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Mesures > Indicateur à fenêtre 002
Dernière mise à jour : 09/05/2010Présentation
Ce montage permet de confirmer la valeur d'une tension à surveiller dans une plage de tensions donnée. Il est doté de deux seuils distincts, un seuil bas et un seuil haut. Selon le câblage adopté (explication dans le texte qui va suivre), la signalisation (allumage d'un voyant ou activation d'un relais) aura lieu :- soit quand la tension à surveiller est dans la plage comprise entre le seuil bas et le seuil haut (dans la fenêtre);
- soit quand la tension à surveiller est inférieure au seuil bas ou supérieure au seuil haut (hors fenêtre).
Le montage fait appel à un double comparateur de tension de type LM393 bien distribué et très bon marché (30 centimes d'euro). La conception de ce circuit fait suite à la demande d'un internaute pour la surveillance de charge d'un accu de type Lypo. Les seuils de tension choisis sont en rapport direct avec sa demande, mais ils peuvent être modifiés à volonté pour un autre usage.
Schéma
Dans le principe, le montage est très simple. Mais il a fallu que je le
complique un peu pour le rendre plus rigolo.
Principe de fonctionnement
Le principe repose sur l'utilisation conjointe de deux comparateurs de tension associés à un pont diviseur résistif à trois résistances. La tension Vin appliquée sur le connectuer J1 correspond à la tension à surveiller. Un des comparateurs "regarde" si la tension appliquée sur l'entrée Vin se trouve sous un seuil défini comme seuil bas (Vref1 sur le schéma), et l'autre comparateur surveille si la même tension Vin se situe au-dessus d'un seuil spécifié comme seuil haut (Vref2). La largeur du fenêtrage dépend de l'écart de tension entre les deux seuils haut et bas. Dans le schéma proposé, la tension mesurée doit être comprise entre +12,35 V (Vref1) et +15,5 V (Vref2) pour que la led verte D4 s'allume ou que la led rouge D3 s'éteigne.Régulateur de tension +8 V
Pourquoi donc un régulateur de tension +8 V pour alimenter les comparateurs de tension et le pont diviseur principal ? Parce que les tensions de seuils ne doivent pas trop bouger en fonction des conditions ambiantes. Vous pouvez adopter n'importe quelle autre tension, du moment que les comparateurs de tension la supportent sans broncher (n'essayez pas avec du 48 V). Du fait même que les tensions de seuils ne peuvent pas excéder +8 V, on a recours à une astuce : on utilise des tensions de seuils trois fois plus basse que celles requises, et on divise par trois la tension à surveiller. On conserve ainsi les mêmes rapports et tout le monde est content. La tension d'alimentation générale appliquée à l'entrée du régulateur de tension, peut aller de 11 V à 18 Vsans aucun problème.Mode d'affichage
Vous noterez sur le schéma la présence de deux leds, la rouge D3 et la verte D4. Ces deux leds ne peuvent pas être câblées en même temps. L'utilisation de l'une ou l'autre dépend du mode d'affichage que vous souhaitez :- D3 (rouge) s'allume quand la tension d'entrée Vin est hors fenêtre. Elle est éteinte quand Vin est comprise entre +12,35 V et +15,5 V.
- D4 (verte) s'allume quand la tension d'entrée Vin est dans la fenêtre. Elle est éteinte quand Vin est inférieure +12,35 V ou supérieure à +15,5 V.
La led rouge sera donc choisie si vous voulez montrer que quelque chose ne va pas, et la led verte sera préférée pour montrer que tout est en ordre. Bien sûr, rien ne vous empêche d'adopter une philosophie de fonctionnement inverse et intervertir les deux leds, en partant du principe qu'il y a problème si la tension à surveiller se situe dans la plage centrale de valeur (entre Vref1 et Vref2).
Que se passe-t-il si on branche les deux leds D3 et D4 en même temps ?
Rien de grave, la led D3 (rouge) reste allumée en permanence alors la led D4 joue son office. Ce comportement est lié au passage direct du courant de la led D3 dans la jonction base-émetteur du transistor Q1.
Choix des tensions de seuil
Comme vu précédement, les tensions de seuil sont fixées à +12,35 V pour le seuil bas et à +15,5 V pour le seuil haut. Toute autre tension de seuil est possible tant qu'elle reste dans la plage 0 V à 8 V, qui est la tension appliquée aux bornes du diviseur de tension R1 / R2 / R3. La méthode de calcul nécessaire pour connaitre la valeur à donner à ces trois résistances est donnée à la page Diviseurs résistifs, aux paragraphes "Le diviseur de tension multiple" et "Calcul des résistances pour un diviseur de tension multiple". Je vous invite donc à vous documenter de ce côté. Attention, rappelez-vous que la tension d'entrée est divisée par trois avant d'être comparée aux deux seuils, ceci grâce (ou à cause) de la présence du pont diviseur simple constitué de R4 et R5 (décidement il y a des ponts diviseurs partout). Allez, je ne suis pas vache et je vais vous donner un exemple pratique. Essayons donc de calculer les résistances R1, R2 et R3 pour les deux tensions de seuil +12,35 V et +15,5 V... Pour simplifier les formules qui suivent, convenons des choses suivantes (le choix est arbitraire pour Rtot, et la valeur "8" donnée à "V" correspond à la tension régulée appliquée à la totalité du pont diviseur) :Rtot = R1 + R2 + R3 = 100 kO
Rtot / V = 100000 / 8 = 12500
Calculons d'abord la valeur de R1, pour obtenir notre tension de référence la plus élevée Vref2 qui est égale à +15,5 V. Une fois la valeur de R1 connue, nous calculerons R2 en fonction de la tension de seuil Vref1 désirée qui est de 12,35 V. Et une fois la valeur de R2 connue, la valeur de R3 sera automatiquement déduite des deux autres.
R1 = Rtot - (Vref2 * Rtot / V) = 100000 - ((15,5 / 3) * 12500) = xxx
R2 = (Rtot - R1) - (Vref1 * Rtot / Ve) = 62000 - ((12,35 / 3) * 40000) = xxx
R3 = (Rtot - R1 - R2) = xxx
Les valeurs de résistances ainsi calculées ne sont pas arrondies. Je vous laisse choisir les bonnes combinaisons qui vous donneront le plus de précision sur les résultats attendus.