interrupteur crépusculaire :
En lisant la description du schéma électrique et de ses fonctions, vous comprendrez comment utiliser pratiquement un générateur de courant constant, un “trigger” de Schmitt et une photorésistance.
Ce circuit peut être utilisé pour allumer automatiquement les lumières d’une allée, d’une villa ou de son jardin quand la nuit descend et pour les éteindre au petit matin. Bien entendu, chacun trouvera l’utilisation qui lui convient.
La lampe LP1 s’allume lorsque le relais est relaxé et s’éteint quand il est excité. LP2,
en revanche, s’allume quand le relais est excité et s’éteint quand le relais est relaxé.
Figure 195 : Schéma électrique de l’interrupteur crépusculaire.
Le schéma électrique :
Vous le trouverez à la figure 195. Le premier amplificateur opérationnel IC1-A et le transistor TR1 sont utilisés pour obtenir un générateur de courant constant en mesure de fournir à la sortie un courant de 0,002 A, soit 2 mA.
Pour connaître la valeur de la tension Vin à appliquer sur l’entrée non-inverseuse, quand on utilise pour R1 une résistance de 2 200 ohms et pour R2 une résistance de 10 000 ohms, nous devrons nous servir de la formule :
Vin = [Vcc : (R1 + R2)] x R2
Si nous alimentons le circuit avec une Vcc de 12 V, la valeur de la tension Vin sera de :
[12 : (2 200 + 10 000)] x 10 000 = 9,836 V
En connaissant la valeur de R3 appliquée sur l’émetteur de TR1, soit 1 000 ohms, nous pourrons connaître quel courant débite le générateur, en nous servant de la formule :
ampères = (Vcc – Vin) : R3
où
Vcc = volts d’alimentation de l’amplificateur opérationnel,
Vin = volts appliqués à l’entrée non-inverseuse,
R3 = valeur en ohms de la résistance d’émetteur.
Nous aurons donc :
(12 – 9,836) : 1 000 =
0,0021 A, soit 2,1 mA.
Ce courant est appliqué à la résistance R4 de 4 700 ohms et à la photorésistance FR1. Quand la photorésistance est dans le noir, elle présente sa résistance maximum, environ 1 000 000 ohms, soit 1 mégohm. Par conséquent, la valeur du circuit parallèle FR1 + R4 est de :
ohms du circuit parallèle = (FR1 X R4) : (FR1 + R4)
Si nous faisons l’opération, nous obtenons la valeur de 4 678 ohms.
Si la photorésistance est éclairée par une lumière moyenne, sa résistance ohmique descend sous la valeur de
50 000 ohms environ. Par conséquent, la valeur ohmique du circuit parallèle FR1 + R4 est d’environ
4 296 ohms.
Si la photorésistance est éclairée par une lumière intense, sa valeur ohmique descend sous 100 ohms environ. Par conséquent, la valeur ohmique du circuit parallèle FR1 + R4 est d’environ 98 ohms.
Essayons maintenant de calculer quelle tension est présente aux bornes du circuit parallèle FR1 + R4 pour les trois valeurs calculées ci-dessus, c’est-àdire 4 678, 4296 et 98 ohms, en nous servant de la formule :
volts = ohms x ampères
Etant donné que le générateur de courant constant débite 0,0021 A, nous obtenons les tensions ci-dessous :
FR1 dans l’obscurité : 4 678 x 0,0021 = 9,82 V
FR1 en lumière moyenne : 4 296 x 0,0021 = 9,02 V
FR1 en lumière maximum 98 x 0,0021 = 0,20 V
Pour exciter un relais quand la lumière baisse et le relaxer quand elle augmente, nous devons utiliser un second amplificateur opérationnel fonctionnant en “trigger” de Schmitt à seuil réglable.
Ce second amplificateur opérationnel, IC1-B, se trouve à l’intérieur du LM358 (figure 198).
Comme le montre le schéma électrique (figure 195), la tension présente aux bornes de FR1 + R4 est appliqué à l’entrée inverseuse de IC1-B. Sur l’entrée opposée, non-inverseuse, est appliquée la tension prélevée sur le curseur du trimmer R6.
Si nous tournons le potentiomètre vers la résistance R5, nous envoyons à l’entrée non-inverseuse une tension de 10,2 V environ. Si nous le tournons vers la résistance R7, nous envoyons à l’entrée non-inverseuse une tension de 0,45 V environ.
Comme nous l’avons expliqué dans le chapitre consacré au “trigger” de Schmitt, sur la broche de sortie de cet amplificateur opérationnel deux tensions différentes peuvent être présentes :
0 V = quand la tension à l’entrée inverseuse est supérieure à celle présente sur l’entrée non-inverseuse. Rappelons que 0 V signifie broche de sortie courtcircuitée à la masse.
12 V = quand la tension à l’entrée inverseuse est plus faible que celle présente sur l’entrée non-inverseuse.
En pratique nous obtiendrons une tension positive de 11 V seulement.
Rappelons maintenant comment varie la tension aux bornes de FR1 + R4 lorsque la lumière varie :
- quand la lumière augmente, la tension sur l’entrée inverseuse diminue
- quand la lumière diminue, la tensionsur l’entrée inverseuse augmente.
Admettons que la photorésistance reçoive une lumière assez forte pour qu’il y ait aux bornes de FR1 + R4 une tension de 6 V et que le potentiomètre R6 soit réglé pour qu’une tension de 6,5 V atteigne l’entrée non-inverseuse. Etant donné que la tension présente à l’entrée inverseuse est plus faible que celle présente sur l’entrée non-inverseuse (6 V contre 6,5 V), on trouvera sur la broche de sortie une tension positive de 11 V environ.
Si la lumière éclairant la photorésistance diminue, la tension aux bornes de FR1 + R4 passe de 6 V au-delà de 7 V. Etant donné que la tension présente sur l’entrée inverseuse est plus élevée que celle présente à l’entrée non-inverseuse (7 V contre 6,5 V), on trouvera sur la broche de sortie une tension de 0 V.
Nous l’avons dit déjà, quand une tension de 0 V est présente sur la broche de sortie de l’amplificateur opérationnel IC1-B, cette broche doit être considérée comme court-circuitée à la masse et, comme à
cette sortie est reliée la résistance R10, elle polarise la base du transistor PNP TR2, lequel, commençant à conduire, excite le relais relié au collecteur.
Quand une tension positive de 11 V est présente sur la broche de sortie de l’amplificateur opérationnel IC1-B, le transistor TR1 étant un PNP, il ne conduira pas et, par conséquent, le relais restera relaxé.
Pour faire fonctionner cet interrupteur crépusculaire, il est nécessaire de tourner le trimmer R6 jusqu’à la relaxation du relais en présence de lumière. Si l’intensité lumineuse baisse, le relais s’excite immédiatement et, donc, ses contacts peuvent servir d’interrupteur pour allumer des lampes extérieures. Quand la lumière
augmente, automatiquement le relais est relaxé et les lampes s’éteignent. Le trimmer R6, réglant la tension arrivant à l’entrée non-inverseuse, permet de déterminer à partir de quel niveau de lumière nous voulons que le relais soit excité (et les lampes allumées).
Le circuit est alimenté en 12 V, à prélever sur n’importe quelle alimentation secteur. La diode DS1 en série sur le positif du 12 V est une protection pour ne pas détruire circuit intégré et transistor en cas d’inversion de polarité. La LED DL1, en parallèle avec l’enroulement du relais, sert de témoin lumineux pour indiquer que le relais est excité.
Figure 196 : Photo d’un des prototypes de l’interrupteur crépusculaire.
La réalisation pratique :
Dès que vous êtes en possession du circuit imprimé, vous pouvez commencer à monter tous les composants en suivant bien le schéma d’implantation de la figure 197.
Dans les deux trous situés près de R2, insérez un morceau de fil de cuivre dénudé pour constituer un “strap”
reliant les deux pistes. Sans cela le circuit ne fonctionnera pas.
Ensuite, placez le support du circuit intégré IC1 dans le bon sens et soudez-le. Puis soudez toutes les résistances en prenant garde de ne pas les intervertir (repérez-les auparavant à l’aide de leurs bagues colorées). Placez le trimmer R6, la diode DS1 (bague vers la droite) et la diode DS2 (bague vers la gauche), comme le montre la figure 197. Insérez les trois condensateurs polyesters puis les trois condensateurs
électrolytiques en contrôlant bien leur polarité (le – est sérigraphié le long d’une génératrice du cylindre et la patte la plus longue est le +). Montez alors les deux transistors : le méplat de TR1 est à orienter vers IC1 et celui de TR2 vers le haut. Insérez le relais, les quatre borniers, la LED DL1 (attention à la polarité, voir figures 197 et 198 : la patte la plus longue est l’anode A) et en bas à gauche la photorésistance (cette dernière tolère une longueur de fil de plusieurs mètres).
Quand toutes les soudures sont exécutées, insérez le circuit intégré dans son support, repère détrompeur en U vers le bas.
N’oubliez pas d’insérer un “strap”, patiquement parrallèle à R2, pour relier les deux pistes
(une chute de queue de composant fera l’affaire).
Figure 197a : Schéma d’implantation des composants de l’interrupteur crépusculaire.
Les réglages :
Le circuit d’alimentation des lampes étant indépendant du circuit d’alimentation du montage, il est possible de brancher des lampes en 220 V dans les deux borniers de droite et d’appliquer au bornier du haut (alimentation des lampes) la tension du secteur 220 V. Néanmoins, pour d’évidentes raisons de sécurité, nous vous conseillons, au moins pour vos essais, d’utiliser des lampes basse tension de 12 V et d’appliquer au bornier une tension continue de 12 V.
Avec de la basse tension, vous pourrez toucher accidentellement le circuit imprimé avec les mains. Si vous l’alimentez avec le secteur 220 V et que vous faites une fausse manoeuvre, vous encourez simplement… le risque d’électrocution !
Figure 197b :
Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’interrupteur crépusculaire
Des deux lampes branchées aux borniers de droite, la LP1 s’éteint quand la lumière baisse et LP2 s’allume : si vous utilisez ce circuit comme interrupteur crépusculaire, vous n’utiliserez que LP2. Cette dernière est à placer à une distance suffisante de la photorésistance. Après avoir appliqué au bornier en haut à gauche
la tension d’alimentation de 12 V, essayez de couvrir la photorésistance de manière à réduire la lumière lui par venant. A partir d’un certain degré d’obscurité, la lampe s’allume.
Le trimmer R6 permet de déterminer à quel degré d’obscurité on veut que le relais soit excité (que la lampe s’allume). En tournant le curseur dans le sens horaire (vers la droite), le relais s’excite pour une obscurité moyenne. Dans le sens anti-horaire (vers la gauche) il s’excite seulement dans l’obscurité complète.
Si vous voulez utiliser ce circuit comme interrupteur crépusculaire, vous devez régler le curseur du trimmer de façon que le relais s’excite le soir quand l’obscurité est moyenne.
Quand vous aurez réalisé ce circuit, vous pourrez exécuter aussi de petites expériences. Par exemple, en appliquant sur la surface de la photorésistance un verre coloré (un verre de lunette de soleil), vous pourrez régler le trimmer R6 jusqu’à l’excitation du relais et constater qu’en enlevant le verre coloré le relais se relaxe.
Figure 198 : Brochages, vu de dessus, du circuit intégré LM358 et, vus de
dessous, du transistor BC328 et de la diode LED (l’anode A correspond à la
patte la plus longue). La photorésistance FR n’est pas polarisée.
Vous pourrez aussi contrôler si une lampe émet plus de lumière qu’une autre, la transparence d’un liquide ou
encore la quantité de lumière réfléchie par une surface si vous placez la photorésistance à l’intérieur d’un petit tube opaque ouvert d’un seul côté. Il y a tellement d’expériences à faire que nous ne pouvons ici les énumérer toutes, aussi nous faisons confiance à votre imagination !
Avertissement :
Ce montage, dans son application, met en oeuvre le secteur 220 volts. Nous vous rappelons qu’il y a danger de mort à toucher au secteur 220 volts. Votre réalisation deva donc être installée à l’aide d’entretoises isolantes adhésives dans un boîtier entièrement plastique. L’entrée du fil secteur devra se faire par un trou protégé par un passe-fil et les sorties devront se faire soit de façon identique, soit sur des prises secteurs homologuées .
Liste des composants :
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 1 kΩ
R4 = 4,7 kΩ
R5 = 1,8 kΩ
R6 = 10 kΩ trimmer
R7 = 470 Ω
R8 = 10 kΩ
R9 = 1 MΩ
R10 = 5,6 kΩ
R11 = 10 kΩ
R12 = 1 kΩ
C1 = 10 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 10 μF électrolytique
C4 = 100 μF électrolytique
C5 = 10 nF polyester
C6 = 10 nF polyester
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DL1 = LED rouge 5 mm
TR1 = PNP BC328
TR2 = PNP BC328
IC1 = Intégré LM358
RL1 = Relais 12 V 1 RT
FR1 = Photorésistance
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