clignotants basse tension :CLIGNOTEUR HALOGÈNE et CLIGNOTEUR A LED


Deux clignotants basse tension :

CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU CLIGNOTEUR HALOGÈNE :
- Alimentation : 12 Vcc
- Consommation max : 1,8 A
- Fréquence de clignotement : 0,4 à 2,5 Hz
- Puis. max. ampoule halogène : 60 W
- Dimensions circuit imprimé : 31 x 34 mm
- Trimmer de réglage de la vitesse de
clignotement
CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU CLIGNOTEUR A LED :
- Alimentation : 9 Vcc
- Consommation max : 40 mA
- Deux vitesses de clignotement :
“Slow” (lent) entre 1 et 2 Hz
“Fast” (rapide) entre 2 et 65 Hz
- Dimensions circuit imp. : 55 x 32 x 40 mm
- Fonctionnement stable pendant environ
70 h à la fréquence de 1 à 3 Hz en
utilisant une pile ordinaire Zn/C


La nuit, le clignoteur à ampoule halogène pourra être utilisé comme balise de détresse pour automobiliste
ou motard et, celui à LED, étant donnée sa faible consommation (voir ses caractéristiques techniques), pourra
être utilisé par un piéton ou un cycliste.


La balise de détresse halogène :
Figure 1 : Schéma électrique du clignoteur halogène et table de vérité de la NAND.
La sortie de cette dernière se met au niveau logique bas seulement quand les
deux entrées sont au niveau logique haut.


Le schéma électrique :
Il se trouve fi gure 1 : au premier coup d’oeil on voit qu’il s’agit d’un multivibrateur astable avec sortie de puissance à MOSFET. Un circuit classique, mais avec quelques perfectionnements tout de même : on doit en effet, à partir d’une tension continue de 12 V, produire une série cyclique d’impulsions rectangulaires d’amplitude constante, afi n d’alimenter l’ampoule halogène de telle manière qu’elle émette des éclairs
lumineux au rythme de la fréquence de travail du multivibrateur. En dehors de la diode de protection D1, il n’y a de composant actif que le MOSFET de puissance T1 et la quadruple gâchette NAND 4093 (c’est justement une des portes logiques constituant l’astable). En effet, U1a est montée en confi guration classique et donc elle se sert du cycle de charge/décharge d’un condensateur électrolytique C1 à travers la résistance
équivalente formée par la série R2/R3. Le tout fonctionne grâce à la caractéristique de “Schmitt-trigger” (déclencheur de S.) des entrées des NAND que contient le 4093, lequel permet des seuils de commutation différenciés entre le passage 0/1 logiques et le passage 1/0.

La table de vérité d’une NAND à deux entrées, associée au schéma électrique, permet de comprendre facilement le fonctionnement du multivibrateur : l’état logique de la sortie reste à 1 quand au moins une des entrées est à 0, mais elle passe à 0 si les deux entrées sont à 1. Pour un fonctionnement plus
stable, nous maintenons à 1 la broche 1 du 4093 en le reliant au positif de la ligne d’alimentation (fi ltrée par R1, C2 et C3), nous relions ensuite la sortie de U1a à l’entrée restante à travers la série R2/R3 et enfi n la broche 2 à la masse avec C1. Supposons que C1 soit déchargé à la mise sous tension du circuit : la sortie de U1a est au niveau logique haut car la broche 2 est à 0 (mais elle le reste peu : juste le temps qu’il faut pour que la série R2/R3 achemine le courant fourni par la broche 3 vers C1 qui se charge jusqu’à ce que sa tension dépasse le seuil de commutation correspondant à l’état 1 en sortie). La NAND voit alors ses deux
entrées au niveau logique haut et contraint sa broche 3 à prendre le niveau logique bas. Là, deux choses se passent, une interne et l’autre externe : vue la construction des entrées du 4093, quand la sortie d’une gâchette logique se met à l’état bas, les seuils (c’est-àdire les niveaux de tension au-dessous desquels les entrées doivent descendre pour obtenir à nouveau l’état haut en sortie) s’abaissent. Ce qui veut dire que la
sortie ne reprend le niveau logique 1 que si le potentiel sur la broche s’abaisse par rapport à celui ayant provoqué la commutation de 1 à 0 (cette caractéristique est déterminante pour obtenir le fonctionnement
astable qui, sans elle, ne pourrait avoir lieu).

À l’extérieur du 4093, l’état 0 à la sortie de la NAND oblige maintenant C1 à se décharger à travers la série de résistances, jusqu’à ce que la tension à ses extrémités soit descendue en dessous du seuil minimum (lequel correspond au 0 logique) : dès que cela arrive, la NAND voit que sa broche 2 est au 0 et force sa broche 3 à se mettre au 1 logique. Et tout recommence comme avant : nous avons à faire à un phénomène cyclique produisant une onde rectangulaire dont le rapport cyclique est conditionné par la durée des niveaux logiques 1 et 0 à la sortie de la NAND U1a et dont la fréquence dépend strictement de la résistance insérée avec le trimmer R2 (monté en confi guration de rhéostat mi fi xe). En pratique, la fréquence d’oscillation varie de 0,4 Hz (R2 avec le maximum de résistance insérée) et 2,5 Hz (R2 en court-circuit).

La composante rectangulaire produite par l’astable pourrait piloter directement la gâchette du MOSFET T1, toutefois elle est d’abord inversée par trois NAND en parallèle, utilisées chacune comme inverseur logique. Le choix des trois gâchettes est dû à la nécessité de fournir ces pics de courant que la gâchette de T1 réclame exclusivement en face des fronts de commutation de l’onde rectangulaire : en effet, la gâchette a
une nature capacitive et donc le courant qui la traverse pendant une très brève période transitoire sert à la charger. Comme nous disposons de quatre portes, pourquoi ne pas utiliser les restantes pour abaisser la résistance de sortie du multivibrateur ? On obtient ainsi une commutation plus franche et donc un clignotement plus net. Le MOSFET a pour rôle d’allumer l’ampoule halogène : de son drain sort le courant qui lui est destiné (ce composant fonctionne comme un interrupteur statique). L’ampoule doit être reliée une électrode au positif d’alimentation 12 V et l’autre au drain de T1. Ainsi, chaque fois que la gâchette reçoit une impulsion positive, il conduit presque comme le contact d’un interrupteur et ferme le circuit d’alimentation sur l’ampoule.
Celle-ci doit être une 12 V 20 W et le montage consomme environ 1,8 A. Pensez-y pour prévoir l’autonomie de la batterie du véhicule (si c’est une moto…) : le rapport cyclique de 50 % produit des durées égales d’allumage et d’extinction et donc en une heure vous aurez consommé 0,9 A/h.

Figure 2a : Schéma d’implantation
des composants du clignoteur
halogène.


Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1,
du circuit imprimé du clignoteur
halogène




La réalisation pratique :
Une fois réalisé, par la méthode indiquée dans le numéro 26 d’ELM (voir aussi les publicités de nos annonceurs), le petit circuit imprimé dont la fi gure 2b donne le dessin à l’échelle 1, montez les quelques composants comme le montrent les fi gures 2a et 3. L’ampoule est ensuite visée dans le bornier enfi - chable vertical à deux pôles et la platine connectée à la batterie 12 V du véhicule (par exemple à l’aide d’un long fi l doté d’une fi che allume-cigares).
Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine du clignoteur halogène.



Liste des composants clignoteur halogène. :
R1......1 kΩ
R2......47 kΩ trimmer
R3......10 Ω
C1......100 μF 25 V électrolytique
C2......100 μF 25 V électrolytique
C3......100 nF multicouche
D1......1N4007
U1......CMOS 4093B
T1 ......IRFZ44
Divers :
1 ...... bornier 2 pôles
1 ...... bornier 2 pôles
vertical enfi chable
1 ...... support 2 x 7
Sauf spécifi cation contraire, toutes les
résistances sont des 1/4 W à 5 %.




Le clignoteur à LED :
Figure 4 : Schéma électrique du clignoteur à LED. Le multivibrateur astable
est constitué de T1 et T2. On peut faire varier la fréquence du clignotement
avec le trimmer RV1 et le commutateur SW1.


Le schéma électrique :
C’est (encore) un multivibrateur astable, mais à transistor cette fois ! Un circuit élémentaire auquel on a ajouté, ici aussi, des perfectionnements comme un interrupteur permettant de sélectionner deux gammes de fréquence et un trimmer pour régler fi nement la fréquence à l’intérieur de chacune des deux gammes.

On comprend mieux l’astable en supposant qu’on est au moment de la mise sous tension : tous les condensateurs sont déchargés. La pile de 9 V a été reliée aux points +9 V et – et SW1 est l’interrupteur M/A. Au début, tous les transistors sont interdits et donc aucun courant ne circule de leurs collecteurs vers le négatif de la pile. À cause de la tolérance des composants, aussi bien actifs que passifs, il arrive que l’un des
transistors conduise avant un autre et le maintienne en interdiction (le premier, parmi T1 et T2, conduit et interdit l’autre). Supposons que ce soit T1 qui commence : son collecteur prend le niveau de saturation (environ 200 mV) et permet la charge de C1 sous l’effet du courant qui le traverse (en passant par le
+9 V et R2). A un certain point la tension aux extrémités de C1 atteint un niveau tel que, ajoutée à la chute de tension Vce de T1, elle prend un potentiel supérieur à celui du seuil de la jonction baseémetteur
de T2. Ce dernier est alors contraint de conduire et le potentiel de son collecteur chute. Le courant consommé par le collecteur s’écoule dans R3 et C2, lequel se décharge et se voit contraint de se recharger selon une constante de temps dépendant de l’addition de R5, R6 et RV1, avec polarité opposée à celle
prise précédemment. Quand la somme du potentiel atteint par C2 et de la Vce de saturation de T2 dépasse la Vbe de seuil de T1, ce dernier est à nouveau saturé et interdit de force T2. Le cycle recommence alors indéfi niment jusqu’à la coupure de l’alimentation. Finalement, l’astable entre dans un fonctionnement cyclique déterminant l’alternance des états de saturation et d’interdiction entre T1 et T2, ce qui produit entre
collecteur et émetteur de chacun d’eux deux signaux rectangulaires en opposition de phase. Plus précisément, l’onde située sur le collecteur du premier est au 0 logique quand celle présente sur le collecteur du second est au niveau logique haut et vice versa. La composante variable produite par T2 alimente, à travers la résistance de polarisation dynamique R4, la base d’un troisième transistor dont le collecteur, à chaque niveau logique haut, se met à environ 0 V, ce qui a pour effet de soumettre la série de LED (LD1/LD2) à une différence de potentiel suffi sante pour les polariser et les faire s’allumer. T3 fournit aux LED un courant limité par R7. Les LED clignotent à une fréquence dépendant des valeurs des électrolytiques et des résistances utilisées (ou plus exactement la valeur prise par le trimmer RV1 monté en
rhéostat et par R5).

En effet, grâce à l’interrupteur SW2, il est possible d’obtenir deux constantes de temps, de façon à pouvoir faire travailler le circuit selon deux gammes de fréquence : “gamme” car, outre le fait de pouvoir insérer R5 ou non, avec RV1 on peut régler la fréquence de chaque gamme du minimum au maximum. Avec SW2 ouvert on obtient la gamme la plus basse (réglable par RV1 de 1 à 2 Hz) et avec SW2 fermé la plus haute (réglable par RV1 de 2 à 65 Hz). Les rapports cycliques correspondants allant de 10 à 50 %. Récapitulons : les LED s’allument ensemble une à deux fois par seconde si SW2 est ouvert et de deux à soixante fois par seconde s’il est fermé.

Ce petit clignotant peut fonctionner avec tout type d’alimentation pourvu qu’elle fournisse une tension de 9 Vcc, stabilisée si possible (sinon le clignotement peut être irrégulier, ce qui n’est pas un inconvénient en utilisation nocturne à pied ou à vélo, une pile, rechargeable ou non, faisant alors parfaitement l’affaire). La consommation n’est guère supérieure à 50 mA. Comme pour le clignoteur précédemment décrit, on peut évaluer l’usure de l’accumulateur en fonction de la fréquence de clignotement, soit du rapport cyclique : à 1 Hz (10 %) un peu plus de 6 mA/h, à 2 Hz (15 %) 10 mA/h. Pour être “bien vu”, nul besoin de dépasser 3 à 4 Hz.
Figure 5a : Schéma d’implantation des composants du clignoteur à LED.



Figure 5b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du clignoteur à LED.



La réalisation pratique :
Quand vous disposez du circuit imprimé dont la fi gure 5b donne le dessin à l’échelle 1, montez les quelques composants comme le montrent les fi gures 5a et 6. Ne vous trompez pas dans la polarité des LED (leur méplat correspond à la cathode). Utilisez un boîtier pour loger la pile ou la batterie rechargeable 9 V type 6F22 ou alors un boîtier (facile à fi xer directement sur le corps du piéton ou du cycliste) pour l’ensemble du
petit montage (avec orifi ces rectangulaires pour les deux interrupteurs et deux autres cylindriques pour les deux LED à haute luminosité).

Figure 6 : Photo d’un des prototypes de la platine du clignoteur à LED.


Liste des composants clignoteur à LED :
R1 .... 1 kΩ
R2 .... 1 kΩ
R3 .... 1 kΩ
R4 .... 1 kΩ
R5 .... 100 kΩ
R6 .... 2,2 kΩ
R7 .... 22 Ω
RV1 . 100 kΩ trimmer
C1 .... 100 μF électrolytique
C2 .... 10 μF électrolytique
T1 .... BC547
T2..... BC547
T3..... BC547
LD1 .. LED 5 mm blanche haute
luminosité
LD2 .. LED 5 mm blanche haute
luminosité
SW1.. inverseur à glissière
SW2.. inverseur à glissière
Divers :
1 .......porte-pile 9 V

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