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Electronique > Réalisations > Temporisateur 008

Dernière mise à jour : 18/05/2014

Présentation

Ce temporisateur doté de quelques composants seulement permet de démarrer un appareil dès la mise sous tension et de l'arrêter automatiquement au bout d'un temps donné.



Qautre schémas sont proposés, tous basés sur l'emploi d'un NE555 :
- Schéma 008 : schéma de base qui permet juste d'allumer une LED, et qui peut par exemple être utilisé comme minuteur dentaire, avec autorisation de lacher la brosse à dent à la fin de la temporisation, fixée ici à 3 minutes.
- Schéma 008ab : idem version 008 mais ajustable entre 1 min et 5 min (par exemple pour insoleuse)
- Schéma 008b : schéma complété par un relais, pour une commande de puissance.
- Schéma 008cb : même principe que les deux premiers mais avec coupure forcée (anticipée) si le signal de commande disparaît.

Schéma 008

Que dire de ce montage, si ce n'est que la LED peut être remplacée par un petit relais (voir plus loin) ou par un opto-triac pour commander un appareil costaud ?

Déclenchement

Le déclenchement automatique à la mise sous tension est assuré par un changement d'état logique sur l'entrée 2 du NE5555. Ce changement d'état est assuré de façon "progressive" mais assez rapide, grâce au couple R2 / C2. En effet au moment même de la mise sous tension, l'entrée 2 est portée à un état logique bas car le condensateur C2 est déchargé. Au bout d'un certain temps (bref), le condensateur est chargé et l'entrée de déclenchement passe à l'état logique haut. La valeur à donner à R2 et à C2 n'est pas très critique, mais on peut observer un mauvais fonctionnement avec des valeurs trop faibles. Des bonnes valeurs semblent être 100 kO pour R2 et 100 nF pour C2, mais vous pouvez allez au-delà sans soucis. En dessous de ces valeurs, le bon déclenchement semble dépendre de l'origine (fabricant) du NE555. Je laisse donc les valeurs de 10 kO et 10 nF sur le schéma, pour vous laisser le loisir de cogiter et de faire des essais.

Durée de temporisation

La durée de la temporisation (T) est définie par la valeur des composants R1 et C1, selon la formule suivante :
T = R1 * C1 * 1.1
avec T en secondes, R1 en ohms et C1 en Farads.
Ici, on a donc
T = 750000 * 0.00022 * 1.1 = 181 secondes environ
Vous l'aurez vite compris, rien n'interdit d'utiliser des valeurs différentes pour R1 et C1... même pour aboutir à une même durée de temporisation ! J'ai en effet noté un certain degré d'allergie à l'utilisation de résistances de 750 KO. Si vous vous trouvez dans le contexte difficile de ne pouvoir mettre la main sur une telle valeur, rappelez-vous que deux résistances de 1,5 MO câblées en parallèle équivalent à une résistance unique de...

Relance de la temporisation

Il peut arriver dans certains cas que l'on ait besoin de relancer la temporisation sans pour autant devoir (ou pouvoir) remettre le circuit hors tension puis sous tension. Dans ce cas de figure, il suffit de décharger le condensateur C2 et de le laisser se recharger, pour produire une nouvelle impulsion de déclenchement sur la borne 2 du NE555. Le schéma montre que cela peut être fait par un simple bouton poussoir SW2 ajouté en parallèle sur C2. Ce poussoir peut aussi être remplacé par un transistor NPN (par exemple 2N2222) monté en commutation (émetteur à la masse, collecteur sur entrée 2 du 5555, et base - avec résistance série de limitation de courant - pour la commande, voir schéma 008c pour exemple). Si cela vous gêne vraiment de voir un poussoir câblé directement en parallèle sur le condensateur C2, vous pouvez ajouter une résistance de 47 ohms en série avec le poussoir, pour limiter le courant de décharge du condensateur. Dans le cas présent, je ne le fais pas.

Schéma 008ab

Légère variation pour obtenir une temporisation réglable, avec un temps minimum de 1 minute et un temps maximum de 5 minutes.



Reprise du premier schéma (008) avec remplacement de R1 par une résistance en série avec deux potentiomètres : un premier ajustable de 100 kO (RV2) pour fixer la durée minimale, un second "de tableau" de 470 kO (RV1) pour le réglage général. Procédure de réglage :
1 - mettre RV1 complètement à zéro (curseur côté ligne positive d'alimentation);
2 - ajuster RV2 pour avoir la durée minimale (ici 1 minute).
A noter que le condensateur C1 a lui aussi changé de valeur, on est passé de 220 uF à 470 uF. La durée max ne sera pas forcément de 5 minutes mais peut-être un peu plus car les condensateurs chimiques de forte valeur ont tendance à présenter une valeur supérieure à la valeur indiquée.

Schéma 008b

C'est le même que précédement, avec un relais en plus sur la sortie du NE555.

Ajout du relais

La LED D1 du premier schéma est conservée car elle est toujours pratique pour visualiser l'état de sortie du NE555. Surtout quand on a un doute sur le fonctionnement du relais qui est étanche et dont on ne voit pas les contacts, et qui de surcroit est silencieux. Mais attention, ce n'est pas parque cette LED D1 s'allume que le relais colle. Pour être sûr que le relais fait son boulot quand la sortie 3 du NE555 passe à l'état logique haut, il faut - au moins dans un premier temps - visualiser l'état des contacts travail / repos du relais. Ceci est assuré ici par l'ajout d'une seconde LED D5, qui s'allume quand le relais colle si elle est câblé sur le contact travail du relais (comme sur le schéma), ou qui s'allume quand le relais est au repos si elle est câblée sur le contact repos du relais. D'un point de vue protection du NE555, on retrouve une diode montée en inverse et en parallèle sur le relais (D4). Le rôle de la diode zener D2 de 2,7 V est d'abaisser la tension de sortie du NE555 à une valeur plus normale pour le relais utilisé ici, qui est un modèle 5 V. La chute de tension qu'elle introduit, additionnée à la chute de tension provoquée par la diode D3, provoque un abaissement de quelque 3,3 V, ce qui conduit au final le relais à réceptionner une tension proche de 5 V (la sortie du NE555 est un poil en dessous de la tension d'alim). La didoe D3 quant à elle apporte une protection supplémentaire au NE555. Elle n'est pas obligatoire pour certains 555 et est conseillée pour d'autres, alors autant la mettre (en toute franchise je ne l'ai pas toujours fait et si ça devait pêter à chaque fois je m'en serais rendu compte).

Choix du relais

Le schéma montre un exemple d'utilisation sous une tension d'alimentation de 9 V, avec un relais de type 5 V. La diode zener D2 permet d'abaisser la tension appliquée au relais. Vous pouvez aussi alimenter le montage par une tension supérieure de 1 V ou 2 V par rapport à la tension nominale du relais, par exemple tension d'alim de 13 V ou 14 V pour usage avec un relais 12 V. Dans ce cas, pas besoin de diode zener en série avec la sortie du NE555.
Contraintes à respecter dans tous les cas :

• la tension d'alim maximale du NE555 ne doit pas être dépassée.
• la bobine du relais ne doit pas présenter une résistance ohmique trop faible, pour que le courant débité par le NE555 reste en-dessous du maximum toléré. Essayez dans la mesure du possible de ne pas aller au delà de 50 mA, disons 100 mA au grand maximum. Un relais 12 V avec bobine 300 ohms convient car le courant engendré est de l'ordre de 40 mA. Si le relais est un gros modèle et que sa bobine demande un courant trop important, il faudra intercaler un transistor de commutation style 2N2222 qui lui accèpte sans problème 500 mA.
• dissipation dans la diode zener, si elle est présente : elle doit rester modérée, de quelques dizaines de mW. Avec l'exemple donné, le courant qui la traverse est de l'ordre de 40 mA, la dissipation de puissance est donc de l'ordre de 100 mW (2,7 * 0,04). Une zener 400 mW ou 500 mW est donc largement suffisante, mais vous pouvez aussi bien sûr utiliser un modèle 1,3 W.

Schéma 008c

Les schémas présentés ci-avant produisent une temporisation dont la durée est la même quelle que soit la durée du signal de commande. Mais que faire si on désire que la temporisation s'arrête avant l'heure dans le cas où le signal de commande disparait ? Deux solutions possibles au moins :

• Inhibition du temporisateur quand le signal de commande est absent. Dans ce cas la sortie du temporisateur est désactivée quand le signal de commande disparaît.
• Combinaison du signal de commande avec le signal de sortie du temporisateur au moyen d'une fonction ET. Dans ce cas la sortie du temporisateur reste active quand le signal de commande disparaît, mais on l'empêche d'aller plus loin.

Le schéma qui suit s'appuie sur la seconde méthode.



La porte logique U2:A qui est de type AND (ET) ne présente sur sa sortie (broche 3) un état logique haut que si ses deux entrées (broches 1 et 2) sont en même temps à l'état haut. Il faut donc bien remplir les deux conditions énoncées avant (signal commande actif et sortie du NE555 active) pour que la LED s'illumine. Pour ce qui est de la commande en elle-même, on trouve le transistor Q1 chargé de transmettre un signal "négatif" à l'entrée de déclenchement du NE555 (broche 2) via le condensateur "d'isolement" C2. Ce condensateur est là pour que la broche 2 du NE555 repasse bien à l'état logique haut même si le signal de commande subsiste. L'application d'un signal de commande est représenté ici par le bouton poussoir SW2 (tient, SW1 a disparu) mais il peut aussi s'agir d'un signal issu d'une porte logique ou d'un transistor monté en commutation. Il faut juste veiller à ne pas injecter un courant de valeur trop élevée dans la base de Q1 pour ne pas le faire griller.

Extensions possibles...

L'utilisation en "sablier dentaire" est intéressante mais il existe des enfants qui ont du mal à respecter les règles. Si vraiment vous ne trouvez aucune solution "amiable", vous pouvez associer ce minuteur à un générateur de haute tension qui délivre des décharges électriques à l'utilisateur, si ce dernier repose la brosse à dent avant la fin de la temporisation. Pour éviter tout effet d'accoutumance (l'individu peut vite établir le lien qui existe entre la décharge électrique et la dépose anticipée de la brosse à dents dans son support mural), vous pouvez aussi installer un détecteur de mouvement à infra-rouge passif qui analyse les mouvements de la brosse, et qui déclanche les décharges électriques en cas d'absence de mouvement pendant deux secondes consécutives.
Conseil : il est inutile de gonfler exagérement la durée de la temporisation au-delà des trois minutes réglementaires. Des études sérieuses ont en effet montré qu'une durée de brossage supérieure à trente minutes poussait l'enfant à s'endormir sur l'évier.

Prototype (schéma 008)

Réalisé sur une plaque sans trou, il a fallu que je les fasse moi-même un par un, avec un forêt carré. Vachement pratique.



Comme ça fonctionnait, je me suis dit que je pourrais peut-être dessiner un circuit imprimé. Mais j'ai renoncé devant la difficulté, et en plus il était l'heure de se brosser les dents.
 

Circuit imprimé

Non réalisé.



Ah si. Mais que pour la version 008 sans relais.
Tiens, en parlant de relais, je vous laisse le prendre.