{"id":1441,"date":"2020-03-30T09:42:22","date_gmt":"2020-03-30T07:42:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ardpylab.fr\/?page_id=1441"},"modified":"2021-03-31T14:07:11","modified_gmt":"2021-03-31T12:07:11","slug":"dipoles-rc-activite-4","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.ardpylab.fr\/?page_id=1441","title":{"rendered":"Dip\u00f4les RC – Activit\u00e9 4"},"content":{"rendered":"\n

\u201d <\/em>Simulation d\u2019un flash photographique<\/em><\/span> \u201d<\/em><\/h2>\n\n\n\n

 <\/p>\n

. Objectif<\/span><\/span><\/strong><\/h4>\n

L\u2019objectif de cette activit\u00e9 est de simuler le flash d\u2019un appareil-photo \u00e0 l\u2019aide d\u2019une diode \u00e9lectroluminescente (DEL) blanche dans le circuit de d\u00e9charge d\u2019un condensateur selon le circuit suivant :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Dans ce circuit, quand l\u2019interrupteur est en position 1, le condensateur se charge \u00e0 travers la r\u00e9sistance R<\/strong> et quand l\u2019interrupteur est en position 2, le condensateur se d\u00e9charge dans la r\u00e9sistance R\u2019<\/strong> et la DEL.<\/p>\n

Pour simuler un flash, la DEL doit \u00e9clairer pendant une courte dur\u00e9e. La constante de temps du circuit de d\u00e9charge doit donc \u00eatre petite.<\/p>\n

On prendra\u00a0:<\/p>\n

. R= 1 k\u2126, R\u2019 = 100 \u2126, C= 470 \u00b5F<\/p>\n

. E = 5 V (Vcc Arduino)<\/p>\n

. DEL blanche (tension de seuil = 2,5 V)<\/p>\n

La constante de temps du circuit de d\u00e9charge est alors\u00a0:<\/p>\n

\u03c4 =<\/strong> R C = 100 x 470.10-6<\/sup> = 47 mS<\/strong><\/p>\n


On utilisera un relais \u00e9lectrom\u00e9canique, par exemple le SRS-06VDC-SL<\/strong>, pour jouer le r\u00f4le de l\u2019interrupteur.<\/p>\n

\u00a0<\/p>\n

<\/a>. Les relais<\/span><\/strong><\/span><\/h4>\n\n\n\n
\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Un relais \u00e9lectrom\u00e9canique, c’est un interrupteur command\u00e9 par un \u00e9lectroaimant.  On l’utilise g\u00e9n\u00e9ralement pour isoler un circuit de commande (qui actionne l’\u00e9lectroaimant) d\u2019un circuit de puissance (qui est contr\u00f4l\u00e9 par l’interrupteur)<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


Le type de relais le plus simple est le relais SPST (\u00ab\u00a0Single pole single throw\u00a0\u00bb). Il est muni de 4 connecteurs :  2 connecteurs pour le contr\u00f4le de l’\u00e9lectroaimant, et deux connecteurs reli\u00e9s \u00e0 l’interrupteur.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

L’interrupteur bloque le courant du circuit de puissance si aucun courant ne circule dans l’\u00e9lectroaimant, et laisse circuler le courant si un courant circule dans l’\u00e9lectroaimant (on entend un petit \u00ab\u00a0clic\u00a0\u00bb lorsque l’interrupteur change d’\u00e9tat).<\/p>\n


Par exemple, le relais Grove 103020005<\/strong> est un relais SPST qui agit comme un interrupteur normalement ouvert :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Il permet de commuter des charges plus \u00e9lev\u00e9es que ce que permettent les cartes Arduino. En effet, avec un relais, il est possible par exemple de contr\u00f4ler un moteur fonctionnant sous 9 V continu.<\/p>\n

Ce module est aliment\u00e9 en 5V par l\u2019Arduino et se raccorde (broche \u00ab\u00a0Signal\u00a0\u00bb) <\/strong>sur une sortie digitale, comme dans le circuit suivant :<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n

 <\/p>\n\n\n\n

Avec ce circuit, quand la sortie digitale 2 de l\u2019Arduino est \u00e0 un niveau bas, le relais agit comme un interrupteur ouvert, le circuit du moteur est donc ouvert et le moteur ne tourne pas. Au contraire, quand la sortie digitale 2 est \u00e0 un niveau haut, le relais fait contact, la DEL du module s’allume, le circuit du moteur est ferm\u00e9 et le moteur tourne.<\/p>\n

C\u2019est avec le bouton poussoir qu\u2019on donnera l\u2019ordre \u00e0 l\u2019Arduino d\u2019allumer ou d\u2019\u00e9teindre le moteur :<\/p>\n

– bouton appuy\u00e9 : le moteur tourne (sortie digitale 2 \u00e0 HIGH)<\/p>\n

– bouton rel\u00e2ch\u00e9 : le moteur est arr\u00eat\u00e9 (sortie digitale 2 \u00e0 LOW)<\/p>\n

 <\/p>\n

Voici le code<\/a> permettant de contr\u00f4ler un relais Grove avec un bouton poussoir :<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

 <\/p>\n\n\n\n

D\u00e9roulement du programme<\/u><\/strong> :<\/strong><\/p>\n

– 1. D\u00e9claration des constantes et variables :<\/p>\n

. const int buttonPin = 12<\/strong>        (broche du bouton poussoir)<\/p>\n

. const int relayPin = 2<\/strong>             (broche du relais)

<\/p>\n

– 2. Initialisation des entr\u00e9es et sorties :<\/p>\n

. Initialisation de la broche du relais en sortie,<\/strong><\/p>\n

. Initialisation de la broche du bouton poussoir en entr\u00e9e.

<\/strong><\/p>\n

– 3. Fonction principale en boucle :<\/p>\n

. Lecture de l\u2019\u00e9tat logique de la broche du bouton poussoir<\/strong><\/p>\n

. Mise \u00e0 jour de la valeur de la broche du relais en fonction de la valeur de la broche du bouton poussoir :<\/strong><\/p>\n

– bouton appuy\u00e9 (buttonState =1) : broche du relais \u00e0 HIGH<\/strong><\/p>\n

– bouton rel\u00e2ch\u00e9 (buttonState =0) : broche du relais \u00e0 LOW<\/strong><\/p>\n\n\n\n

 <\/p>\n

<\/a>Cependant un relais SPST n\u2019est pas adapt\u00e9 \u00e0 notre activit\u00e9. Nous allons plut\u00f4t utiliser un relais SPDT (\u00ab\u00a0Single pole double throw\u00a0\u00bb)<\/p>\n

Dans ce type de relais, l’interrupteur est remplac\u00e9 par un commutateur.  Le relais comporte maintenant 5 connecteurs :  en plus des deux connecteurs reli\u00e9s \u00e0 l’\u00e9lectroaimant, il y a un connecteur \u00ab\u00a0COM\u00a0\u00bb (commun), un connecteur \u00ab\u00a0NC\u00a0\u00bb (normally closed) et un connecteur \u00ab\u00a0NO\u00a0\u00bb (normally open).<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


En absence ou en pr\u00e9sence de courant circulant dans l’\u00e9lectroaimant, le connecteur COM est en contact avec le connecteur NC ou le connecteur NO.<\/p>\n

Voici le sch\u00e9ma de c\u00e2blage du relais SRS-06VDC-SL que nous allons utiliser (vue de dessous en absence de courant dans la bobine) :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


Contrairement au module Relais Grove, qui dispose d\u00e9j\u00e0 de son circuit de contr\u00f4le pour faire circuler ou pas un courant dans la bobine de commutation en fonction de la tension appliqu\u00e9e sur la broche \u201dSignal\u201d<\/strong>, le relais SRS-06VDC-SL, lui n\u2019en dispose pas.<\/p>\n

Il faut donc ajouter un circuit de contr\u00f4le \u00e0 notre relais pour commuter de la position NC \u00e0 NO. Pour cela, nous allons utiliser un transistor bipolaire NPN (BC547B) en mode interrupteur command\u00e9 avec le circuit suivant :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

 <\/p>\n

<\/a>Les transistors bipolaires (BJT pour Bipolar Junction Transistor) sont des composants \u00e0 trois broches, sur lesquelles on peut appliquer une tension \u00e9lectrique. Les trois broches portent les noms suivants: Collecteur<\/strong>, Base<\/strong> et \u00c9metteur<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

On distingue deux types de transistors bipolaires : les transistors NPN et les transistors PNP.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Il existe une tension entre chaque paire de broche, ainsi qu’un courant qui passe dans chaque broche. Cela fait en tout trois tensions not\u00e9es VCE<\/sub><\/em><\/strong>, VCB<\/sub><\/em><\/strong>, VBE<\/sub><\/em><\/strong> et trois courants not\u00e9s IC<\/sub><\/em><\/strong>, IB<\/sub><\/em><\/strong> et IE<\/sub><\/em><\/strong>.<\/p>\n

Ceux-ci sont reli\u00e9s par les \u00e9quations suivantes :<\/p>\n

VCE <\/sub>= VCB<\/sub><\/em><\/strong> + VBE<\/sub><\/em><\/strong><\/p>\n

IE<\/sub><\/em><\/strong> = IB<\/sub><\/em><\/strong> + IC

<\/sub><\/em><\/strong><\/p>\n

On peut consid\u00e9rer, \u00e0 quelques d\u00e9tails pr\u00e8s, qu’un transistor est compos\u00e9 de deux diodes mises en s\u00e9rie dans des sens oppos\u00e9s :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Le fonctionnement d\u2019un transistor bipolaire NPN en interrupteur command\u00e9 consiste \u00e0 activer la base, pour qu’elle permette au courant pr\u00e9sent dans le collecteur de s’\u00e9couler jusqu’\u00e0 l’\u00e9metteur.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Quand le courant de base est nul, le transistor est bloqu\u00e9 :<\/p>\n

VBE<\/sub> = 0 <\/strong>–><\/strong> Ic = IE<\/sub> = 0 <\/strong><\/p>\n

Il est \u00e9quivalent \u00e0 un interrupteur ouvert :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


Quand le courant de la base est suffisant, le transistor est satur\u00e9 :<\/p>\n

. VBE<\/sub> = 0,7 V (tension de seuil de la diode base-\u00e9metteur), le transistor est alors passant.<\/p>\n

. Pour \u00eatre satur\u00e9, il faut que : Ib<\/sub> > Ic<\/sub>\/\u03b2 <\/strong>o\u00f9 \u03b2 est le gain en courant du transistor (Ib<\/sub> x \u03b2 = Ic<\/strong>), aussi souvent appel\u00e9 Hfe dans les fiches techniques des constructeurs.<\/p>\n

Le transistor est alors \u00e9quivalent \u00e0 un interrupteur ferm\u00e9 :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


La r\u00e9sistance de la base doit \u00eatre calcul\u00e9e pour avoir un courant Ib<\/sub> suffisant.<\/p>\n

Avec le circuit de contr\u00f4le pour notre relais, on peut calculer la r\u00e9sistance de la base. En premier il faut d\u00e9terminer le courant Ic <\/sub>:<\/p>\n

Ic<\/sub> = Ubobine relais<\/sub> \/ Rbobine relais<\/sub><\/strong><\/p>\n

. Rbobine <\/sub>= 120 \u2126<\/p>\n

. Ubobine<\/sub> = 5 – Vce sat<\/sub><\/p>\n

(La tension Vce sat <\/sub>est proche de 0 V mais pas nulle. Vce sat <\/sub>\u2248 0,2 V)<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Donc : Ic<\/sub> = 4,8 \/ 120 = 0,04 A = 40 mA<\/strong><\/p>\n

Le courant de la base Ib<\/sub> doit \u00eatre suffisant pour saturer le transistor:<\/p>\n

Ib <\/sub>> Ic<\/sub> \/ \u03b2<\/strong><\/p>\n

 <\/p>\n

D’apr\u00e8s la documentation du constructeur du transistor BC<\/strong>547B<\/strong>, \u03b2 est au moins \u00e9gal \u00e0 200 :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


Il faut donc : Ib<\/sub> min = 40 \/ 200 = 0,2 mA<\/strong><\/p>\n

Connaissant Ib<\/sub>, il est maintenant possible de calculer Rb<\/sub> :<\/p>\n\n\n\n

Rb<\/sub> = URb<\/sub> \/ Ib<\/sub><\/strong><\/p>\n

VBE<\/sub> + URb<\/sub> = 5 V  avec VBE<\/sub> = 0.7 V (tension de seuil de la diode)<\/strong><\/p>\n

 <\/p>\n

Donc : URb<\/sub> = 5 – Vbe = 5 – 0,7 = 4,3 V<\/strong><\/p>\n

             Rb = 4,3 \/ 0,2.10-3<\/sup> = 21 500 \u2126 = 21,5 k\u2126

<\/strong><\/p>\n

La r\u00e9sistance de la base doit donc \u00eatre au maximum \u00e9gale \u00e0 21,5 k\u2126 pour que le courant ib<\/sub> soit au minimum de 0,2mA.<\/p>\n

Dans notre circuit de contr\u00f4le du relais, la r\u00e9sistance Rb<\/sub> utilis\u00e9e \u00e9tant de 2,2 k\u2126, le courant ib<\/sub> est alors d\u2019environ 2 mA.<\/p>\n

Nous sommes donc assur\u00e9s de saturer le transistor quand une sortie digitale de l\u2019Arduino reli\u00e9e \u00e0 Rb est \u00e0 un niveau haut (5V) et ceci sans danger pour la sortie de l\u2019Arduino (rappel : I max sortie = 20 mA), selon le circuit suivant :<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n

 <\/p>\n\n\n\n

Avec le m\u00eame programme que pour le contr\u00f4le du relais Grove, il est possible de contr\u00f4ler le relais SRS-06VDC-SL :<\/p>\n

– bouton appuy\u00e9 :<\/p>\n

–> Sortie digitale 2 \u00e0 HIGH
–> Le transistor est satur\u00e9
–> Un courant circule dans la bobine du relais
–> Le relais commute en position NO<\/p>\n


– bouton rel\u00e2ch\u00e9 :<\/p>\n

–> Sortie digitale 2 \u00e0 LOW
–> Le transistor est bloqu\u00e9
–> Aucun courant dans la bobine du relais
–> Le relais commute en position NC<\/p>\n

 <\/p>\n

Exemple d\u2019application<\/u> :<\/p>\n

Le circuit suivant permet d\u2019allumer la DEL rouge ou la DEL verte avec un bouton poussoir et le programme de contr\u00f4le d\u2019un relais :<\/p>\n

– bouton rel\u00e2ch\u00e9 : La DEL rouge est allum\u00e9e et la DEL verte est \u00e9teinte,<\/p>\n

– bouton appuy\u00e9 : La DEL verte est allum\u00e9e et la DEL rouge est \u00e9teinte.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n

 <\/p>\n\n\n\n

Le circuit de puissance est alors (relais vu de dessous) :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Avec R = 220 \u03a9 <\/p>\n\n\n\n

 <\/p>\n

En transposant cet exemple \u00e0 notre circuit de simulation de flash, le circuit de puissance devient :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Ainsi en l\u2019absence de courant dans la bobine de l\u2019\u00e9lectroaimant, le condensateur se charge \u00e0 travers la r\u00e9sistance R et quand un courant circule dans la bobine, le condensateur se d\u00e9charge dans R\u2019 et la DEL.

<\/p>\n

<\/a>Le circuit de l\u2019activit\u00e9 est alors :<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n


. Liste des composants<\/u><\/strong><\/span><\/h4>\n

. 1 condensateur<\/a> de 470 \u00b5F (C chimique : attention \u00e0 la polarit\u00e9<\/strong>)
<\/strong>. 1 r\u00e9sistance de 10 k\u03a9<\/a> (r\u00e9sistance du bouton poussoir)
. 1 bouton poussoir<\/a>
. 1 transistor bipolaire NPN (BC547B)<\/a>
. 1 r\u00e9sistance<\/a> de 2,2 k\u03a9 (r\u00e9sistance du transistor)
. 1 relais SRS-06VDC-SL<\/a>
. 1 r\u00e9sistance<\/a> de 1 k\u03a9 (r\u00e9sistance de charge du condensateur)
. 1 r\u00e9sistance<\/a> de 100 \u03a9 (r\u00e9sistance de d\u00e9charge du condensateur)
. 1 DEL<\/a> blanche<\/p>\n\n\n\n

 <\/p>\n

. Le programme<\/span><\/strong><\/span><\/h4>\n

Voici le code de l\u2019activit\u00e9<\/a> :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n


D\u00e9roulement du programme<\/u><\/strong> :<\/strong><\/p>\n

– 1. D\u00e9claration des constantes et variables :<\/p>\n

. const int PinUC = 0                    <\/strong>(broche A0 du condensateur)<\/p>\n

. const int buttonPin = 12<\/strong>          (broche du bouton poussoir)<\/p>\n

. const int PinRelay = 2<\/strong>               (broche du relais)<\/p>\n

. int ValPinUc = 0<\/strong>     <\/strong>(variable nombre entier pour stocker la valeur de la broche du condensateur)<\/p>\n

. float Uc = 0.0<\/strong>           <\/strong>(variable nombre d\u00e9cimal pour stocker le r\u00e9sultat du calcul de la tension Uc)<\/p>\n

. <\/strong>int StateHigh = 0   <\/strong> <\/strong>(variable nombre entier indiquant si la broche du relais est \u00e0 l’\u00e9tat haut )<\/p>\n

. <\/strong>int StateLow = 0    <\/strong>  <\/strong>(variable nombre entier indiquant si la broche du relais est \u00e0 l’\u00e9tat bas)<\/p>\n

. int ValButton = 0     <\/strong>(variable nombre entier pour stocker la valeur de la broche du bouton poussoir)

<\/p>\n

– 2. Initialisation des entr\u00e9es et sorties :<\/p>\n

. Initialisation de la broche du relais en sortie,<\/strong><\/p>\n

. Initialisation de la broche du bouton poussoir en entr\u00e9e,<\/strong><\/p>\n

. Charge du condensateur.

<\/strong><\/p>\n

– 3. Fonction principale en boucle :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


R\u00e9sultats dans le moniteur s\u00e9rie<\/strong><\/u><\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n

 <\/p>\n\n\n\n

Remarque<\/u> :<\/p>\n

On peut voir, dans le moniteur s\u00e9rie, que le condensateur se d\u00e9charge jusqu\u2019\u00e0 atteindre la tension de seuil de la DEL blanche (environ 2,5 V).<\/p>\n

En effet, quand la tension aux bornes de la DEL est inf\u00e9rieure \u00e0 la tension de seuil, la diode n\u2019est plus passante, l\u2019intensit\u00e9 dans le circuit est nulle et le condensateur ne se d\u00e9charge plus.<\/p>\n\n\n\n

\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0<\/p>\n\n\n

\n
\n\n
\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n\n<\/div>\n\n
\n\n
\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n\n<\/div>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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