schémas sont proposés :- schéma 007a : deux boutons poussoir, un pour l'impulsion positive, l'autre pour l'impulsion négative, impulsions de sortie calibrées en temps;
- schéma 007ab : deux boutons poussoir, simplifié par rapport au schéma 007a mais avec impulsions de sortie non calibrées en temps;
- schéma 007ac : petite variante de l'étage de sortie (transistors MOSFET en remplacement des transistors bipolaires);
- schéma 007b : un seul bouton poussoir, un premier appui produit une impulsion positive et un second appui produit une impulsion négative.
Pour le générateur d'impulsion en lui même, on fait appel à un simple monostable et pour cela plusieurs schémas peuvent convenir. Ici, le besoin de produire une impulsion de courte durée m'a poussé à utiliser un SN74123 (logique TTL), mais d'autres circuits sont utilisables, tels le timer NE555 ou le monostable CD4538 (logique CMOS) pour ne citer qu'eux (ces deux là seront en particulier plus adaptés pour des durées plus longues).
Schémas 007a, 007ab et 007ac
Montage avec deux boutons poussoir (un pour l'impulsion positive, l'autre pour l'impulsion négative).
Ce schéma peut être découpé en deux parties dans le sens vertical :
- moitié gauche constituée des boutons poussoir et des monostables du SN74123 (les deux sont dans un même boîtier);
- moitié droite avec transistors qui fournissent les impulsions positives ou négatives en sortie (sur la prise jack J1).
Principe de fonctionnement général
L'idée de départ est de disposer d'une impulsion positive de durée calibrée (grâce à un monostable) et de la fournir telle quelle ou avec sa polarité inversée. L'inversion de polarité peut être obtenue avec un relais ou avec des transistors, dans notre cas il est plus souple d'utiliser ces derniers pour des questions de bruit (mécanique), d'encombrement et de fiabilité dans le temps. Le plus simple pour comprendre comment le système fonctionne est de regarder à quels moments les transistors sont bloqués (fermés) ou passants (ouverts). Le premier constat qu'on peut faire est que les transistors sont commandés par paires : la base de Q1 et la base de Q2 sont reliées ensemble, et la base de Q3 et la base de Q4 sont reliées ensemble. La commande de ces deux paires de transistors Q1/Q2 et Q3/Q4 se fait au travers des résistances R4 et R5, qui limitent le courant de base dans chacun d'eux. Nous disposons de deux commandes individuelles logiques (Cde1 pour la première paire de transistors Q1/Q2 et Cde2 pour la seconde paire Q3/Q4), et de ce fait il y a quatre possibilités :| Cde1 (Q1/Q2) | Cde2 (Q3/Q4) | Q1 | Q2 | Q3 | Q4 | LED D3 | LED D4 |
| 0 (0 V) | 0 (0 V) | F | O | F | O | E | E |
| 0 (0 V) | 1 (+5 V) | F | O | O | F | A | E |
| 1 (+5 V) | 0 (0 V) | O | F | F | O | E | A |
| 1 (+5 V) | 1 (+5 V) | O | F | O | F | E | E |
Les transistors PNP (Q2 et Q4) conduisent quand la commande est un état logique bas, et les transistors NPN (Q1 et Q3) conduisent quand la commande est un état logique haut. Notez bien que pour la quatrième possibilité, on dispose d'une tension proche de +5 V sur les deux bornes du jack de sortie, ce qui correspond bien à un différentiel nul. La LED D3 (choisie de couleur rouge de façon arbitraire) s'allume en présence d'une impulsion de sortie positive, avec un potentiel plus élevé sur la broche centrale (tip) du jack de sortie, par rapport à sa broche de masse (qui en aucun cas ne doit être reilée à la masse du montage). La LED D4 (choisie de couleur verte) s'allume en présence d'une impulsion de sortie négative, avec un potentiel plus faible sur la broche centrale (tip) du jack de sortie, par rapport à sa broche de masse.
Durée des impulsions de sortie
Elle est définie par les couples RC de chaque monostable : R1 et C1 pour le monostable U1:A et R2 et C2 pour le monostable U1:B. Il existe une formule qui permet de connaître la durée des impulsions en fonction de la valeur de R et de C, mais comme mon allergie aux maths est toujours avérée et que la valeur des composants est rarement celle indiquée dessus (surtout pour les gros condensateurs), je préfère en rester aux approximations et dire que la formule qui suit donne une bonne idée de l'ordre de grandeur :T = 0,33 * R * C (T en ms, R en kO et C en nF)
Ici, avec R = 150 kO et C = 820 nF, on devrait avoir en gros :
T = 0,33 * 150 * 820 = 40590 us = 40 ms environ
Pour une impulsion plus longue, il faut augmenter la valeur du condensateur et éviter de monter la valeur de la résistance, car cette dernière est déjà au max autorisé pour un fonctionnement stable sur toute la plage de température spécifiée par le fabricant. Avec un condensateur de 10 uF (pôle positif sur le point commun RC), la durée s'allonge à une demi-seconde environ.
Version sans monostables
Si la durée de l'impulsion de sortie n'a pas d'importance, alors un mode entièrement "manuel" peut être obtenu en supprimant purement et simplement les deux monostables du SN74123 et en connectant les boutons poussoirs au +5 V au lieu de les relier à la masse, comme le montre le schéma 007ab.
Dans ce cas "l'impulsion" de sortie dure tant qu'on appuie sur l'un des deux boutons. Par rapport au schéma précédent, l'étage de sortie avec ses quatre transistors n'a pas bougé d'un poil.
Tension de sortie plus proche de 5 V ?
Avec ce type de montage et à cause de la tension de déchet des transistors bipolaires, la sortie ne délivre pas une tension de valeur exacte 5 V, mais plutôt une tension voisine de 4 V. Bien que le montage fonctionne avec une valeur délivrée de 4 V (on est encore dans la norme "TTL"), vous pourriez pour une raison ou une autre avoir besoin d'une tension plus juste (plus proche de 5 V). Pour cela, plusieurs solutions sont envisageables :- utilisation de petits transistors MOSFET, style BS170 et BS250;
- utilisation de relais électromécaniques (solution qu'on voulait éviter au départ);
- légère augmentation de la tension d'alimentation de l'étage de sortie, pour compenser les pertes dues aux transistors.
Je n'ai essayé aucune de ces solutions mais voici une base de départ possible avec des (petits) MOSFET (par exemple paires BS170 / BS250).
Notez que les transistors bipolaires NPN (2N2222) ont été remplacés par des MOSFET canal-P et que les transistors bipolaires PNP (2N2907) ont été remplacés par des MOSFET canal-N. Ce qu'on pourrait appeler "inversion des genres" n'est pas une erreur. Avec ce montage et dans l'hypothèse que je suis bien reveillé, on devrait disposer d'impulsions de sortie d'amplitude voisine de 4,8 V (en tout cas au moins supérieure à 4,5 V).
Schéma 007b
Montage avec un seul bouton poussoir fonctionnant en "bascule".Ce sera pour une autre fois, là je n'ai pas le temps ;-)
Si vous êtes dans l'urgence, voici deux conseils :
- pensez en même temps Bascule et monostable;
- respirez plus lentement.
Circuit imprimé
Non réalisé.Historique
11/11/2012- Première mise à disposition.