Projet 6 : Gradateur d'éclairage de scène
Mes seconds pas en Électronique
Voir Projet 1 pour les composantes nécessaires pour Mes seconds pas en Électronique.
Avez-vous déjà assisté à une pièce de théâtre ou à un autre spectacle où les projecteurs s'allument intensément (généralement pendant l'allocution du présentateur avant le début du spectacle) puis s'atténuent progressivement à mesure que le rideau s'ouvre sur le décor ?
Eh bien, dans ce projet, vous utiliserez un composant (nouveau pour vous) appelé transistor, ainsi qu'un condensateur, plusieurs résistances et des LED dans un circuit pour créer le même effet que la variation d'intensité d'une série de projecteurs de scène.
Le transistor, un composant
fascinant Voir aussi la section :
Transistor
Les transistors sont de minuscules semi-conducteurs (comme les LED et autres
diodes) dotés de trois broches et capables de prouesses étonnantes.
Ils
peuvent agir comme de minuscules interrupteurs automatiques, redirigeant le
courant au sein d'un circuit, et amplifier ce courant.
La figure 6-1
présente un assortiment de transistors.
Leur apparence peut sembler banale (voire même ennuyeuse), mais le boîtier terne et sans intérêt d'un transistor classique cache un intérieur fascinant et révolutionnaire.
Vous ne vous en rendez
peut-être pas compte, mais vous utilisez des transistors tous les jours.
Les transistors sont présents dans votre téléphone, votre téléviseur, votre
ordinateur et dans presque tous les autres appareils électroniques du monde,
permettant à chaque produit de fonctionner comme prévu.
De nombreux produits contiennent des millions, voire des milliards, de transistors.
Par exemple, l'iPhone 6 d'Apple
en contient plus de 2 milliards !
Transistors et robinets
Vous êtes-vous déjà demandé ce qui se passe lorsque vous ouvrez un robinet ?
C'est passionnant, n'est-ce pas ?
En tournant la poignée, vous ouvrez ou fermez l'eau. En ajustant l'angle de rotation, vous contrôlez le débit.
Un transistor fonctionne en quelque sorte comme un robinet pour le courant électrique.
Une partie du transistor, la base, contrôle le flux de courant entre les deux autres parties :
le collecteur et l'émetteur (voir figure 6-2).
En appliquant une
tension suffisamment élevée à la base (comme lorsqu'on appuie sur la poignée
d'un robinet), on active le transistor et le courant circule du collecteur à
l'émetteur (comme l'eau qui coule dans le tuyau du robinet).
Si la tension à la base est
trop faible, le transistor se bloque et aucun courant ne circule du collecteur à
l'émetteur.
Lorsque le transistor est activé, on contrôle l'intensité du
courant qui circule du collecteur à l'émetteur en contrôlant l'intensité du
courant qui entre dans sa base.
L'avantage, c'est que de
faibles courants dans la base permettent de contrôler de forts courants
circulant du collecteur à l'émetteur.
Il n'est pas nécessaire de se
préoccuper des détails précis de l'application de la tension à la base et du
contrôle du courant de base.
Le circuit que vous construirez dans ce projet gérera les détails pour vous.
Sachez simplement que ce qui se
passe à la base détermine ce qui se passe au niveau du collecteur et de
l'émetteur.
Exploration d'un transistor
La figure 6-3 montre les vues avant et arrière d'un type particulier de transistor, appelé transistor bipolaire NPN.
Ce transistor bipolaire NPN particulier porte la référence 2N3904 (ainsi que d'autres caractères) gravée sur l'un de ses côtés.
Chaque modèle de transistor est associé à une longue liste de caractéristiques, comme l'intensité maximale admissible, mais je n'entrerai pas dans les détails ici.
Sachez simplement qu'il existe de nombreux modèles de transistors bipolaires NPN, dont le 2N3904 fait partie.
Notez que le transistor 2N3094 possède trois broches.
Ces broches sont reliées à la base, au collecteur et à l'émetteur à l'intérieur du boîtier (la partie en plastique noir située au-dessus des broches).
Pour identifier chaque broche, reportez-vous à un schéma de brochage, comme celui illustré à gauche de la figure 6-4.
Ce schéma se trouvait au dos de l'emballage RadioShack du transistor 2N3904.
Les transistors vendus par RadioShack sont conditionnés dans des emballages comportant le brochage (ou schéma de connexion), mais tous les fournisseurs ne le font pas.
Pour identifier les broches, vous pouvez toujours rechercher sur Internet le brochage d'un modèle de transistor spécifique (par exemple, « 2N3904 pinout») ou consulter sa fiche technique « 2N3904 datasheet».
Ce document technique "datasheet" (comprenez : pas un ouvrage de vulgarisation scientifique) répertorie toutes les caractéristiques du transistor et inclut un schéma de connexion.
La fiche technique est en quelque sorte une biographie du transistor, illustrée !
Selon la provenance de vos transistors, le brochage peut différer du brochage standard utilisé par la plupart des fabricants (voir figure 6-4).
Consultez l'emballage ou la
documentation fournie avec votre transistor pour identifier chaque broche.
Prenez votre transistor 2N3904.
Tenez-le de manière à observer directement sa face inférieure (le côté avec les pattes).
Comparez-le ensuite au brochage
et repérez la fonction de chaque broche.
Lorsque vous brancherez votre
transistor sur le Breadbord pour réaliser le circuit de ce projet, veillez à
respecter son orientation.
Le branchement de la base, du collecteur et de
l'émetteur est crucial.
Pourquoi
utiliser un transistor ?
Cette section n'est pas indispensable pour
réaliser le projet 6.
Elle s'adresse uniquement aux lecteurs curieux de comprendre l'importance d'un transistor dans un circuit.
Si vous souhaitez passer
directement à la réalisation du projet, vous pouvez ignorer cette section et
consulter la liste des composants et le montage du circuit dans les sections
suivantes.
Le problème de la constante de temps RC
Pour
comprendre l'importance d'un transistor dans un circuit, prenons l'exemple du
circuit du projet 5, qui modifie la durée de
variation d'intensité d'une LED.
Dans le projet 5, vous avez réalisé un
circuit avec une résistance et un condensateur pour faire varier l'intensité
lumineuse d'une LED sur un intervalle de temps précis.
Mais plus l'intervalle de temps
est long, moins la LED brille, même avant que son intensité ne diminue lorsque
le condensateur se décharge !
Savez-vous pourquoi la LED brille moins
lorsque le temps de gradation est prolongé ?
La réponse se trouve dans la
constante de temps RC.
La constante de temps RC détermine le temps
nécessaire à la décharge du condensateur, ce qui, à son tour, détermine le temps
nécessaire à la LED pour s'atténuer.
Pour prolonger ce temps, on augmente soit la résistance (R), soit la capacité (C), afin d'accroître la constante de temps RC.
Cependant, les
condensateurs de grande capacité sont difficiles à trouver (et très peu
pratiques), c'est pourquoi augmenter la résistance est la meilleure solution
pour prolonger significativement le temps de gradation.
Augmenter la
résistance augmente effectivement la constante de temps RC, mais cela affaiblit
également le courant traversant la LED.
Rappelez-vous, plus la résistance est élevée, plus le courant est faible.
Une résistance très élevée restreint tellement le courant que la LED ne brille pas intensément lors de son allumage.
Et si vous vouliez, par exemple, allumer les projecteurs d'une scène et les éteindre progressivement à l'ouverture du rideau ?
Ou encore allumer le plafonnier de votre voiture en ouvrant la portière et le tamiser en la refermant ?
Le fait qu'une résistance
élevée produise un courant faible peut poser problème : les lumières ne
brilleront jamais intensément, même au premier allumage !
La solution
à ce problème
L'utilisation d'un transistor
pour amplifier le faible courant résout le problème.
En plaçant un
transistor entre le circuit résistance-condensateur et le circuit
LED-résistance, vous augmentez considérablement le courant, ce qui permet aux
LED de briller intensément dès leur allumage !
Voici comment cela
fonctionne : le faible courant provenant du circuit résistance-condensateur est
injecté dans la base du transistor.
Ce faible courant de base sert
à contrôler un courant plus fort circulant entre le collecteur et l'émetteur, et
ce courant plus fort alimente les LED pour qu'elles brillent intensément (avant
qu'elles ne faiblissent).
La figure 6-5 présente le schéma de montage de
ce projet.
Soit:
Circuit du condensateur (Charge rapide décharge lente) --- courant faible ---> transistor --- courant fort ---> LED
Visualiser le fonctionnement à l'aide d'un schéma fonctionnel comme celui-ci est utile, car il est facile de perdre de vue l'ensemble du montage lorsqu'on commence à connecter les composants sur le Breadbord.
Prêt à vous lancer et à
construire le nouveau circuit ?
Rassemblez les composants et les outils
Rassemblez toutes les pièces de cette liste (voir figure 6-6) :
Breadbord (Plaque d’essai sans soudure), préparée avec :
• Pile
9 V avec clip de connexion
• Interrupteur et fil de connexion
• Connexions du rail d’alimentation
Un transistor bipolaire NPN 2N3904
Un condensateur électrolytique (polarisé) de 470 µF
Une résistance de 47 Ω 4 bandes (jaune-violet-noir) ou 5 bandes (jaune, violet, noir, or) Multimètre de 44 à 49
Quatre résistances de 100 Ω 4 bandes (marron-noir-marron) ou 5 bandes (marron, noir, noir, noir) Multimètre de 95 à 105
Une résistance de 220 Ω 4 bandes (rouge-rouge-marron) ou 5 bandes (rouge, rouge, noir, noir) Multimètre 209 - 230
Une résistance de 1 kΩ
4 bandes (marron-noir-rouge)
ou 5 bandes (brun, noir, noir, brun) Multimètre 0.95 - 1.05
Une
résistance de 10 kΩ
4 bandes (marron-noir-orange)
ou 5 bandes (brun, noir, noir, rouge) Multimètre 9,5 - 10,5
Huit LED transparentes de 5 mm (taille et couleur indifférentes ; j’ai utilisé
des LED blanches)
Un interrupteur unipolaire à deux positions (SPDT)
Trois fils de connexion de 12,7
mm (minimum) (prédécoupés ou faits maison)
Un fil de connexion de 7,9 mm
(minimum)
Composants optionnels : résistances assorties de valeurs indifférentes (valeurs suggérées : 100 Ω, 1 kΩ, 100 kΩ et 1 MΩ)
Couper les broches est absolument indispensable pour ce projet.
Sinon, il est fort probable qu'ils se touchent accidentellement.
Munissez-vous donc de votre pince coupante.
Munissez-vous également de votre pince à becs fins.
Elle facilitera grandement
l'insertion et le retrait des composants et des fils de connexion.
Construire le circuit de variateur de base pour éclairage de scène
Dans ce projet, vous positionnez stratégiquement un transistor entre la partie du circuit gérant la charge/décharge du condensateur et la partie du circuit contenant une LED protégée par une résistance.
Le transistor amplifie le faible courant, permettant ainsi à un courant beaucoup plus important de traverser la LED.
Pour le plaisir, dans la première partie de ce projet, vous utiliserez deux LED au lieu d'une seule (comme dans le projet 5).
Plus tard, pour encore plus de
fun, vous ajouterez six autres LED, pour un total de huit.
Et les huit
brilleront intensément (jusqu'à ce qu'elles s'éteignent) car votre transistor
fournit suffisamment de courant pour les alimenter toutes !
Suivez ces
étapes pour construire votre circuit :
1. Vérifiez votre Breadbord
(voir figure 6-7).
a. Assurez-vous que les deux rails d'alimentation positifs et les deux rails
d'alimentation négatifs sont connectés.
b. Vérifiez que l'interrupteur et
les connexions des fils de connexion sont correctement installés et que
l'interrupteur est en position arrêt.
c. Vérifiez que les fils de la clip
de la batterie sont bien insérés dans les trous de contact correspondants de
votre plaque d'essai.
2. Insérez la résistance de 47 Ω (jaune-violet-noir) dans la plaque d'essai, comme illustré sur la figure 6-8.
a. Pliez et coupez les pattes de la résistance de manière à ce que chaque
patte mesure environ 9,5 mm (3/8 pouce) sous le pli.
b. Branchez une
patte dans le trou 30a et l'autre sur le rail d'alimentation positif situé à
gauche de la rangée 30.
3. Insérez le condensateur électrolytique de
470 μF dans la plaque d'essai, comme illustré sur la figure 6-9.
a. Vous pouvez utiliser le même
condensateur que pour le projet 5, si vous le souhaitez, avec des pattes coupées
ou non.
b. Branchez la patte positive (non étiquetée) dans l'orifice
31a.
c. Branchez la patte négative (repérée par une bande ou un signe
moins) sur le rail d'alimentation négatif situé à gauche de la plaque d'essai.
N'importe quel orifice du rail d'alimentation négatif convient. J'ai utilisé celui situé à côté de la rangée 35.
Le circuit
résistance-condensateur illustré sur la figure 6-9 constitue la partie de votre
circuit qui charge le condensateur.
4. Insérez l'interrupteur SPDT
dans la plaque d'essai, comme indiqué sur la figure 6-10.
Branchez les trois bornes de l'interrupteur dans les orifices 30c, 31c et
32c.
Le sens de branchement de l'interrupteur n'a pas d'importance.
5. Insérez le fil de
connexion de 5/16 pouce (minimum) dans le Breadbord.
Branchez une
extrémité du fil dans le trou 31e et l'autre extrémité dans le trou
31f.
Voir le fil de connexion orange sur la figure 6-11.
6. Insérez la résistance de 1 kΩ dans la plaque d'essai, comme illustré sur la figure 6-12.
a. Pliez et coupez les pattes de la résistance de manière à ce que chaque
patte mesure environ 6 mm (1/4 de pouce) sous le pli.
b. Branchez une
extrémité de la résistance dans le trou 28g et l'autre extrémité dans le
trou 31g.
7. Insérez la résistance de 10 kΩ dans la plaque
d'essai, comme illustré sur la figure 6-13.
a. Pliez et coupez les pattes de la résistance de manière à ce que chaque
patte mesure environ 10 mm (3/8 de pouce) sous le pli.
b. Insérez une extrémité de la
résistance dans le trou 28j et l'autre extrémité dans le rail
d'alimentation négatif situé à droite de la rangée 28.
Les résistances de
1 kΩ et 10 kΩ insérées aux étapes 6 et 7 constituent la résistance du circuit de
décharge.
Ces deux résistances, ainsi que
le condensateur inséré à l'étape 3, forment la partie décharge du circuit.
8. Insérez la résistance de 220 Ω dans la plaque d'essai, comme illustré
sur la figure 6-14.
a. Pliez et coupez les pattes de la résistance de manière à ce que chaque
patte mesure environ 9,5 mm (3/8 pouce) sous le pli.
b. Insérez une
extrémité de la résistance dans le trou 30j et l'autre extrémité dans le
rail d'alimentation négatif situé à droite de la rangée 30.
9.
Préparez le transistor 2N3904 pour son insertion dans la plaque d'essai.
a. Utilisez votre pince à bec fin pour plier délicatement les broches du
transistor vers l'extérieur et vers le bas, de sorte que le transistor ressemble
à un robot qui marche, avec une face plate et sa base (ou broche centrale)
pendant entre ses pattes.
Voir figure 6-15.
b. Tenez le transistor de façon à ce que ses broches soient orientées vers
le bas et que la partie plate du boîtier soit orientée vers la droite. (Voir
figure 6-16.)
10. Insérez le transistor dans la plaque d'essai.
a. La
méthode la plus simple pour insérer les broches du transistor dans une plaque
d'essai consiste à positionner les broches au-dessus des trous correspondants,
puis à les insérer toutes les trois en même temps.
b. À l'aide de vos doigts ou d'une pince à bec fin, déplacez délicatement les broches et insérez la broche du collecteur (en haut) dans l'orifice du trou 26i, la broche de base (au milieu) dans l'orifice du trou 28h et la broche de l'émetteur (en bas) dans l'orifice du trou 30i. (Voir figure 6-17, à gauche.)
Notez que si votre transistor utilise un brochage différent du mien, vous devrez peut-être l'orienter différemment pour que les broches soient correctement positionnées dans les trous correspondants.
c. En tenant le transistor par son boîtier, appuyez doucement dessus en le faisant basculer d'avant en arrière jusqu'à ce que chaque broche soit bien enclenchée, sans excès. (Voir figure 6-17, à droite.)
11. Préparez les huit LED
pour l'insertion dans la plaque d'essai.
a. Pour chaque LED, pliez
légèrement une patte vers l'extérieur puis vers le bas.
b. Coupez les
deux pattes à environ 1,25 cm de longueur. (Voir figure 6-18.)
Vous utiliserez deux des LED
coupées pour cette partie du projet, et vous ajouterez les six autres lors de la
seconde partie.
12. Insérez l'une des LED coupées (appelons-la LED1)
dans la plaque d'essai.
Insérez la cathode (côté négatif, bord plat,
la plus grande partie métallique à l'intérieur du boîtier) dans le trou 26j
et l'anode (côté positif) dans le trou 24j. (Voir figure 6-19.)
13. Insérez une autre LED taillée (appelons-la LED2) dans la plaque d'essai, comme illustré sur la figure 6-20.
Insérez la cathode (côté négatif, bord plat, la plus grande partie
métallique à l'intérieur du boîtier) dans le trou 24h et l'anode (côté
positif) dans le trou 22h.
14. Insérez une résistance de 100 Ω dans la plaque d'essai, comme indiqué sur la figure 6-21.
a. Coupez les pattes de la
résistance à environ 6 mm (1/4 de pouce).
b. Branchez une extrémité de la
résistance dans l'orifice 22j et l'autre extrémité sur le rail
d'alimentation positif situé à droite de la rangée 22.
Cette résistance de 100 Ω protège les LED 1 et 2.
Comme les deux LED sont montées
en série, cette résistance de protection peut être plus faible que la résistance
de 330 Ω nécessaire pour le projet 5, qui n'utilise qu'une seule LED.
La
figure 6-22 représente le circuit complet (à l'exception de la batterie, de
l'interrupteur et des connexions du rail d'alimentation situés en bas de la
plaque d'essai).
Notez que lorsque le commutateur du condensateur est en position haute (c'est-à-dire lorsque le curseur est plus proche de la rangée 1), le condensateur se charge, car sa borne positive est reliée à la batterie par la résistance de 47 Ω.
Il s'agit du même circuit de charge que celui du projet 5.
Cependant, le reste du circuit
est très différent, comme vous le constaterez en le manipulant.
La figure
ci-dessous présente le schéma de votre circuit.
Le transistor est représenté par le symbole entouré d'un cercle.
Notez les indications relatives à la base, au collecteur et à l'émetteur.
Voici le même circuit fait avec un logiciel professionnel soit Isis Proteus.
Notez que le coté négatif du condensateur est représenté par un rectangle plein hachuré.
Utilisation du circuit de
variation d'intensité des éclairages de scène
Mettez l'interrupteur
d'alimentation sous tension (position haute).
Déplacez le curseur du commutateur à condensateur vers le haut (vers la rangée 1).
Les deux LED s'allument-elles ?
(Elles devraient.) Leur luminosité est-elle suffisante ? (Elles devraient
l'être.)
Ensuite, abaissez le curseur du commutateur à condensateur (vers
la rangée 60) tout en laissant l'interrupteur d'alimentation sous tension.
Surveillez les deux LED.
Leur intensité devrait diminuer progressivement jusqu'à s'éteindre complètement au bout de quelques secondes.
Souhaitez-vous modifier l'intervalle de temps de variation d'intensité lumineuse ?
Si oui, remplacez la résistance de 10 kΩ (située entre le trou 28j et le rail d'alimentation négatif) par une résistance de valeur différente (en utilisant les résistances supplémentaires optionnelles de la liste des composants).
Pour les résistances inférieures à 10 kΩ, le temps de variation d'intensité lumineuse de la LED diminue.
Pour les résistances supérieures à 10 kΩ, ce temps augmente.
Une fois vos essais terminés,
remettez la résistance de 10 kΩ dans le circuit.
Explorez le schéma
Pour comprendre le fonctionnement de votre circuit, consultez le schéma afin d'observer ce qui se passe lors de la charge et de la décharge du condensateur.
Si vous préférez ne pas examiner le schéma, vous pouvez passer directement à la section suivante :
« Ajouter des lumières ».
Aucun contrôle ne sera effectué sur ce sujet !
Charge du condensateur
La figure 6-24 montre que lorsque l'interrupteur d'alimentation est
activé et que le curseur du commutateur de condensateur est déplacé vers le
haut, le condensateur se charge rapidement.
Cette charge rapide s'explique par la faible valeur de la résistance de 47 Ω, ce qui rend cinq fois la constante de temps RC très petite.
Le
projet 5 explique le fonctionnement de la charge d'un condensateur et
comment déterminer sa durée.
Le condensateur est également connecté à la
base du transistor par l'intermédiaire de la résistance de 1 kΩ.
Grâce à la charge rapide du condensateur, la tension à la base devient rapidement suffisamment élevée pour activer complètement le transistor (comme lorsqu'on ouvre un robinet à fond), et un courant important circule du collecteur à l'émetteur.
Ce même courant alimente les deux LED, les allumant intensément.
Décharge du condensateur
La figure 6-25 illustre ce qui se produit lorsque vous abaissez le
curseur du commutateur du condensateur (vers la rangée 60).
Cette action déconnecte la batterie du condensateur.
Notez cependant que la batterie
reste connectée à la résistance de 100 Ω qui protège les LED 1 et 2.
Le
condensateur se décharge à travers deux résistances : la résistance de 1 kΩ
et la résistance de 10 kΩ. Du fait de leur valeur relativement élevée,
le condensateur se décharge relativement lentement (comparativement à sa
vitesse de charge grâce à la résistance de 47 Ω du circuit de charge).
À
mesure que le condensateur se décharge, le courant circulant dans la base du
transistor diminue, ce qui entraîne une diminution du courant circulant entre le
collecteur et l’émetteur.
Imaginez que vous réglez le débit d’un robinet
initialement ouvert au maximum : en tournant la poignée, vous diminuez le débit
d’eau.
Le faible courant de base est comme la poignée d'un robinet : il contrôle les courants plus importants du collecteur et de l'émetteur, tout comme la poignée d'un robinet contrôle le débit de l'eau.
Le transistor reste conducteur
(tout comme le robinet), car la tension à sa base est encore suffisante pour le
maintenir conducteur — du moins pour un certain temps.
Comme le courant
traversant les LED diminue, leur luminosité baisse.
Tout comme dans le
projet 5, lorsque le condensateur se décharge, les LED s'atténuent.
La
différence entre le circuit du projet 5 et celui-ci est que, dans ce circuit,
les LED commencent à briller très intensément, même pendant une longue période
d'atténuation.
Dans le projet 5, lorsque la
période d'atténuation était prolongée, la LED ne brillait pas intensément au
départ, car la résistance du circuit de décharge limitait le courant la
traversant.
Coupure du transistor
La figure 6-26 illustre ce qui se produit après la décharge du condensateur.
À terme, la tension aux bornes du condensateur devient très faible, de sorte
que la tension à la base du transistor chute en dessous du seuil nécessaire à
son maintien conducteur.
Le transistor se bloque alors et aucun courant ne circule entre le collecteur et l'émetteur ; les LED s'éteignent.
Imaginez (encore une fois) que vous tournez la poignée du robinet pour réduire le débit d'eau.
Finalement, vous positionnez la poignée de manière à ce que l'eau ne coule plus du tout, et vous fermez donc le robinet.
Ajouter des LED
Voici la partie la plus intéressante de ce projet !
Grâce à la capacité de votre petit transistor à contrôler un courant important, vous pouvez ajouter des LED à votre circuit.
Elles brilleront toutes
intensément à l'allumage !
Rassemblez les composants restants de votre
liste et étendez votre circuit de variation d'intensité lumineuse en suivant ces
étapes :
1. Coupez l'alimentation avant toute modification du circuit.
2. Insérez les trois fils de connexion de 12,7 mm (minimum) dans le
Breadbord, comme illustré sur la figure 6-27 :
a. Branchez une extrémité du premier fil de connexion dans le trou 11f
et l'autre extrémité dans le trou 16f.
b. Branchez une extrémité du
deuxième fil de connexion dans le trou 16g et l'autre extrémité dans le
trou 21g.
c. Branchez une extrémité du troisième fil de connexion
dans le trou 21f et l'autre extrémité dans le trou 26f.
Ces
fils de connexion vous permettent d'ajouter six LED et trois résistances
supplémentaires.
3. Insérez les trois résistances de 100 Ω sur le
Breadbord, comme indiqué sur la figure 6-28 :
a. Pour chaque résistance, pliez et
coupez les pattes de manière à ce qu'elles mesurent environ 6 mm (1/4 de pouce)
sous le pli.
b. Branchez une extrémité de la première résistance dans le
trou 7j et l'autre extrémité sur le rail d'alimentation positif situé à
droite de la rangée 7.
c. Branchez une extrémité de la
deuxième résistance dans l'orifice 12j et l'autre extrémité sur le rail
d'alimentation positif situé à droite de la rangée 12.
d. Branchez une
extrémité de la troisième résistance dans l'orifice 17j et l'autre
extrémité sur le rail d'alimentation positif situé à droite de la rangée 17.
4. Insérez deux LED ajustées (appelons-les LED3 et LED4) dans le Breadbord, comme illustré sur la figure 6-29 :
a. Insérez la cathode (côté négatif, bord plat, la plus grande partie
métallique à l'intérieur du boîtier) de LED3 dans le trou 21j et l'anode
(côté positif) dans le trou 19j.
b. Insérez la cathode de LED4 dans le
trou 19h et l'anode dans le trou 17h.
5. Insérez deux autres LED ajustées
(LED5 et LED6) dans la plaque d'essai, comme illustré sur la figure 6-30 :
a. Insérez la cathode de la
LED5 dans le trou 16j et l'anode dans le trou 14j.
b. Insérez la cathode
de la LED6 dans le trou 14h et l'anode dans le trou 12h.
6. Insérez les
deux dernières LED (LED7 et LED8) dans le Breadbord,
comme illustré sur la figure 6-31.
a. Insérez la cathode de la
LED7 dans l'orifice 11j et l'anode dans l'orifice 9j.
b.
Insérez la cathode de la LED8 dans l'orifice 9h et l'anode dans l'orifice
7h.
Le circuit complet à huit LED (à l'exception de la batterie,
de l'interrupteur et des connexions d'alimentation) est illustré sur la
figure 6-32.
Fonctionnement du circuit de variation d'intensité lumineuse à huit LED
Avant d'utiliser ce circuit, il est fortement recommandé de vérifier (voire
revérifier) toutes vos connexions.
Assurez-vous que tous les fils
sont insérés dans les trous correspondants de la plaque d'essai et que les LED
sont correctement orientées.
Lorsque vous êtes prêt, allumez
l'interrupteur.
Chargez ensuite le condensateur en déplaçant le curseur du commutateur de condensateur vers le haut (vers la rangée 1).
Les huit LED s'allument-elles
intensément, comme illustré sur la figure 6-33 ?
Si ce n'est pas le cas,
éteignez l'interrupteur et vérifiez à nouveau toutes vos connexions.
Déchargez maintenant votre condensateur en déplaçant le curseur du commutateur de condensateur vers le bas (vers la rangée 60).
Observez les LED s'atténuer
progressivement jusqu'à s'éteindre complètement.
Si votre circuit
fonctionne correctement, bravo !
Ce circuit est bien plus complexe que
ceux des projets 2 à 5 ; réussir à le réaliser est donc une véritable prouesse !
Pour modifier la durée de variation d'intensité, remplacez la résistance de
10 kΩ (située dans l'orifice 28j et reliée à l'alimentation négative) par
une autre valeur.
Une résistance plus faible
diminue la durée de variation, tandis qu'une résistance plus élevée l'augmente.
Consultez le schéma
La figure 6-34 présente le schéma du circuit complet à huit LED.
Ce schéma est très similaire à celui du circuit à deux LED (voir figure 6-23), et les deux circuits fonctionnent de la même manière.
Ce schéma montre quatre branches parallèles identiques, chacune comportant deux LED et une résistance de protection, connectées au collecteur du transistor.
Le courant circule dans chacune des quatre branches, allumant ainsi les huit LED.
Le transistor fournit un
courant suffisant pour alimenter toutes ces LED. Il fait également office
d'interrupteur, allumant et éteignant les LED.
J'espère que vous
conviendrez que les transistors sont vraiment fascinants !
Maintenant que vous connaissez la résistance, le condensateur et le transistor, voici un circuit très utilisé:
Le Flip-Flop (multivibrateur astable)
Au lieu du BC547 vous pouvez utiliser un 2N3904
Il a deux transistors, deux condensateurs et quatre résistances pour accomplir un marche-arrêt à vitesse variable des LEDs.
Les transistors sont toujours en états opposés. Lorsque le Q1 est en marche, le Q2 est arrêté et lorsque le Q2 est en marche, le Q1 est arrêté.
Le changement d'état "MARCHE" à "ARRÊT" et de "ARRÊT" à "MARCHE" est accompli très rapidement, quelques microsecondes, à cause de la réaction régénérative entre les deux transistors.
Le changent d'un état à un autre est appelé le FLIP, puis le changement à l'état premier le FLOP. L'action de flip-flop peut être expliquée comme suit:
Souvenez-vous qu'un transistor en marche agit de la même façon que s'il avait un court-circuit entre C-E et lorsqu'il est arrêté, il agit comme s'il avait un circuit ouvert entre C-E.
Remarquez que les résistances de base-polarisation sont là pour que chaque transistor n'aient pas de réaction en provenance des condensateurs lorsque les deux transistors s'ont "EN MARCHE".
La fonction des condensateurs est de maintenir alternativement les transistors à l'état "D'ARRÊT".
Commençons par un fonctionnement assumé du circuit avec le condensateur de 100 uF qui maintien le Q2 à l'état "ARRÊT'. Le Q1 est alors en "MARCHE ' et le condensateur de 100 uF est chargé rapidement à travers sa résistance en série de 10K et de la jonction B-E du Q1 par la pile.
La résistance de 22K et le contrôle de 50K maintiennent le Q1 à l'état de "MARCHE" après que le condensateur de 100 uF est été chargé. À ce moment, la charge emmagasinée au condensateur de 10 uF se décharge lentement à travers la résistance de 10K, la pile et les éléments C-E du Q1.
Souvenez-vous que le Q1 est en MARCHE et ses éléments C-E sont comme un court-circuit. La tension à ce condensateur maintient une polarisation inversée au Q2 aussi longtemps que la charge est suffisamment élevée.
Avant que le condensateur de 100 uF ne soit complètement déchargé, la faible tension C-E du Q1 permet à la tension négative à travers la résistance de 10K de gauche de mettre le Q2 en MARCHE.
A l'instant que le Q2 est mis en marche, le condensateur de 100 uF arrête le Q1. Avec le Q1 ARRÊTÉ, la monté de la tension du collecteur est permise à travers les 9 volts de la pile.
Au moment où ceci se passe, la DEL est éteinte grâce au chargement rapide du condensateur de 100 uF, le Q2 est mis en MARCHE complètement. Ce changement d'état de FLIP se fait très rapidement (en microsecondes).
Après un certain temps, la charge du condensateur de 100 uF est abaissée jusqu'à tel point où elle ne peut plus maintenir le Q1 ARRÊTÉ, et le circuit retourne (FLOP) à son état d'origine pour recommencer toute l'action décrite ci-haut à nouveau.
La fréquence de clignotement des LEDs peut être augmentée ou diminuée en modifiant les valeurs des résistances R2, R3 et des condensateurs C1, C2.
