Faire clignoter une lumière pour la première fois

Mes premiers pas en Électronique

Quand j'étais enfant, l'un de mes tout premiers projets électroniques consistait à faire clignoter une lumière. C'était incroyable de voir le circuit fonctionner pour la première fois, et je souhaite maintenant partager cette expérience avec vous.

Dans cette section, vous découvrirez le fonctionnement du condensateur et du relais.

Ce sont deux composants électroniques courants et très intéressants, et je vous montrerai comment vous amuser avec.

À la fin, vous construirez votre propre lumière clignotante !

Découvrez le condensateur

Composante	Symbole Électronique
Condensateur non polarisé
Condensateur électrolytique (polarisé) Dans le premier symbole Un plus indique le côté positif Dans le second symbole le rectangle hachuré indique le côté Négatif	ou

Le condensateur est comparable à une batterie rechargeable : on peut le charger et utiliser son énergie pour alimenter quelque chose.

Cependant, une batterie peut stocker beaucoup plus d'énergie qu'un condensateur.

Une batterie peut alimenter une LED pendant plusieurs jours sans être rechargée, tandis que la plupart des condensateurs ne peuvent en alimenter une que quelques secondes au maximum.

Les condensateurs sont souvent utilisés pour introduire des retards dans un circuit.

Par exemple, comme un condensateur stocke de l'énergie, il peut permettre de maintenir une LED allumée un peu plus longtemps, même après une coupure de courant.

Cette petite astuce peut également être utilisée avec d'autres composants pour obtenir des résultats intéressants comme les oscillateurs.

Voir aussi : Oscillateurs    Oscillators 2    Circuits Divers

Fonctionnement des condensateurs

À l'intérieur, les condensateurs sont des dispositifs très simples. Ils sont constitués de deux plaques métalliques très proches l'une de l'autre, séparées par un matériau tel que du papier.

Pour gagner de la place, les plaques métalliques et le matériau qui les sépare sont pliés ou enroulés pour former un boîtier compact.

Lorsqu'on connecte une batterie aux deux bornes d'un condensateur, un courant circule tandis que la batterie tente de faire passer des électrons à travers le condensateur.

Or, les électrons ne peuvent pas traverser l'espace entre les plaques ; ils s'accumulent donc sur une plaque et quittent l'autre.

Finalement, une plaque ne peut plus contenir d'électrons et le courant cesse de circuler ; on dit alors que le condensateur est complètement chargé.

Tout comme les électrons d'une batterie, les électrons du condensateur n'aiment pas être regroupés sur une plaque. Ils préfèrent se diriger vers le côté où il y a moins d'électrons.

Cela signifie que vous avez stocké de l'énergie potentielle dans votre condensateur.

Si vous déconnectez la batterie et connectez, par exemple, une résistance entre les deux bornes du condensateur, les électrons stockés sur une plaque commenceront à circuler en sens inverse, à travers la résistance, pour atteindre la plaque contenant moins d'électrons.

Condensateurs polarisés et non polarisés

Les condensateurs peuvent être polarisés ou non polarisés.

Comme une LED, un condensateur polarisé possède une borne positive et une borne négative, et sa borne positive doit toujours être orientée vers la borne positive de la batterie.

Le condensateur noir illustré sur la photo est polarisé et sa borne négative est marquée d'une bande et de signes moins sur le côté.

Le condensateur jaune n'est pas polarisé ; l'emplacement de la borne importe donc peu.

AVERTISSEMENT :

Soyez prudent lorsque vous utilisez des condensateurs polarisés pour les projets de Mes premiers pas en Électronique et pour vos propres projets. Vous devez les connecter correctement pour éviter tout dommage.

Dans tous les circuits nécessitant un condensateur, vous pouvez utiliser un condensateur non polarisé, à condition d'en trouver un ayant la capacité adéquate. La capacité se mesure en farads (F), et plus un condensateur a de capacité, plus il peut stocker d'énergie.

Les condensateurs non polarisés à forte capacité ne sont pas fabriqués car ils devraient être physiquement très grands.

Les condensateurs polarisés peuvent stocker plus d'énergie dans un espace réduit, mais ils présentent l'inconvénient de devoir être connectés correctement.

Lors de la construction de circuits à forte capacité, vous utiliserez des condensateurs polarisés.

Assurez-vous toujours que la borne positive de tout condensateur polarisé est connectée au plus près du pôle positif de la batterie.

Valeurs des condensateurs

Les condensateurs que vous utiliserez dans ce livre auront des capacités de l'ordre:

 d μF (microfarad), du nF (nanofarad) ou du pF (picofarad).

Les capacités ont tendance à être très faibles et sont souvent notées avec les préfixes micro, nano et pico, définis comme suit :

μ (micro) signifie millionième, donc 1 μF = 0.000001 F

n (nano) signifie milliardième, donc 1 nF = 0.000000001 F

p (pico) signifie trillionième, donc 1 pF = 0.000000000001 F

Les condensateurs polarisés sont suffisamment grands pour que leurs valeurs soient inscrites dessus. Les condensateurs non polarisés, en revanche, sont un peu plus complexes.

Ils sont généralement très petits, ce qui explique leur codage complexe, comme 104 ou 202.

J'oublie toujours leur signification, alors lorsque je cherche un code, je le consulte simplement dans un tableau.

Vous trouverez un tableau des codes courants dans:

« Codes des condensateurs » à la section Aide-mémoire sur les composants.

Mais comme pour la plupart des choses, les condensateurs sont bien plus intéressants à manipuler qu'à étudier. Réalisez le projet suivant et vous découvrirez par vous-même le fonctionnement d'un condensateur.

Projet n° 10 : Tester un condensateur

Ce projet démontre qu'un condensateur stocke de l'énergie.

 Il s'agit quasiment du même circuit que celui que vous avez construit dans le « Projet n° 9 : Votre premier circuit de platine d'expérimentation » section Créer de la lumière avec des leds, mais cette fois, vous allez ajouter un condensateur.

Lorsque vous retirez la pile du circuit, comme illustré ici, vous constaterez que la LED reste allumée pendant une ou deux secondes. Cela est dû au fait que le condensateur alimente la LED grâce à l'énergie stockée.

Liste de courses voir Fournitures utiles

Une plaque d'essai Breadbord comportant au moins 30 lignes.

Une clip pour pile de 9 V pour connecter la pile au circuit.

Composante	Symbole Électronique
Une pile standard de 9 V pour alimenter le circuit La grande barre indique le posiif La petites barre indique le négatif
Masse (Ground GND)
Une LED standard La barre sur le sommet du triangle est le côté Négatif
Une résistance de 330 Ω pour limiter le courant de la LED
Un condensateur polarisé de 1000 µF.

Dans les circuits électroniques on retrouve souvent le symbole de la masse (Ground). La masse est toujours connectée au coté négatif de la pile ou de la source de courant.

Étape 1 : Commencez par le circuit LED

Suivez les instructions du « Projet n° 9 :

Votre premier circuit de platine d’expérimentation » section Créer de la lumière avec des leds, en veillant à obtenir un circuit fonctionnel qui allume une LED.

Débranchez ensuite la batterie et passez à l’étape suivante.

Étape 2 : Ajout du condensateur

Connectez votre condensateur à la batterie.

Le condensateur étant polarisé, placez la broche marquée d’un signe moins ou d’un zéro sur la même rangée de la platine d’expérimentation que la borne négative de la batterie.

Connectez l’autre borne à la même rangée que la borne positive de la batterie, comme illustré ci-haut.

Étape 3 : Charger le condensateur

Connectez la batterie à la clip : la LED devrait s’allumer. Simultanément, la batterie devrait avoir chargé le condensateur très rapidement.

Étape 4 : Utiliser le condensateur pour allumer la LED

Observez la LED lorsque vous retirez la batterie. La LED ne doit pas s’éteindre immédiatement lorsque vous débranchez la batterie.

Elle doit rester allumée une seconde environ, puis s’éteindre progressivement jusqu’à ce que le condensateur ne contienne plus d’énergie.

Étape 5 : Que faire si le circuit ne fonctionne pas ?

Commencez par vérifier si le circuit fonctionne sans le condensateur.

Si ce n’est pas le cas, revenez à l’étape 1 et vérifiez le fonctionnement du circuit LED avant de poursuivre.

Si la LED s’allume lorsque la batterie est connectée, mais s’éteint dès que vous la retirez, il y a un problème avec le condensateur de votre circuit.

Vérifiez que la borne positive du condensateur est connectée à la borne positive de la batterie (rangée 1 sur la photo) et que l’autre borne est connectée à la borne négative de la batterie (rangée 10 sur la photo).

Si le circuit semble correct, vérifiez que la valeur du condensateur est d'au moins 1 000 µF ; cette valeur doit être inscrite sur le condensateur.

Si elle est inférieure à 1 000 µF, essayez un condensateur plus grand.

Faites connaissance avec le Relais

J'étais un enfant très curieux et je me demandais toujours comment les choses fonctionnaient.

Pour moi, les appareils électroniques comme la radio ou la télévision étaient tout simplement magiques. Je n'en avais aucune idée et je ne croyais pas pouvoir un jour en fabriquer un.

Mais un jour, j'ai demandé à mon père comment il était possible de faire clignoter une lumière automatiquement. Je me suis dit que si je comprenais cela, je comprendrais mieux.

Heureusement, mon père était ingénieur et il savait aussi expliquer les choses de manière pratique. Quand je lui ai demandé comment faire clignoter une lumière, il m'a présenté un relais, comme celui-ci.

La section Qu'est-ce que l'électricité ?  décrit comment utiliser des interrupteurs pour allumer et éteindre des objets.

La section Faire bouger les choses avec l'électricité et les aimants vous montre comment utiliser un électroaimant pour déplacer des objets.

Imaginez combiner l'électroaimant avec un interrupteur : au lieu d'appuyer sur un bouton pour changer la position de l'interrupteur, vous ajoutez un électroaimant qui peut la modifier automatiquement.

C'est le principe du relais, et cette illustration illustre son fonctionnement :

Les points blancs représentent les broches du relais.

Notez que les connexions sont étiquetées : broche commune, normalement fermée et normalement ouverte.

Ces étiquettes sont définies comme suit :

broche commune (COM) (common pin) : connectée à NC ou NO ;

normalement fermée (NC) (normally closed) : connectée à COM lorsque la bobine est désactivée ;

normalement ouverte (NO) (normally open) : connectée à COM lorsque la bobine est activée.

Lorsque la batterie n’est pas connectée à la bobine du relais, l’électroaimant n’est pas sollicité et COM de l’interrupteur est connecté à NC.

En revanche, lorsque vous connectez la batterie à la bobine du relais, l’électroaimant s’active et l’interrupteur est tiré, de sorte que COM est connecté à NO.

Vous pouvez connecter ou déconnecter une batterie de l’électroaimant pour modifier la position de l’interrupteur !

Utiliser un relais pour faire clignoter une lumière

Si vous connectiez un relais à une batterie de manière à ce que l'électroaimant soit connecté à la batterie via les contacts COM et NC du relais, l'électroaimant s'allumerait et s'éteindrait en continu.

Voici un exemple de circuit de relais également connecté à une ampoule :

Avant de connecter la batterie à ce circuit, l'électroaimant serait éteint, laissant les contacts COM et NC connectés.

Avec la batterie connectée au circuit, l'électroaimant serait alimenté par la batterie via l'interrupteur. Cela signifie qu'il tirerait sur l'interrupteur et connecterait les contacts COM et NO, alimentant ainsi l'ampoule par la batterie.

Mais avec l'interrupteur dans cette position, la batterie ne serait plus connectée à la bobine et l'électroaimant perdrait son énergie.

Lorsque l'électroaimant n'est plus alimenté, l'interrupteur revient à sa position initiale, déconnectant la batterie de l'ampoule. La batterie alimenterait à nouveau l'électroaimant, et le processus que je viens de décrire se répéterait.

Dans cet exemple, on dirait qu'une lumière clignoterait, n'est-ce pas ?

En théorie, oui.

Mais le relais s'allumerait et s'éteindrait si vite que la lumière ne s'allumerait et s'éteindrait pas correctement !

On entendrait plutôt un tic-tac très rapide lors des alternances du relais, mais la lumière semblerait rester éteinte.

Ralentir le clignotement

Pour construire un circuit permettant de voir la lumière clignoter, il faut ralentir le relais.

Le condensateur peut y contribuer.

Dans le « Projet n° 10 : Tester un condensateur » l'ajout d'un condensateur au circuit LED a permis à la LED de rester allumée un court instant après le débranchement de la batterie.

Si vous connectiez un condensateur aux bornes de l'électroaimant de notre circuit de lumière clignotante trop rapide, l'électroaimant resterait également allumé un moment.

Mais l'électroaimant ne resterait pas éteint longtemps ; dans ce cas, la lumière semblerait donc allumée en permanence.

Pour qu'elle reste éteinte plus longtemps, il faudrait ralentir la charge du condensateur afin qu'il ne se recharge pas complètement dès qu'il se décharge.

Pour cela, vous pourriez réduire le courant qui circule dans le condensateur.

Et comment réduire ce courant ?

Avec une résistance !

Pour faire clignoter une LED avec un relais, vous utiliseriez un circuit comme celui-ci, que nous allons construire ensuite :

Lors du branchement d'un circuit, il est utile de le faire de manière à ce qu'il ressemble au schéma.

Un point dans le schémas signifie que plusieurs fils sont connectés ensemble.

Connecté	Pas connecté
	ou

Cela permet de trouver plus facilement le problème si votre circuit ne fonctionne pas ultérieurement, et vous constaterez souvent qu'il ne fonctionne pas du premier coup.

Repérer les erreurs et trouver comment les corriger fait partie du jeu !

Préparer un Breadboard

Il est maintenant temps de préparé vos Breadbord. Certains IC sont sensible au variation de tentions, alors on ajoute des condensateurs de couplage sur les rails d'alimentation.

1° Relier les  Rails d'alimentation avec des fils Un fil noir pour le négatif un fils rouge pour le positif 2° Mettre des condensateurs de découplage de 0.1 µF Voir Condensateur / Résistance Une broche dans le rail positif et l'autre broche dans le rail négatif.

Projet n°11 : Faire clignoter une lumière !

Il est temps de construire votre premier éclairage clignotant en faisant clignoter une LED.

Voici le schéma complet du circuit : reconnaissez-vous les composants ?

Liste de courses Voir Fournitures utiles

Une platine d'expérimentation d'au moins 30 rangées.

Des fils pour platine d'expérimentation (Breadboard) facilitant les connexions.
(Un fil de raccordement standard convient également.)

Une clip pour pile 9 V pour connecter la pile au circuit.

Composante	Symbole Électronique
Une pile standard de 9 V pour alimenter le circuit La grande barre indique le posiif La petites barre indique le négatif
Masse (Ground GND)
Une LED standard La barre sur le sommet du triangle est le côté Négatif
Une résistance de 330 Ω pour limiter le courant de la LED
Une résistance de 100 Ω pour limiter le courant vers le condensateur.
Un relais DPDT (ou SPDT) avec une bobine de 5 V, 6 V ou 9 V
Condensateur électrolytique (polarisé) 1000 µf Dans le premier symbole Un plus indique le côté positif Dans le second symbole le rectangle hachuré indique le côté Négatif	ou

Étape 1 : Identifier les broches du relais

Ne pas savoir quelle broche du relais correspond est la principale source d'erreur lors de la construction de ce circuit.

Examinons donc ces broches maintenant.

Pour connaître la fonction de chaque broche, consultez la fiche technique de votre relais (Datasheet).

Une fiche technique est un document qui explique le fonctionnement d'un composant électrique.

Pour un relais, elle indique la tension nécessaire pour la bobine de l'électroaimant, le courant admissible par les contacts, etc.

Vous devriez trouver un lien vers la fiche technique sur la page produit où vous avez acheté votre relais.

Pour le relais que je recommande, les broches sont placées comme indiqué ici :

Ce type de schéma, appelé brochage, illustre la fonction de chaque broche.

La vue est de dessus, les broches étant dissimulées sous le boîtier en plastique du relais.

Je vous conseille de tracer ou d'imprimer le brochage sur une feuille de papier et de la conserver sur votre bureau pendant le raccordement du circuit afin de pouvoir le vérifier régulièrement et de vous assurer du bon sens de connexion.

Dans ce relais, les broches 1 et 8 sont destinées à la bobine de l'électroaimant ; vous pouvez les identifier grâce à la ligne en haut.

Sur le relais réel, la ligne en haut indique que les broches devraient être aux mêmes emplacements que sur le brochage.

Le brochage montre également la présence de deux interrupteurs.

Les broches 2 à 4 forment l'un des interrupteurs, et les broches 5 à 7 l'autre.

Inutile de mémoriser les broches du relais.

Vous pouvez toujours vous référer au brochage en cas de problème, et je vous encourage à le faire dès que nécessaire.

De plus, les types de relais peuvent avoir des brochages différents.

Placez le relais au centre de votre plaque d'essai, centré sur l'encoche, un côté dans chaque zone de composant.

Ainsi, aucune broche ne doit être connectée à d'autres broches.

Placer des fils courts à côté de chaque broche pour les identifier.

Étape 2 : Réaliser un interrupteur de relais rapide

Commençons par connecter le relais pour qu'il s'allume et s'éteigne automatiquement.

Connectez la borne positive de la pince de batterie à la borne positive de gauche, et la borne négative à la borne négative du même côté.

Connectez un cavalier reliant la borne négative à la même rangée que la broche de bobine droite (broche 8), comme indiqué sur le schéma :

Ensuite, connectez un fil de la colonne positive à gauche à la broche commune du relais (broche 2).

Sur ce schéma, la broche commune.

Ensuite, connectez un fil de la broche 3 du relais (broche NF) à la broche de la bobine (broche 1) ;

il s'agit du fil jaune sur le schéma.

Branchez la pile 9 V : vous devriez entendre un tic-tac très rapide. Le relais s'allume et s'éteint. Débranchez la pile pour l'instant.

Étape 3 : Prolonger l'activation du relais

L'étape suivante consiste à ralentir le relais en plaçant un condensateur aux bornes de la bobine de l'électroaimant.

Branchez le condensateur comme indiqué ici :

Côté Négatif en haut

et côté positif de l'autre côté du centre vers le bas

Maintenant branché le condensateur au relai

Sur le schéma, j'ai connecté la borne négative du condensateur à la broche 8 du relais avec un fils.

et la borne positive à la broche 1 du relais avec un autre fils.

Quel que soit le trou utilisé, veillez à connecter la borne négative du condensateur à la même broche du relais que celle où vous avez connecté l'alimentation négative.

La borne négative du condensateur est généralement marquée d'une bande, d'un zéro ou d'un signe moins.

Connectez la batterie pour tester votre circuit. Vous saurez qu'il fonctionne si vous entendez un tic-tac.

Ce tic-tac devrait être beaucoup plus lent maintenant, ce qui signifie que le relais reste activé plus longtemps.

Mais dès que le relais est désactivé, le condensateur devrait se recharger, laissant le relais désactivé pendant une fraction de seconde seulement.

Vous corrigerez ce problème à l'étape suivante ; débranchez donc la batterie maintenant.

Étape 4 : Réduire la durée de désactivation du relais

Ajoutons une résistance avant le condensateur afin de réduire le courant et de prolonger la charge du condensateur.

Pour cela, remplacez simplement le fil reliant les broches 1 et 3 du relais (le fil jaune connecté sur mes schémas) par une résistance d'environ 100 Ω, comme illustré ici :

Connectez la batterie pour le tester.

Le relais devrait rester éteint un peu plus longtemps, comme le signal sonore « tic-tac » qu'il émet.

Étape 5 : Ajout de la LED et de la résistance

Déconnectez la batterie et ajoutez la LED et la résistance de 330 Ω au circuit.

Connectez la branche longue de la LED à la broche NO du relais (broche 4).

Connectez l'autre branche à une rangée inférieure non connectée.

Connectez la résistance 330 Ω de la même rangée à la borne négative côté alimentation.

Comparez ceci au schéma du début du projet pour voir si les symboles correspondent.

Maintenant, branchez la batterie et observez le clignotement !

Étape 6 : Que faire si la LED ne clignote pas ?

Si vous n’arrivez pas à faire clignoter la LED, revenez à l’étape 1 et vérifiez votre travail jusqu’à l’étape 4.

Vous devriez alors obtenir un relais qui s’allume et s’éteint automatiquement.

 Si cela fonctionne, vous devriez pouvoir connecter la LED et la résistance pour obtenir un circuit fonctionnel.

Si la LED ne clignote toujours pas, vérifiez que vous avez bien connecté le circuit conformément aux schémas.

Toujours pas de succès ?

Retirez la LED et la résistance du circuit, puis connectez-les uniquement à la batterie jusqu’à ce que la LED s’allume.

Suivez les instructions du « Projet n° 9 : Votre premier circuit de platine d’expérimentation »)

Si la LED ne s’allume pas, il se peut que votre LED soit défectueuse ou que la valeur de la résistance soit incorrecte.

Ajoutez une autre LED

Comme c'est un relais DPDT (Double Pole, Double Throw) vous pouvez ajoutez une deuxième LED Bleu.

Et simuler une lumière de Police ....

Qu'est-ce qu'un un relais DPDT (Bipolaire Bidirectionnel )?

Double Pole :

Désigne les deux jeux de contacts indépendants (les « pôles ») du relais.

Double  Throw:

Indique que chaque pôle peut commuter entre deux positions :

une position « normalement fermée » (NC) et une position « normalement ouverte » (NO).

Commutation simultanée :

Lorsque la bobine du relais est alimentée par un faible courant de commande, les deux pôles commutent simultanément. Le contact commun de chaque pôle passe de sa borne NC à sa borne NO, et inversement.

Essayez : Améliorez l'efficacité de votre alarme anti-intrusion

Essayez de connecter un relais à l'alarme anti-intrusion que vous avez construite lors du projet n° 2
section Qu'est-ce que l'électricité ?.

Ainsi, si quelqu'un tente d'entrer dans une pièce, il ne peut pas la désactiver en fermant la porte.

Lorsque votre relais est déclenché par un interrupteur, il doit rester activé.

Ce schéma montre comment connecter le relais (en bleu) au reste du circuit (en noir).

Lorsque l'alarme se déclenche, le bip sonore retentit jusqu'à ce que vous débranchiez la batterie.

Et ensuite ?

Vous avez bien avancé dans cette section!

Jusqu'à présent, vous avez appris le fonctionnement de quatre composants électroniques courants

(résistances, LED, condensateurs et relais),

vous avez connecté quelques circuits sur une plaque d'essai et vous avez même réalisé votre propre projet qui fait clignoter une lumière.

J'espère que vous comprenez aussi pourquoi la lumière clignote.

Vous avez déjà connecté quelques circuits sur une plaque d'essai, ce qui est utile pour tester un circuit ou construire des prototypes simples.

Mais pour que les composants d'un circuit restent ensemble indéfiniment, il faut les souder, et je vous montrerai comment faire dans la prochaine section, à la section Soudons !.