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Temporisateur 013
Dernière mise à jour : 07/01/2024Présentation
Ce temporisateur délivre une "impulsion" de sortie dont la durée dépend d'une tension continue comprise entre 0 V et +10 V. Tension locale (potentiomètre monté en diviseur de tension) ou externe (commande depuis un autre équipement). Il ne fait appel qu'à des composants classiques qui ne nécessitent aucune programmation (vous pouvez toujours essayer de les programmer pour voir, mais je vous aurais prévenu). La linéarité tension de commande / durée est bonne, j'ai fait en sorte que la durée soit d'environ 10 secondes pour 10 V et 0 seconde pour 0 V, avec un centre à 5 secondes pour 5 V.Schéma
Le schéma qui suit est complet. Conformément à mes habitudes, les composants qui n'ont rien à voir avec le projet n'apparaissent pas.
Fonctionnement général
La durée de temporisation est une fois de plus liée à la charge d'un condensateur, ici C1. Il faut dire que cette bestiole, bien que pas toujours très précise (après tout elle n'a que deux pattes), est tout de même bien placée pour jouer ce rôle. Pour disposer d'une bonne linéarité entre tension de commande et durée d'impulsion, le condensateur est chargé sous un courant constant et non sous une tension constante. Nous verrons plus loin pourquoi nous n'en parlons pas maintenant.Temporisation
La durée d'activation de la sortie, qui correspond à la durée de temporisation, est définie par le temps que met un condensateur à atteindre une tension de consigne (tension de consigne qui n'est ni plus ni moins - et donc égale - à la tension de commande, notée Uref sur le schéma). Ici, avec les composants utilisés et avec RV1 correctement reglé, la tension aux bornes du condensateur augmente d'environ 1 V par seconde, ce qui permet d'obtenir nos fameuses 10 secondes en six fois moins de temps qu'il n'en faut pour obtenir une minute. La charge du condensateur C1 s'effectue sous courant constant grâce aux composants R1, R2, D1, D2 et Q1. La valeur du courant constant est déterminée par la valeur de RV1 qui se trouve dans le trajet D1, D2 et jonction B-E (base-émetteur) de Q1. Les deux diodes D1 et D2 sont polarisées dans le sens direct (passant) grâce à la résistance R1 de 4,7 kO, et un courant d'un peu plus de 2 mA les traverse sans préjudice à leur bonne santé. La tension (constante) que ce couple de diodes développe est voisine de 1,4 V (2 fois 0,7 V) et la tension (constante) au niveau de la jonction B-E de Q1 est voisine de 0,6 V. La tension (constante) aux bornes de RV1 est donc voisine de 0,8 V (1,4 V - 0,6 V). En conséquence, le courant qui circule dans RV1 est constant et dépend de la valeur du potentiomètre RV1 lui même. Tiens, profitons-en pour calculer les valeurs extrêmes du courant constant qui charge notre condensateur C1 :- courant minimum : quand RV1 est à son maximum (47 kO) => I = U / R = 0,8 (V) / 47000 (ohms) = 17 uA
- courant maximum : quand RV1 est à son minimum = 0 ohms => I = U / R = 0,8 (V) / 0 (ohms) = courant infini (des millions d'ampères, au moins).
Ah non, pas tout à fait car la résistance R2 limite tout de même la valeur du courant max à une valeur plus raisonnable, d'environ 10 mA. Ouf, j'avoue avoir eu un peu peur pour ma source de tension de 12 V. En gros on peut donc ajuster la valeur du courant de charge du condensateur à une valeur comprise entre 17 uA et 10 mA. Et si on adoptait, je ne sais pas moi... une valeur de 47 uA (RV1 voisin de 17 kO) ? Je dis ça au hasard, mais un prof que je connais et qui a horreur d'expliquer dans le détails ce qu'il fait, aurait probablement énoncé l'évidence suivante :
"Puisque le condensateur C1 vaut 47 uF, il faut un courant de charge constant de 47 uA pour disposer d'une tension de 1 V au bout d'une seconde."
Allez savoir ce qui passe par la tête des gens.
En fait je crois qu'il aurait voulu dire la chose suivante :
Uc(t) = (Ic * t) / C
Avec Uc(t) = tension (en volts) aux bornes du condensateur obtenue au bout du temps t (en secondes), Ic le courant de charge du condensateur (en Ampères) et C la valeur du condensateur (en Farad).
Uc(1s) = (0,000047 * 1) / 0,000047 = 1 V
Uc(4s) = (0,000047 * 4) / 0,000047 = 4 V
Uc(8s) = (0,000047 * 8) / 0,000047 = 8 V, etc
Enfin j'imagine un truc du genre, parce que moi et les maths...
Revenons à nos moutons et considérons donc ce fait acquis par les vrais gens de science : 1 V aux bornes de C1 au bout de 1 seconde de charge, 4 V au bout de 4 secondes, 10 V au bout de 10 secondes. Si on compare la tension de charge du condensateur avec une tension de consigne / commande / référence et qu'on fait en sorte qu'il se passe quelque chose quand la tension aux bornes du condensateur atteint et dépasse la tension de consigne, alors nous aurons réussi notre coup et la fête pourra battre son plein. Enchanté à l'idée de faire encore la fête, on sort de nos tiroirs un comparateur de tension, par exemple un LM311. Oh et puis non, pas un LM311 qui coûte environ 0,60 € alors qu'un LM393 coûte environ 0,30 €. Comment ? Il y a deux comparateurs de tension dans le LM393 et on en a besoin d'un seul ? Vous avez raison, allez acheter votre LM311. Si on peut utiliser un AOP comme le TL081 ou le LM741 comme comparateur de tension ? En voilà une question ! Euh... je vous laisse essayer. Tiens au fait, nous n'avons pas parlé du bouton poussoir SW1. Il sert à décharger brutalement C1 et à redémarrer une nouvelle temporisation. Astucieux, non ? La résistance R3 limite le courant de décharge de C1 à une valeur raisonnable (l'expérience précédente nous a inculqué les bonnes manières). Voilà, vous savez le principal sur ce petit bout de circuit, dont l'explication ne pouvait pas se trouver dans le paragraphe précédent puisqu'on la trouve déjà dans celui-ci.
Changement de la durée de la temporisation
La présence de RV1 n'est justifiée que par le fait que je cherchais à disposer d'une temporisation de 10 secondes pour une tension de commande de 10 V, avec une bonne précision. La durée de la temporisation est liée à la valeur de cette résistance (qui vous vous en souvenez définit la valeur du courant de charge) et par la valeur du condensateur C1. Un doublement de valeur de C1 conduira à une temporisation de durée double, pour une même tension de commande et pour un même réglage de RV1. Si la précision de la durée de temporisation n'est pas pour vous un critère important, vous pouvez remplacer RV1 par une résistance fixe (par exemple 18 kO ou 33 kO) et choisir le condensateur qui va bien. Exemples avec une tension de commande de 10 V :- C1 = 10 uF et RV1 = 18 kO (Ic = 0,8 / 18000 = 44 uA) => durée tempo de 2,3 secondes
- C1 = 100 uF et RV1 = 33 kO (Ic = 0,8 / 33000 = 24 uA) => durée tempo de 40 secondes
- C1 = 1000 uF et RV1 = 18 kO (Ic = 0,8 / 18000 = 44 uA) => durée tempo de 230 secondes (environ 4 minutes)
Rappelez-vous qu'un condensateur chimique (electrolytique) de forte valeur possède une tolérance (précision) assez faible. Ne soyez pas surpris d'obtenir une durée de temporisation supérieure à celle calculée.
Tension de consigne / commande / référence (Uref sur schéma)
Selon la position de l'inverseur mécanique SW2, la tension de référence provient :- soit du potentiomètre RV2 (inverseur SW2 en position haute comme montré sur le schéma), pour un réglage local
- soit du connecteur J1 de tension de commande externe (inverseur SW2 en position basse), pour un pilotage à distance.
La résistance R5 et la diode zener D3 de 12 V jouent un rôle de protection, pour que toute tension de commande externe qui dépasse la valeur de 12 V soit rabotée et n'endommage le circuit intégré U1 (qui pour rappel est hors de prix). Si vous êtes sûr de vous et des autres, vous pouvez supprimer ces deux composants. Si vous êtes sûr de vous et pas des autres, ...
Utilisation de la sortie
Nous y voilà. Ici une simple LED permet de mettre en évidence l'activation de la sortie du comparateur U1:A, qui est de type collecteur ouvert (on ne peut pas relier la LED entre la sortie et la masse, c'est comme pour la broche RA4 du PIC 16F628 qui n'a rien à faire ici). Tel que le montage est fait, la LED s'allume quand on met le montage sous tension ou quand on appuie sur le bouton poussoir SW1 (condensateur C1 déchargé). Au bout de la temporisation, la LED doit s'éteindre. Si ce n'est pas le cas, c'est qu'elle reste allumée.Choix du relais
Erreur de paragraphe, il n'y a aucun relais ici. Pourquoi n'en ais-je prévu aucun ? Bah comment voulez-vous que je sache que vous en vouliez un si vous ne le dites pas ! La sortie en collecteur ouvert du LM393 ne permet pas de disposer d'un courant suffisant pour attaquer directement un relais, à moins que la bobine de ce dernier se contente d'un courant de commande de 15 mA maximum. L'ajout d'un relais normal (pas de type basse consommation) impose donc l'emploi d'un transistor PNP additionnel faible puissance (2N2907 ou autre) avec une résistance de polarisation de base en supplément.
La LED n'est ici câblée que pour vérifier le bon fonctionnement du relais, utilisez les contacts mécaniques de ce dernier comme bon vous semble. Après tout, c'est vous les demandeurs.
Alimentation
Ce temporisateur est alimenté sous une tension de +12 V dont la provenance est de votre ressort. Vous pouvez aussi bien utiliser 8 piles LR6 (ou LR14 ou LR20) de 1,5 V câblées en série, 10 accus de 1,2 V, une batterie de 12 V ou une alimentation secteur. Attention, une batterie de 24 V sciée en deux ne donne pas toujours les résultats escomptés. Je ne conseille pas non plus l'usage de 5 blocs d'alimentation secteur de 2,4 V branchés en série (à cause de l'inévitable multiprise que cet agencement nécessite). Le montage peut aussi fonctionner sous une tension de +15 V ou de +18 V, il faut cependant adapter la valeur de R4 et R6 en conséquence. Si présence d'un relais (on ne sait jamais), faire ce qu'il faut pour qu'il ne grille pas (je ne sais pas moi, une zener 3 V ou 5,6 V / 1,3 W en série avec la bobine pour chuter le surplus de tension, par exemple).Circuit imprimé
Non réalisé. Il a bien fallu que je paye mes LM393.Historique
07/01/2024- Correction erreur schéma 013b. J'avais oublié une résistance entre la sortie collecteur ouvert de U1:A et le transistor Q2. Merci à Bernard L. de m'avoir signalé cet oubli.
06/01/2013
- Première mise à disposition.