Electronique > Réalisations > Production sonore > Métronome 003
Dernière mise à jour : 18/04/2008Présentation
Ce métronome n'utilise que des composants classiques, aucun n'a besoin d'être programmé. Il est assez simple, un peu moins que le métronome 002 il est vrai. Il s'agit d'un modèle on ne peut plus classique d'un point de vue fonctionnalité : il produit des tops sonores et c'est tout. Pour un modèle plus évolué, avec balancier lumineux et choix de la signature rythmique, voir page Métronome 004, qui décrit un circuit à base de PIC 16F628A.Le schéma
Le schéma qui suit représente la totalité du montage.
Comme pour tout métronome, on utilise un oscillateur rectangulaire comme base de temps. Le plus simple que l'on puisse concevoir est sans doute celui mettant en oeuvre une porte NAND trigger de Schmit de type CD4093, à laquelle sont associée une résistance, un potentiomètre et deux condensateur (exemple). En plus du haut-parleur ou de la led (ou des deux) il va de soi. On peut aussi utiliser des portes NAND classique (CD4011), un NE555, deux transistors, ... Bref, tout ce qui oscille peut être mis à contribution. Alors quelle particularité offre celui décrit sur cette page ? Pas grand chose pour être franc, si ce n'est une grande stabilité, et une puissance sonore confortable. Stabilité due à deux principes : d'une part utilisation d'un condensateur d'assez faible valeur dans le circuit de la base de temps et non d'un condensateur électrochimique de forte valeur, et d'autre part stabilisation de la tension qui alimente l'oscillateur.
Oscillateur
L'oscillateur est basé sur un CD4060, qui comprend tout ce qu'il faut pour obtenir un signal rectangulaire avec seulement trois composants externes branchés sur les pattes 9, 10 et 11. Ici, nous comptons quatre composants car un potentiomètre est ajouté pour permettre de régler la vitesse des battements sonores, ce qui se révèle fort utile à l'usage. En plus de la partie interne du CD4060 qui peut être utilisée pour réaliser un oscillateur, on trouve une série de diviseurs par deux (des compteurs) que l'on met ici à profit pour passer d'une fréquence "élevée" et bien stable, à une fréquence basse qui constitue les tops auquels on doit s'accrocher pendant les répétitions.Générateur sonore
La version précédente de ce métronome ne comportait qu'un seul circuit intégré, le CD4060. La sortie utilisée pour générer les tops sonores attaquait le HP au travers d'un petit amplificateur en courant composé d'un unique transistor darlington BC517 (via un condensateur de liaison). Cela fonctionnait bien, mais mon fiston ne trouvait pas le son assez fort quand il jouait de la guitare, et le circuit ne lui était donc pas vraiment utile. J'ai donc revu ma copie, et au lieu d'envoyer un simple "changement d'état" sur le HP (petit clac sec), j'ai ajouté un monostable et un oscillateur BF. L'oscillateur BF produit un son audible dont la fréquence est de quelques centaines de hertz (entre le LA3 et le LA4, mais on peut choisir la note que l'on veut), et le monostable limite la production du son à une durée bien déterminée, de l'ordre de 50 ms à 100 ms environ, pour ne pas donner l'impression qu'on a affaire à une sirène d'alarme. Monostable et oscillateur BF sont construit autour des quatre portes NAND contenues dans U3, un CD4093. L'oscillateur BF est construit autour de la porte NAND U3:D, la fréquence du son émis est déterminé par la valeur de R4 et C3. Pour un son plus aigu, diminuer la valeur de l'un de ces composants. Le monostable quant à lui est construit à l'aide des portes NAND U3:A et U3:B, la constante de temps étant déterminée par la valeur de R3 et C2. Pour diminuer la durée du top sonore, diminuer la valeur de l'un de ces composants. L'amplificateur BF, construit autour de Q1 et Q2, est très simple du fait que l'on travaille avec des signaux numériques, et donc en tout ou rien. Cela n'empêche cependant pas de pouvoir ajuster le volume sonore en sortie HP avec le potentiomètre RV2, en faisant plus ou moins conduire le transistor Q2, qui travaille alors en régime linéaire. J'ai utilisé des 2N2222 mais pleins d'autres transistors NPN conviendront parfaitement.Stabilisation de la tension de l'oscillateur
La stabilisation de la tension est confiée à un régulateur de tension intégré de type 78L05, version 100 mA et en boitier plastique TO92 (petit frère du LM7805 en boitier TO220, version 1 A ou 1,5 A). Les deux circuits intégrés CD4060 et CD4093 sont alimentés en +5 V, qui est la tension de sortie du régulateur 78L05. La tension de 9V n'est finalement exploitée que pour l'alimentation en "PLOPs" du haut-parleur.Le proto
Réalisé sur plaque d'expérimentation sans soudure.
Les crêtes de courant sont produites durant les tops sonores, et "passent" avant le régulateur, directement depuis la pile. Il est possible d'ajouter un condensateur chimique de forte valeur (220 uF à 1000 uF / 16 V) en parallèle sur la pile, pour permettre un meilleur fonctionnement quand elle commence à s'user (la hauteur des tops sonores "glisse" moins). Je confirme que le 78L05 est amplement suffisant d'un point de vue courant à fournir, puisque les circuits CMOS de la série CDxxxx consomment vraiment très très peu de courant. Mais pour garder un fonctionnement correct même quand la tension de la pile descend à 6V, je vous conseille l'emploi d'un régulateur de tension +5V à faible tension de déchet (LDO, série LM340T ou autre). Si vous ne disposez que d'un régulateur classique genre LM7805, cela fonctionnera tout aussi bien, mais la consommation propre du régulateur, de quelques mA, s'ajoute à la consommation moyenne du montage et diminue un peu l'autonomie de la pile, qui devra dans tous les cas être de type alcaline. Si vous optez pour une pile rechargeable (accu), vous devrez impérativement utiliser un régulateur de tension à faible tension de déchet, car les accus format 6F22 (pile 9V rectangulaire) présentent.une tension "officielle" de 7,2 V (c'est toujours un peu plus quand elles sont neuves et bien chargées).
Dépannage
En cas de mauvais fonctionnement, il convient tout d'abord de vérifier la tension d'alimentation des deux circuit CMOS, qui doit être de +5V par rapport à la masse. Ensuite, il faut savoir si l'oscillateur du CD4060 oscille bien. Pour cela, placer une led (avec sa résistance de limitation de courant en série - entre 220 ohms et 1 KOhms) su la sortie Q11 (borne 1) du CD4060. La led doit clignoter plus ou moins vite en fonction du réglage de RV1. Si la led clignote bien, la retirer et la mettre sur la borne 4 du CD4093. Elle doit s'allumer brièvement à intervalles réguliers. Si elle ne s'allume pas, vérifier le cablage et la valeur de R3 et C2. Si elle s'allume, la retirer et la brancher sur la borne 10 du CD4093. Elle doit s'allumer en continu et s'éteindre brièvement à intervalles réguliers (c'est l'inverse du point vérifié précedement). SI tel est le cas, c'est l'oscillateur BF qui n'oscille pas, ou qui oscille à une réquence inaudible. Vérifier le cablage et la valeur de R4 et C3.Circuit imprimé
Non réalisé.Remarques et corrections
18/04/2008- C'est juste pour info : dans une version intermédiaire non publiée sur mon site, j'avais mis un seul transistor en sortie du générateur sonore, directement sur la borne 11 du CD4093 (avec la résistance série R5, tout de même). J'ai usé une pile 9V en quelques minutes, et ai d'abord pensé que la pile en question n'était pas fraîche. J'en ai donc pris une neuve, et même chose, durée de vie de la pile de quelques minutes seulement (je m'en suis rendu compte assez vite car le son changait de tonalité rapidement). J'ai cherché un petit moment, avant de me rappeler que la sortie de la porte U2:D était active au repos. Entre chaque top sonore, le HP recevait donc une tension continue permanente. Il tenait le coup, mais chauffait tout de même un peu. J'ai donc ajouté un petit transistor faisant office d'inverseur logique, devant celui attaquant le HP. J'aurais mis une led à cet endroit, je me serais immédiatement rendu compte de l'erreur, mais là, je n'avais pas vu que la membrane du HP restait en déplacement.