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mensuel

Connaître etr l'oscilloscope

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.Les multiplicateurs ou élévateurs de tensiony\stuce s visser dans des endroits inaccessibles

Connaître et utiliser les interrupteursLe calcul des composants : suite I

AAonter soi-même un atdo^aalo j(ZonnœWe- et utiliser les circuits de temporisation j

Assures à l'oscilloscope : suite j« yMorsy salace. ? » s

Petites Annonces (gratuites

CUA sowwnoà^e. d'elex 58 , septembre 1993

un anioniseurpout* détendre I atmosphèreave.cz dessin de circuit imprimé !

un oscilloscope "de pocke"à ajjickacje sur matrice de ]—(îzX)cxve.c dessins de circuits imprimés !

j un ê-(ZonovY\\se-u^ d} ampoulesà \ncc\n(^e.s<ze-nc.e

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j U n I^ODOT |Ck\OTO |C?r\l I e (il court après la lumière pas après l'argent)

av&c dessin de circuit imprimé !

j un ceil magiquecomme, sur les anciens récepteurs radio

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cxve-C- dessin de circuit imprimé !

un circuit d'allumage automatique des pkares

un interrupteur temporisé

un interrupteur pou^ alarme automobile

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Annonceurs:B.H. ÉLECTRONIQUE p. 57 - COMPOSIUM p. 57' —

ÉLECTRON SHOP p. 43 - J.REBOUL p. 43-LAYO FRANCE p. 57 — MAGNÉTIC FRANCE p. 59 - MICROPROCESSOR p. 57 —

PUBLITRONIC pp. 5, 63 et 64—SÉLECTRONIC pp. 2, 61, 62, 63 et 64 -

TSME p. 43 - URS MEYER ELECTRONIC SA p. 43 —

Le propre du oénle est de fournir des Idées aux crétinsquelques années plus tard (Louis Aragon).

P.S. : Je remercie tous leslecteurs, souvent fidèlesdepuis le premiernuméro, qui nous ontencouragés dans leurslettres, par une critiqueconstructive et descommentaires personnels -dont nous nous sommesefforcés de tenir comptedans la mesure de leurcompatibilité avec nos propresidées et surtout nos moyens -mais auxquels je n'ai pas eu leloisir de répondreindividuellement dans lesformes qui eussent convenu.Qu'ils ne se privent pas dereprendre leur plume : nous nouslaisserons volontiers inspirer parleurs conseils et leurs désirs.

Eh ! oui, le titre ci-dessus a beau être équivoque, c'estle dernier numéro d'ELEx que vous tenez entre vos mains. A partir dumois prochain, en effet, ELEX ne paraîtra plus sous sa forme habituellede cahier autonome de 64 pages. Autrement dit : ELEX, c'est bien fini !

Tout revers a sa médaille, heureusement, et moi le goût duparadoxe : vous retrouverez donc "votre" ELEX tous les mois, dans leskiosques et, pour les abonnés, dans votre boîte à lettres, sous la formed'un supplément au magazine d'électronique ELEKTOR. C'est pourquoiil n'est pas faux d'affirmer: Elex, ce n'est pas fini ! Car ce ne sont niles idées ni les projets qui nous font défaut, ni même l'énergie etl'enthousiasme. C'est plutôt d'un manque de lecteurs que nous aurions ànous plaindre... Un problème de fond(s) ! Après plusieurs mois d'analyse,d'étude et de réflexion, les responsables de la stratégie de notre entreprisejugent sans appel que ni la progression des ventes d'ELEx. ni ses recettespublicitaires ne permettront de maintenir encore longtemps la publicationautonome de cette revue d'initiation à l'électronique au niveau qui fut lesien depuis son apparition en langue française en 1988. or une baisse deniveau nous précipiterait au cœur de la mêlée, là précisément où sévit uneconcurrence aussi fournie que peu embarrassée de scrupules de qualité.

C'est pourquoi il a été proposé à la rédaction d'intégrer ELEX dansELEKTOR. VOUS n'ignorez sans doute pas que ces deux titres sont issus d'unemême équipe internationale et du même laboratoire indépendant, doté del'appareillage de mesure moderne indispensable à la mise au point de schémasde la qualité que l'on sait. C'est de cette formule unique au monde qu'ELEX abénéficié cinq ans durant sous sa forme actuelle, et dont il continuera debénéficier, nous l'espérons et le souhaitons vivement, sous sa nouvelle formeintégrée. Dès octobre, les abonnés d'ELEx trouveront dans leur boîte à lettres unexemplaire du magazine... ELEKTOR, avec son nouveau supplément. En kiosqueaussi on verra ELEKTOR faire le kangourou, avec une double page de couvertureportant les deux logos, et à l'intérieur, bien sûr, votre supplément ELEX.

Que nos fidèles élexéens ne se laissent pas effrayer par laréputation 'en béton' d'ELEKTOR. Car nous n'en sommes qu'à lapremière étape d'une évolution progressive de ce magazine deréférence vers une formule renouvelée, encore plus riche, encoreplus variée, adaptée aussi désormais aux besoins des lecteursqu'ELEX satisfaisait jusqu'à présent. Après, il n'est pas impossibleque l'esprit d'ELEx souffle à nouveau plus fort, et réapparaisse ici oulà sous la forme par exemple de numéros supplémentaires horssérie que nous vous annoncerons à temps (dans les colonnesd'ELEKTOR) afin de vous permettre d'en réserver un exemplaire.Pour l'heure, nous vous laissons au plaisir de lire ce dernier numéroque nous ouvrons par un rappel de la loi d'or des arts et des sciences :

C'EST CELUI QUI DÉTIENT L'OR QUI FAIT LA LOI.

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DENIS MEYER

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' elex n9 58» SEPTEMBRE 1993 • 5

Si l'on a besoin pour un montage d'unetension constante supérieure à celle quedélivre le secondaire du transformateurdont on dispose, il n'est pas forcémentnécessaire de changer de transformateuret encore moins conseillé de brancher sonsecondaire sur le secteur s'il n'est pasexpressément prévu pour: même soussurveillance médicale, les secours ne lesauveraient pas. Une poignée de diodes etde condensateurs câblés'fen « défecteur decrête » et « translateur de potentiel » vousmultiplieront la tension d'origine (alter-native)... à vos risques et périls.

doubleur de tension Latour

La tension continue présente à la sortied'un bloc secteur ordinaire constitué sim-plement d'un transformateur, d'un redres-seur et d'un condensateur de lissage estsupérieure à la tension nominale, efficace,du transformateur. Si l'on néglige lesseuils des diodes elle est V2 fois plus éle-vée : c'est la tension de crête, appelons-laû. Nous pouvons dire que ce dispositif, enl'absence de charge, est un détecteur decrête. Ne pourrions-nous pas disposer dela tension de crête à crête, soit 2-û? Cen'est pas trop demander. Sur la figure 1 lecondensateur Cl se charge lors de l'alter-nance positive, l'autre, C2, profite del'alternance négative. À chacun son alter-nance et les diodes évitent, quand uncondensateur fait le plein, que l'autre enprofite pour se vider. Comme les deuxcondensateurs sont en série, la charge RL

(si elle n'est pas excessive) a à ses bornesla tension désirée, amputée seulement desseuils des diodes. On appelle cette sortede montage qui détecte deux fois la ten-sion de crête : « doubleur Latour ».

doubleur de tension schenkel

Nous avons, sur la figure 2, un autre typede doubleur de tension qui utilise le prin-cipe du détecteur de crête et celui dit dutranslateur de potentiel : c'est le doubleur

multiplicateursde tension

de tension Schenkel. Le translateur depotentiel est constitué par Cl et Dl.Lorsque la diode est passante, pendant lapremière alternance négative, le conden-sateur se charge à la tension de crête dusecondaire du transformateur. Pendantl'alternance suivante, Dl est bloquée etnous sommes en présence de deux géné-rateurs en série: le condensateur et lesecondaire du transformateur. La tensionà la partie supérieure du bobinage dusecondaire passe de 0 V à û. Lorsqu'elleest égale à û, la cathode de Dl est à 2û parrapport à son anode. Elle décroît ensuitejusqu'à 0 V pour la raison que la partiesupérieure du bobinage passe à - û quis'ajoutent au + û que nous avions précé-demment. Aux bornes de Dl, la tensionsinusoïdale, constamment positive, évolueentre 0 V et + 2û. La diode D2 associée àC2 constitue un détecteur de crête et, auxbornes de ce condensateur, la tension estconstante et égale à 2û, si l'on néglige lachute de tension due aux diodes. Le résul-tat est cependant un peu différent de celuiobtenu à l'aide du doubleur de tensionLatour.

Schenkel en cascade *

Le principe de Schenkel, appliqué en cas-cade, permet de faire monter plus haut latension. C'est ainsi que sont fabriquées leshautes tensions nécessaires au fonction-nement de certains tubes cathodiques oud'ioniseurs par exemple. La figure 3

compte trois doubleurs de tension. La ten-sion de sortie est de l'ordre de six fois latension de crête û du secondaire du trans-formateur. Comme cette représentationn'est pas des plus lisibles, on lui préfèredans la littérature celle de la figure 4.Nous en étions restés avec le doubleur detension à 2û aux bornes de C2. Nous enaurons autant aux bornes de C3, qui secharge par l'intermédiaire de D3 sous latension û du transformateur, à laquelles'ajoutent les 2û aux bornes de C2, donton retranche û de Cl : la différence depotentiel entre le point G et le point B dutransformateur, choisi comme référence,est de 3û. Le générateur constitué par cedernier condensateur et le secondaire dutransformateur permet d'obtenir une ten-sion de quatre fois la tension de crête aupoint D, cinq fois au point H : nous pour-rions ainsi continuer longtemps. Arrêtons-nous là pour l'instant et voyons quelscomposants permettent d'y parvenir.

le choix des composants

De tels dispositifs redresseurs ne présen-teraient aucun intérêt s'ils ne pouvaientdébiter du courant, comme n'importequelle alimentation. Le choix des conden-sateurs dépend de son intensité maxima-le pour laquelle la sortie ne doit pas semettre à genoux. Il serait inutile de faireatteindre des sommets à la tension à videsi nous ne pouvions pas la conserver encharge. La capacité des condensateurs doit

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donc être suffisante pour maintenir la dif-férence de potentiel constante aux bornesde la charge maximale. Dans le cas desdoubleurs de tension, on applique unerègle empirique qui prescrit une capacitéde 4,7 (J.F par mA d'intensité. La capacitédes condensateurs d'un doubleur de ten-sion qui délivrerait 20 mA serait donc de100 jaF (20-4,7). Pour un montage commecelui de la figure 4, la même règle devraitfonctionner, mais, même si l'on arrive àobtenir une tension efficace à peu prèsstable, l'ondulation résiduelle croît commele cube du nombre de cellules. Les ten-sions de service seront en tout cas supé-rieures à deux fois la tension de crête û.Quelles diodes choisir? Des diodescapables de supporter l'appel de courantà la mise sous tension... qu'il est préférablede limiter par une résistance en série avecle secondaire du transformateur. Ellesauront aussi à subir deux fois la tension decrête û, en inverse : les diodes de la série1N400X ont des caractéristiques satisfai-santes si les applications ne dépassent pasle domaine des très basses puissances (del'ordre de la dizaine de volts au secondai-re pour moins d'un ampère de débit).

domaine d'utilisation etinconvénients

Pourquoi ne pas se passer tout simple-ment de transformateur pour fabriquerdirectement ces "hautes tensions" à partirdu secteur, ou ne pas utiliser un transfor-mateur élévateur de tension, ou... Pour desimples raisons de sécurité et de matériel.Un transformateur dont le rapport detransformation est de 22 permet d'obtenir,à partir de la tension du secteur une ten-sion de 220/22 = 10 V. S'il n'est pas réver-sible et que l'on prenne le secondaire pourprimaire, il y a des chances pour qu'il nele supporte pas : les spires du secondairesont 22 fois moins nombreuses que cellesdu primaire et leur résistance, beaucoupplus faible, laisse passer un courant beau-coup plus important. Si les fusibles del'installation ne grillent pas, vous risquezgros. Ensuite, pour un transformateur declasse I par exemple, la tension d'isole-ment est de 2120 V au maximum, or latension obtenue au secondaire est de220 x 22, soit 4840 V : l'isolant va claqueret les enroulements se mettre en court-cir-cuit. Si vous n'y laissez pas la vie, celle dutransformateur est fortement compromi-se. Il est heureux que dans ce cas ce soient

* Dite de Villard (le plus souvent), Greinacher, Coc-kroft, Bouwers etc. suivant les auteurs.

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les fusibles de l'installation qui prennent,mais il n'est pas garanti que le transfor-mateur n'ait pas le temps d'en souffrir.Il y des décennies que les fabricants detéléviseurs n'utilisent plus la tension dusecteur pour obtenir la très haute tensionnécessaire à l'anode du tube cathodique.Cette haute tension (25 kV, 1 mA) leur estfournie par le secondaire d'un transfor-mateur, au primaire duquel le retour dubalayage ligne provoque une surtension àla fréquence de 15 625 Hz.Les oscilloscopes en revanche utilisent desdispositifs semblables à ceux que nousavons décrits pour alimenter les anodesde leur tube cathodique. Ils les utilisentparce qu'ils ne mettent pas en œuvre despuissances élevées. Nos multiplicateurs detension présentent en effet de gravesdéfauts. En premier lieu, leur résistanceintérieure est très élevée, raison pourlaquelle la tension de sortie ploie rapide-ment sous la charge, même si les conden-sateurs sont surdimensionnés.L'ondulation, comme nous l'avons ditplus haut, augmente ensuite avec lenombre de modules à un niveau rapide-

ment intolérable pour certainesapplications.Le plus intéressant des multiplicateurs detension est sans conteste le doubleur,impeccable s'il ne doit pas débiter descourants d'intensité trop élevée. Il estconseillé, pour maintenir l'ondulationdans des limites tolérables, de le fairesuivre de stabilisateurs de tension.Rappelons pour terminer que ces multi-plicateurs de tension sont des circuitsredresseurs qui ne peuvent être alimentésque sous tension alternative : câblez autantde multiplicateurs de tension aux bornesd'une pile ou d'une batterie que vous ledésirez, votre élevage est voué à la faillite(et ça n'a rien à voir avec la PAC). Enfin,si vous n'aimez pas les châtaignesn'oubliez pas que si l'intensité tue, unedifférence de potentiel élevée peut forte-ment secouer... Ne montez pas trop hautsans prendre de précautions ! Voyez-enl'application qui vous est proposée dansce même numéro sous le titre « anioni-

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anioniseurLa concentration de l'atmosphère en ionsnégatifs (ou anions) semble avoir uneinfluence sur la santé physique etpsychique des individus. I/ioniseur décritdans cet article permettra d'enrichirl'atmosphère d'une pièce en ions négatifset, en conséquence, d'améliorer l'humeur deses occupants.

Nous n'avons pas la prétention, ce n'estpas le lieu de le faire, de vous prouverqu'une augmentation de la concentrationde l'atmosphère que vous respirez enanions (ions chargés négativement) la ren-dra plus propice à la respiration, à laméditation, au travail ou à la relaxation.Nous vous laisserons même en douterpour que vous ayez le réflexe de consulterà ce sujet votre médecin ou son collèguespécialiste des questions de respiration.Pour nous, qui disposions depuis peu dela climatisation, c'était une question desurvie : les collègues partisans de l'anioni-sation exigeaient que nous fissions notrepossible pour enrichir l'atmosphère enions négatifs. Nous l'avons fait, pour avoirla paix, et vous fournirons les argumentsinvoqués par les demandeurs.

Voilà, l'air que nous respirons est unmélange gazeux qui contient essentielle-ment de l'azote (78%), gaz qui ne permetpas la vie, de l'oxygène (21%) et des gazrares (1%). Or, il se trouve que si l'on four-nit à l'être vivant de l'ère des buildings unair qui respecte ces proportions, un airdépourvu d'impuretés, de vapeur d'eauen particulier, l'homme ne tarde pas àsouffrir du sick building syndrome (rien àvoir avec Amritsar) ensemble de signespathologiques communs à tous lesouvriers et employés du même bâtimentdont l'atmosphère est dépourvue d'uncorps utile à leur santé : ils sont si maladesqu'ils viennent à douter des bienfaits dutravail et se font porter pâles. On amélio-re donc sa composition/ celle de l'air, àl'aide d'humidificateurs et on constate la

cessation des malaises. La raison à ceciserait que l'air ayant barboté dans l'eaud'un humidificateur se serait enrichi enions oxygène (O2~, lire O deux moins),atomes d'oxygène ayant adhéré au partides anions, ions chargés négativement,après avoir capturé deux électrons pourdonner à leur couche électronique la plusexterne la configuration de celle du gazrare le plus proche dans la classificationpériodique des éléments, le néon. On ditmême, (à Lannion peut-être), que l'aircomprimé contenu depuis trop longtempsdans les bouteilles des plongeurs de laRoyale ne leur permettrait pas de respirercorrectement pour la raison que les anionsd'oxygène auraient, au contact du métalde la bouteille, été oxydés (ils auraientperdu leurs électrons surnuméraires). Onaurait même prouvé, dans un lointainlaboratoire, que l'oxygène de l'air ne pas-sait dans le sang qu'en présence d'O2~ entrès petite proportion.On peut lire aussi que le passage d'O2"dans le sang élève son pH (on s'en seraitdouté puisque les chimistes considèrentcet anion comme l'une des bases les plusfortes), qu'il stimule la fabrication des glo-bules rouges et - argument décisif, auqueltous les individus trop bien nourris de noslatitudes sont sensibles - qu'il fait baisserle taux de cholestérol. « Et sur le psychis-me ? » Les anions oxygène auraient unrôle indiscutable dans le métabolismed'un neuro-transmetteur, la sérotonine, ilstoucheraient donc par son intermédiaireau système nerveux central, et, en provo-quant une diminution de son taux dansl'organisme, amélioreraient l'humeur desindividus.

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Si vous êtes convaincu qu'un "anioniseur"vous est nécessaire, encore faut-il le bienréaliser. Ce qui veut dire, puisque l'atmo-sphère contient surtout de l'azote, qu'iln'en favorisera pas l'oxydation (les oxydesd'azote sont nocifs), ni la formation d'ozo-ne (O3), gaz oxydant dont l'odeur et leseffets (irritation des voies respiratoires parexemple) indisposent. Sans utiliser lamachine de Wimshurst (trop bruyante) nide radioéléments (trop coûteux) nousvous proposons une machine électrosta-tique qui enrichira votre air en anions etle rendra, à la pollution près, aussi richeque celui de la montagne.

haute tension

Donnons au problème une allure scienti-fique : disons ce que nous désirons obteniret supposons que la machine que nousallons fabriquer permette de l'obtenir.Pour réduire une molécule d'oxygène O2

à l'état d'anions O2" (une paire chaquefois), il faut d'abord la casser et ensuite luifournir quatre électrons. Comment faire ?Casser la molécule, c'est possible, par effetde champ. Soumise à un champ électriquetrès intense, la molécule d'oxygène se cas-se en deux, c'est ce que l'on constate lorsde la formation d'un arc électrique :les molécules d'oxygène se cassent etleurs atomes se recombinent pourformer de l'ozone, constitué de troisatomes d'oxygène (O3). Nous ne vou-lons pas d'ozone et pouvons suppo-ser n'en obtenir que si la réaction estvisible, s'il y a formation d'un arc oud'étincelles (décharge disruptive). Sila puissance du dispositif est faible et si ladistance entre les électrodes est assezgrande nous pouvons supposer que la for-mation de ces gaz sera réduite au mini-mum. Les atomes d'oxygène O ne sontpas ionisés, ce qui veut dire que lescharges électriques (positives) de leurnoyau sont équilibrées par celles (néga-tives) de leur nuage électronique. Ça n'estpas satisfaisant pour la configuration élec-tronique de cet atome qui tend à prendrecelle du gaz rare le plus proche dans laclassification périodique des éléments (onla trouve éventuellement dans un diction-naire illustré à l'article "éléments"). Le gazrare le plus proche de l'oxygène est lenéon dont le nuage électronique estconstitué de dix électrons alors que celuide l'oxygène n'en a que huit. Ces électronsse disposent en couches et sous couches.Les couches les plus proches du noyausont en principe complètes (saturées) et

seule la couche la plus externe nous inté-resse. Elle n'est complète que si elle comp-te huit électrons. Celle de l'oxygène n'en aque six, celle du néon huit. L'oxygène adonc de la place pour une paire d'élec-trons qu'il ne refusera pas si nous les met-tons à sa disposition. Nous ne les luifournirons pas sur un plateau, qui lesretiendrait trop fortement, mais sur despointes qui les laisseront s'écouler si leurpotentiel (par rapport au sol) est suffi-samment élevé en valeur absolue. Vouspourrez constater l'existence au voisinagede ces électrodes d'un « vent électrique »

par rapport à la terre) ce qui évitera à leurconcentration de devenir excessive. Nerépétez cependant pas ce que vous venezde lire, si vous êtes enseignant (ou étu-diant) par exemple, sans prendre la pré-caution de consulter un électrochimiste(on en trouve dans les laboratoires demétallurgie qui étudient les phénomènesde corrosion et de protection contre celle-ci).

multiplicateur de tension

Pour une électrolyse de l'airdans le but d'enrichir

l'atmosphère respirableen ions négatifs fanions)

si vous en approchez la flamme d'unebougie : les ions de même signe que lescharges disponibles à l'extrémité d'unepointe sont repoussés et provoquent uncourant d'air capable de coucher laflamme.En conclusion, pour arriver à nos fins, ilnous faut un générateur de faible puis-sance mais qui nous permette d'établirentre la terre et des pointes (négatives parrapport à elle) une grande différence depotentiel continue. Nous aurons ainsi unchamp électrique élevé, capable de casserdes molécules d'oxygène qu'il nous serapossible d'électriser négativement par"influence" si elles se trouvent au voisi-nage des pointes. Nous ne garantissonspas la stabilité des anions d'oxygène ainsiformés, nous savons cependant qu'ilsauront tendance à ce déplacer vers l'iono-sphère sous l'effet du champ électriqueatmosphérique (l'ionosphère est positive

Le générateur que nous voulons fabriquerfournira une tension de l'ordre de4000 V, suffisamment élevée pournos objectifs, insuffisante pour effec-tuer la synthèse d'ozone oud'oxydes d'azote, impropres à laconsommation. Un autre article dece même numéro vous expliquecomment procéder à l'aide d'unredresseur un peu particulier, consti-

tué d'une cascade de doubleurs de tensionSchenkel. Il est, comme nous le décon-seillons dans ce même article, branchésans intermédiaire sur le secteur, ce quinous amènera à reparler de sécurité.Voyez-le sur la figure 1. Comparé à celuique nous rappelons sur la figure 2 il appa-raît un peu différent. Sans parler de lafaçon dont les diodes sont représentées,au garde-à-vous, ce qui ne change rien àleur façon de travailler, le premiercondensateur Cl est branché entre un pôledu secteur et l'anode de Dl au lieu de lacathode. Il se chargera donc lors des alter-nances positives et fonctionnera en géné-rateur en série avec le secteur, lors desalternances négatives. Le pôle moins denotre générateur sera donc à l'anode de ladernière diode, D14, au lieu de se trouverà l'entrée, au neutre ou à la phase du sec-teur, sur le bornier Kl puisqu'il n'y a pasde transformateur. Le nombre de compo-

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Figure 1 - Ce générateur se contente de redresser latension du secteur, d'une façon un peu particulière,qui permet de la multiplier. Entre les électrodespointues et la phase (ou le neutre) la différence depotentiel est, en valeur absolue, supérieure à 4000 V.

C1 àC14 = 47n/630 VD1 à D14 = 1N4007

sants est aussi différent et la différence depotentiel plus importante. Nous savons(reportez-vous à l'article cité ou à la figu-re 2) que la différence de potentiel auxbornes de chaque condensateur est égaleà deux fois la tension de crête, ou à la ten-sion de crête à crête, ici du secteur. Cettetension est égale au double de la tensionefficace (220 V, ou 230 V) multipliée par laracine de 2 (les multiplications peuvent sefaire dans le désordre). La tension de crê-te est de 220V2 = 311 V et la tension de crê-te à crête de deux fois la tension de crête,soit 622 V. En régime établi, c'est-à-direune fois que tous les condensateurs sontchargés, la différence de potentiel entrel'armature de gauche du premier (C2) etl'armature de droite du dernier est de - ily a sept condensateurs sur cette branche -sept fois 622 V soit de 4350 V (rajoutez lesigne "moins" si vous le désirez). Elle esten fait le plus souvent inférieure, ne serait-ce qu'à cause des seuils de diodes et d'uneondulation importante: imaginez lecondensateur qu'il faudrait pour la lisser,un condensateur dont la tension de servi-ce soit au moins égale à cette différence depotentiel. Si on le réalisait avec une sériede condensateurs de tension de serviceinférieure, la capacité résultante seraitinférieure à celle du plus petit ou, s'ilsétaient identiques, celle d'un seul diviséepar leur nombre. Il ne faut pas songer àsupprimer cette ondulation qui ne pré-sente ici aucun inconvénient. Il existeuneautre façon de compter pour évaluer ladifférence de potentiel disponible qui estaussi égale au nombre de diodes multipliépar la tension de crête de l'alimentationsoit 14 fois 220V2. Il va de soi que l'utilisa-tion d'une pareille tension nécessite unminimum de précautions.

Figure 2 - Multiplicateur de tension tel qu'on le trouve représenté dans lalittérature technique, le plus souvent sous le nom de « cascade de Villard ».

mesures de sécurité

Tel que nous l'avons décrit, le montage nefonctionnera pas sans problème. Dès lamise sous tension, l'appel de courant, uni-quement limité par la résistance desdiodes, sera d'une telle intensité que toutsautera, à commencer, c'est souhaitable,par les fusibles de l'installation domes-tique. Il faut donc la limiter sérieusement,à un peu moins de 50 mA, à l'aide de RI.Le fusible est, malgré cette précaution,absolument et légalement nécessaire, maispuisque la législation laisse le choix entreun fusible rapide et un fusible lent, autantprendre ce dernier modèle. Voilà la surviedu montage assurée, reste celle despersonnes.Supposons qu'au pire une personne éta-blisse le contact entre une électrode et laterre. Sa résistance électrique, mesurée àl'ohmmètre, est très grande, il n'en estcependant plus de même sous 220 V où ilfaut compter 1 kfl Sous 4000 V, avec lecourant qui circule, le choc est assuré et ledanger mortel. Si personne ne touche les

électrodes la circulation du courant, infi-me, est inférieure à 200 uA. Nous pouvonsdonc, sans diminuer la tension disponiblesur les électrodes, les faire précéder derésistances importantes. Celles-ci, R2 à R7,ne sont pas des "quart-de-watt" ordi-naires, qu'on ne trouve d'ailleurs pas faci-lement, et vous devriez comprendrepourquoi si vous y réfléchissez, dans cesvaleurs très élevées. Elles existent cepen-dant, en fabrication spéciale, dite hautetension, sous la dénomination VR25, quipeuvent supporter 1600 V ou VR37 quitiennent sans problème sous 3000 V. Sivous tenez à utiliser des résistances ordi-naires, du type SFR25, qui sont prévuespour des tensions inférieures à 350 V,câblez-en une bonne dizaine en série...Vous en convenez, ce ne serait pas trèsmalin et puisque les composants existent,à des prix dérisoires, autant les utiliser,d'autant que... Regardons encore une foisle schéma : si quelqu'un touche l'armatu-re droite de C14, il est en contact avec laphase ou le neutre du secteur, au moinspendant une alternance sur deux, par

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uFigure 3 - Les condensateurs et lesrésistances à monter sur ce circuitimprimé seront des composants prévuspour la "haute tension".

Figure 4 - Le prototype de l'anioniseurqui se câble en moins d'une demi-heure.

l'intermédiaire des diodes qui ne provo-quent pas une chute de tension supérieu-re à quatorze seuils de diodes. Si voustenez vraiment à vous sonner, mettez ledoigt dans la prise mais abstenez-vous denous lire... Noooon! Ne les mettez pas,nous plaisantions !Dernier point, Lai, qui rappelleraquelques souvenirs à ceux qui ont fré-quenté les tubes. Un point dans le dessinde cette lampe signifie qu'elle contient dugaz, en principe du néon. Vous le verrez àla mise sous tension si sa lueur est rouge-orangée. Rien ne vous empêche de l'appe-ler « diode à gaz », nom qu'elle eutautrefois, bien qu'elle ne soit pas polari-

R1 = 4,7 kQR2, R3 = 12 Mfl/type VR25 (1600 v DO

R4 à R7 = 22 MQ/type VR25 (1600 V DO

C1 à C14 = 47 nF/630 V

D1 àD14 = 1N4007

liste descomposants

F1 = fusible 50 mA TLai = voyant néon 220 v avec résistance incorporéeK1 = bornier à trois contacts, au pas de 5,08 mm

Coffret plastique (Velleman D30 par exemple : 40 x 120 x 170 mm)

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Figure 5 - Les électrodes sont de simples aiguilles (à coudre, ou des épingles) liées àl'aide d'un peu de fil qui facilite leur soudure. Il est impératif de monter le circuitdans un coffret, de matière plastique, dont les quatre électrodes sortent par destrous sans en toucher les bords.

sée. L'acheter avec sa résistance incorpo-rée, permet de ne pas la faire griller à lapremière mise sous tension en cas d'oubli,et c'est électriquement plus propre. Préci-sez au vendeur la tension de service. Cet-te lampe n'est pas indispensable maisavertira que le montage est sous tension.Qu'en plus elle stabilise la tension ne pré-sente pas beaucoup d'intérêt ici, maisméritait d'être mentionné.

mise en boîte et en service

La mise en boîte devra précéder les essaiset la mise en service. Ne montez pas lescomposants en l'air, ni sur une plaquettepastillée, ni sur une platine d'expérimen-tation. Gravez ou faites graver le circuitimprimé (figure 3) qui est « aux normes ».Son plan de perçage est en outre prévupour différents types de condensateurs, cequi évitera certains désagréments aumoment de la mise en place.Attention, n'utilisez que des condensa-teurs dont la tension de service soit égaleou supérieure à 630 V (en continu) et desrésistances prévues pour la haute tension(corps bleu horizon, pour les VR25).Voyez sur les clichés comment les chosesse présentent. Les pointes sont cellesd'aiguilles à coudre, attachées et soudéesavec une petite ligature, sur des broches

de composants par exemple. Ces élec-trodes ne doivent en aucun cas toucher lecoffret (isolant) si l'on veut que l'appareilfonctionne.Lorsque le circuit est installé dans son boî-tier (isolant, répétons-le) fixez l'appareilsur un mur, à une hauteur suffisante pourque même les grandes personnes ne puis-sent l'atteindre (inutile pourtant de sur-élever le plafond si vous le jugez trop bas).Veillez à le pourvoir d'un cordon secteurqui résiste à la traction, moulé, autant quepossible.La maintenance, pour terminer, s'occupe-ra, hors tension, faut-il le préciser, dedépoussiérer et dégraisser de temps àautres les électrodes qu'il faudra changeraprès quelques années car elles peuvents'altérer.Bonne atmosphère ! S96H6

visser dans des enUn bricoleur, débutant ou averti, se trouveun jour ou l'autre confronté au problèmede remettre une vis à un endroit aussiinaccessible aux pinces d'Adam qu'à cellesde Brucelles ou d'ailleurs. Rien à fairepour que la vis retrouve sa place. Ne par-lons pas des rondelles qui l'accompagnentet qui tombent régulièrement chaque foisque l'on tente une approche - n'en parlonspas, puisque là, vous auriez dû les colleravec une goutte de vernis (à ongles) parexemple - La solution bien sûr, c'est letournevis aimanté. Manque de chance, lavis ici est faite d'un matériau non magné-tique. Il existe aussi des tournevis pourvusde griffes, encore faut-il en avoir un, enco-re faut-il que ses griffes serrent assez...Continuons notre exploration car ledomaine est vaste. Les bricoleurs avertistrouvent leur salut (faut-il qu'ils soientsveltes) dans une longueur de tuyau deplastique à l'extrémité duquel ils fixent lavis. Là, si vous en trouvez d'assez rigide,tant mieux pour vous. Un bon grippe-fil ?Combien y on laissé leurs griffes? C'était

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récits inaccessiblesun peu rude pour eux. Ne gaspillez plusvotre temps ni vos outils, vous allez userle soleil. La solution est dès aujourd'hui àportée de main. La solut ion? Elle tientdans un rouleau de ruban adhésif. Décou-pez-en une longueur d 'environ 6 cm.Enfoncez la vis en son milieu, face collan-te tournée vers la tête (de vis) et pas (devis) de l 'autre côté. La vis est maintenantpourvue de deux ailes que vous repliez etcollez sur la lame de l'outil. Vous pouvezencore consolider la fixation en enroulantdu ruban adhésif autour de la lame et de latête de la vis. Lorsque vous jugez quel 'ensemble est suffisamment solide, vouspouvez y aller. Ne vissez pas complète-ment, arrêtez-vous à mi-chemin, lorsque lavis est assez engagée pour que vous puis-siez, sans l'arracher, retirer le tournevis etle reste de ruban adhésif. Terminez sansforcer plus que nécessaire, il est possibleque vous ayez un jour à dévisser. 87709

ecmLa durée de vie d'un filament de lampe àincandescence est théoriquement de 2000 heures.En pratique, elle est inférieure pour plusieursraisons. Le filament souffre des déformationsmécaniques que lui imposent les allumages répétés.Le filament d'une lampe éteinte présente à froidune résistance pratiquement nulle. Au moment del'allumage, le courant très intense qui le traverseprovoque un choc thermique et une déformationsous l'effet de la dilatation. De plus, les fabricantss'ingénient à rendre le filament de plus en plus fin ;la limite a été atteinte quand les ampoules nesupportaient plus le transport entre l'usine et lerayon du magasin. Nous ne pouvons rien fairequant à la taille du filament, mais nous pouvons limiter les effets desallumages et extinctions répétés, soit en laissant la lampe allumée enpermanence, ou en ne l'éteignant qu'une fois par jour, soit avec ledémarreur progressif que voici.

Une lampe s'use davantage du fait desallumages que de la durée d'utilisation.Un point plus fin du filament s'usera plusvite que le reste, car un fil fin présente unerésistance plus forte et le courant y pro-duit une élévation de température plusimportante. Ce « point chaud » deviendrade plus en plus fin avec le temps, car lemétal s'évapore plus vite à cet endroit. Lefilament devient plus fin et le point pluschaud, jusqu'à la rupture. Une ampoulequi est encore bonne à 99% passe à la pou-belle, ce qui est regrettable autant du pointde vue de la phynance que de celui de lapollution. Le gradateur, ou démarreurprogressif, que voici vous permet degagner sur ces deux tableaux.

simplicité d'abord

II existe différents moyens de limiterl'intensité du courant à la mise sous ten-sion. Le premier qui se présente à l'espritest d'utiliser un gradateur à triac ou à thy-ristor. Les gradateurs effectuent habituel-

lement un découpage de phase comme lemontre la figure la. Ces montages simplesdemandent malgré tout un certainnombre de composants, parmi lesquels uncircuit intégré spécialisé pour la comman-de du triac. La solution que nous avons'retenue est de ne permettre l'allumagequ'au passage par zéro de la tension dusecteur, selon la figure lb. De cette façon,le filament ne voit jamais la tension maxi-male à la mise en service. Le courant estcertes un peu plus intense que dans le casdu gradateur, mais réchauffement du fila-ment est progressif. L'avantage du circuitest qu'il comporte très peu de compo-sants, pas de réglage, et qu'il est facile-ment reproductible. De plus, lescomposants sont ordinaires et aucun n'estcritique. Inutile d'ajouter que le montageest très petit et bon marché.

le fonctionnement

Comment fonctionne le circuit ? Un pontredresseur, constitué des quatre diodes Dl

à D4, est inséré en série dans le circuit dela lampe (Ll). La tension redressée setrouve, quand l'interrupteur est fermé, surl'autre diagonale du pont. La figure 3amontre la tension du secteur, la figure 3bla tension redressée aux bornes du thyris-tor Thl. Quand la tension commence àcroître aux bornes du redresseur, elle croîtaussi sur le collecteur de Tl. Elle est limi-tée par le diviseur R3/R4 à une fraction dela tension redressée (1/23), ce qui ne metpas en danger la vie du transistor. Lecondensateur ne joue aucun rôle notablepour l'instant. Après un temps très court,la tension de collecteur de Tl est suffisan-te pour que le thyristor s'amorce. Commele seuil d'amorçage du thyristor est de0,7 V, la tension aux bornes du pontredresseur est alors de 0,7 x 23 = 16 V. Letransistor ne joue aucun rôle jusqu'ici carla tension sur sa base est de : (2,2 / 102,2)x 16 = 0,34 V. Cette tension est inférieureau seuil caractéristique de la jonction base-émetteur et rien ne se produit. L'entrée enconduction du transistor ne se produit

1b

fermeture du contact de l'interrupteur

Figure 1a - Le moyen idéal de prolongerla vie du filament : un véritable gradateur.Figure 1b - Le moyen économique quenous avons retenu : l'allumage au premierpassage à zéro qui suit la mise soustension.

20 «elexn9 58 «SEPTEMBRE 1993»

]] Diiles à incandescencepour augmenter la durée de vie de vos lampes àincandescence, au risque d'aggraver le chômagedans l'industrie de la transformation des métaux

que quand la tension atteint 0,7 x 102 / 2,2= 32 V. Cette valeur n'est jamais atteintedans les conditions normales, puisque lethyristor s'amorce quand la tension atteint16 V et qu'une fois amorcé il représente uncourt-circuit. La lampe est alimentée, à tra-vers le pont redresseur et le thyristor jus-qu'au prochain passage à zéro de latension. À ce moment, le même phéno-mène recommence.

entre les passages à zéro

Le fonctionnement que nous venons dedécrire suppose que la tension appliquéeau montage démarre de zéro. Le filamentvoit une tension quasiment nulle qui croîtprogressivement jusqu'au maximum ;réchauffement est progressif. Le filamentsouffre, au contraire, quand il est soumisbrutalement à une tension élevée qui pro-duit une surintensité. C'est ce qui se pas-se dans un montage ordinaire quandl'interrupteur est fermé au moment où latension de la sinusoïde est maximale.L'économiseur d'ampoules permet degarantir la mise en service au zéro de ten-sion. Quand la tension de la sinusoïde estmaximale, celle du diviseur R3/R4 est lar-gement suffisante pour amorcer le thyris-tor, mais celle du diviseur R1/R2 estsuffisante, elle, pour mettre en conductionle transistor Tl, qui vient court-circuiterR4 et interdire l'amorçage du thyristor.Comme l'entrée en conduction du transis-tor demande quelques micro-secondes,une pointe de tension indésirable apparaîtsur son collecteur, comme le montre lafigure 4. Cette pointe serait suffisante

pour amorcer le thyristor, si elle n'étaitpas court-circuitée par le condensateur Cl.Le thyristor ne peut donc pas s'amorcer sila tension est supérieure à 32 V environ. Ilne pourra le faire que juste après le pro-chain passage par zéro, dès que la tensionà ses bornes dépassera 16 V, avant qu'ellen'atteigne 32 V. Le courant à la mise soustension dans ces conditions est fortementlimité et l'espérance de vie du filamentaugmente.La combinaison C2/R5/L1 bloque lespointes de tension que produit inévitable-ment la commutation du triac. La sécuritéest assurée par un fusible rapide de calibre1A.

le circuit imprimé

L'ensemble du montage se loge sur le cir-cuit imprimé de la figure 5. Les compo-sants hauts, comme le porte-fusible,l'inductance, le bornier et le triac serontmontés en dernier. Le montage doit êtreinséré en série avec la lampe. La platineéquipée sera installée soit dans un coffretisolant séparé, soit dans la lampe elle-même.

0,7 V = tension degâchette du thyristor

amorçage du thyristor

Figure 3 - La forme des tensionspendant le fonctionnement. En a, latension du secteur, telle qu'elle seprésente aux bornes du montage àtravers l'ampoule éteinte. En b, latension aux bornes du pont redresseuret du thyristor. En c, le détail de lamontée de la tension jusqu'àl'amorçage du thyristor, juste après lepassage par zéro.

R2I

D1...D4 = 1N5408

Figure 2 - Le schéma de l'économiseur d'ampoules ne comporte que quelquescomposants ordinaires.

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la sécurité

Attention ! Ce montage est relié directe-ment au secteur. Il doit satisfaire à un cer-tain nombre de conditions pour garantirvotre sécurité. La distance entre lesconducteurs qui véhiculent la tension dusecteur et les autres composants doit êtrede 6 mm au moins. L'ensemble doit êtreinstallé dans un coffretisolant où aucunepartie sous tension ne sera accessible del'extérieur. Les tests et mesures sur cemontage en fonctionnement présententun danger mortel. 906105

Figure 4 - Les formes de tension àla mise sous tension sontaléatoires. Le pire des cas, pour lalongévité du filament, estl'allumage au maximum de tensionreprésenté ici en a et b. En c,l'impulsion court-circuitée par letransistor, mais trop tard: lethyristor est déjà amorcé quand letransistor conduit. Lecondensateur C1 est prévu pourabsorber la pointe en attendantque le transistor fasse son office.

R1=100knR2 = 2,2 knR3 = 220 knR5 = 220 Q

C1 = 4,7 nFC2 = 47nF/400V

D1 àD4 = 1N5408T1 = BC547B

Tri1 =TIC106D

liste descomposants

détail c

•îdébut de l'impulsion

d'amorçage du thyristordébut de conduction de T1

T1 court-circuitel'impulsion

impulsion indésirable

L1 = bobine d'antiparasitage 3 A.F1 = fusible rapide 1 A

avec porte-fusible pour circuit imprimé

Figure 5 - Le côté composants (a) ducircuit imprimé. La disposition est aéréeà cause des tensions importantes. Lecôté piste (b) montre que le circuit peutrecevoir à peu près tous les types deDorte-fusible. La largeur des pistes esten accord avec le calibre du fusible.

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appareillageLa plupart des dispositifs qui fonctionnent àl'électricité, qu'ils soient "électroniques" ou non,contiennent un ou plusieurs interrupteurs,commutateurs, inverseurs... dont les cataloguesdes revendeurs proposent une grande diversité.Lequel convient à telle application ? Le choixembarrasse celui qui manque des quelquesnotions de base dont nous allons parler.

Peu d'amateurs traitent les interrupteurset autres switch (voir plus loin) avec le soinqui leur revient. La plupart pensent à tortqu'un composant dont la fonction seréduit à l'ouverture et à la fermeture decontacts mérite peu de considération etqu'il faut être f tupide ou niais pour traiterd'un pareil sujet. Grave erreur, dont onpeut prendre conscience en parcourant lescatalogues lorsqu'on a à faire le bon choix.Si les choses étaient aussi simples, lesfabricants ne diversifieraient pas autantleur production, sans parler des grossisteset des détaillants qui, s'ils pouvaient netenir en stock qu'un seul type d'interrup-teur ne s'en priveraient pas : ils n'ont rienà y gagner, s'ils le font, c'est parce quechaque composant répond à un type d'uti-lisation. Il est donc nécessaire de lesconnaître pour les employer au mieux.Prenons un exemple : si l'on a besoin d'unsimple inverseur unipolaire, il n'est pasconseillé de jeter sa main au hasard dansle tiroir où sont rangés ces composants etde souder le premier venu sur le circuit.On commence par soumettre l'objet à uneinspection minutieuse pour savoir si sonpouvoir de coupure et son pouvoir defermeture sont satisfaisants. Ensuite, s'ilest marqué "250 V" par exemple, cela nesuffit pas pour dire qu'il est possible demettre directement la tension du secteur àses bornes : il faut qu'il satisfasse aussi auxnormes de sécurité (tension d'isolement)qui n'ont pas été « inventées » pour fairesuer l'utilisateur mais pour sauver biens etvies, sinon les siens, au moins ceux de sesproches et de quelques autres. Si le com-posant est sûr, en soi, encore faut-il le bienmonter. Toutes ces raisons et d'autresencore font qu'il est bon de regarder lachose d'un peu plus près.

encourantPour commencer, rappelons (avec le pro-fesseur Einstern) que sans différence depotentiel électrique, il n'y a pas de cou-rant. Nous sommes cependant obligés,pour être clair, de distinguer les deuxgrandeurs. Nous pouvons le .faire si nousdisons que la différence de potentiel qui.donne lieu aux courants dont nous parle-rons est peu élevée compte tenu des carac-téristiques de l'appareillage utilisé. Uninterrupteur, ou un membre de la famille(commutateur, inverseur etc.) ne peutremplir sa fonction dans un circuit déter-miné que s'il est capable d'atteindre, sansavoir trop à en souffrir, les objectifs qui luisont posés. Lors de la fermeture de lignesqui véhiculent des courants de forte inten-sité, il est important que les contacts s'éta-blissent avec un grande rapidité. Lessurfaces en contact doivent l'être aussiparfaitement que possible et simultané-ment sur toute leur étendue. À défaut, larésistance de contact ne serait plus négli-geable et les portions conductricess'échaufferaient d'autant plus vite qu'ellesseraient plus réduites pour, progressive-ment, se détruire. Le ralentissement de ladétérioration dans le temps de la qualitédes surfaces (le nombre de manœuvres esttoujours limité) n'est obtenu que si la com-mutation s'effectue de façon qu'aucunepartie ne s'en échauffe, même très briève-ment, plus vite que les autres. Ceci n'estpossible que si la mise en contact des deux

surfaces s'effectue aussi rapidement quepossible. Il n'est pas grave que l'interrup-teur soit "dur à la détente" pourvu qu'unefois la détente activée, la gâchette lâche le"percuteur", contact mobile, qu'un res-sort, le plus souvent, entraîne rapidementvers le contact fixe, à la fermeture (ou àune certaine distance du contact fixe, àl'ouverture). Le ressort n'a pas pour seulrôle d'emporter le contact mobile à gran-de vitesse vers le contact fixe, il les main-tient fortement appliqués l'un contrel'autre une fois la liaison établie. Dans lecas d'une arme à feu, la rapidité de mou-vement du percuteur a pour but de resti-tuer en un minimum de temps unmaximum d'énergie, dans celui d'uninterrupteur, d'établir un contact aussitotal et instantané que possible entre lespôles. Encore faut-il qu'au cours du tempsles surfaces conductrices le restent. Ellesnécessitent donc un certain entretien pourrester propres. Le dépoussiérage, élimina-tion de la couche d'oxyde susceptible dese former en particulier, s'effectue lors del'ouverture et de la fermeture des contactspar un mouvement de friction des sur-faces l'une sur l'autre. Les catalogues par-lent dans ce cas de « contactsautonettoyants ». C'est ainsi qu'à côté dela fréquence maximale de commutation(nombre de manœuvres par heure, fré-quence de travail à charge maximale encycles par minute ou en hertz) limitée par

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nement et de commandeOU «PETIT PRÉCIS D'INTERRUPTEUROLOGIE» D'APRES El£X

l'inertie mécanique du dispositif, certainesfabrications spéciales, de relais en parti-culier, mentionnent une fréquence mini-male : « commuter une fois par semainepar exemple », pour que les contacts res-tent propres.La destruction des contacts est favoriséepar leur surchauffe, ou la composition chi-mique de l'atmosphère dans laquelle ilstravaillent. Dans le premier cas, il suffit dechoisir le composant dont les caractéris-tiques correspondent à la tâche à remplir.Dans le second, si l'atmosphère est corro-sive (ou/et explosive), on utilise des com-posants spéciaux dont les contacts sont àl'abri dans un compartiment étanche. Lesrelais électromagnétiques ont alors la pré-férence. Ils sont plus faciles à enfermerdans une enceinte imperméable, danslaquelle on a fait le vide ou que l'on aremplie d'un gaz inerte (qui ne pro-voque aucune réaction chimique descorps avec lesquels il est en rapport).Les métaux et alliages utilisés pour lescontacts jouent aussi un rôle primor-dial. L'argent par exemple, bienmeilleur conducteur de l'électricitéque le cuivre (et dont l'oxyde estencore plus conducteur), diminueconsidérablement la résistance de contactet donc réchauffement des surfaces. Àcôté de lui on rencontre aussi l'or etd'autres métaux précieux, seuls ou alliés,tels que le rhodium ou le palladium.Même s'ils n'interviennent qu'en surface,leur épaisseur joue aussi son rôle. Les pro-priétés électriques et mécaniques de cesdépôts varient en effet beaucoup avec cel-le-ci, leur composition et les techniques derevêtements électrolytiques auxquelles ilssont dus. Ainsi la résistance de contactsrevêtus d'une couche de métal ou d'allia-ge précieux peut dépendre de l'intensitédu courant qui la traverse. Dans tous lescas, au-delà d'un certain seuil, les contactsse ramollissent, ce qui diminue leur résis-tance, mais à un niveau encore supérieur,ils fondent. Les températures de ramollis-sement (inférieures à 200°C pour l'or,l'argent et le cuivre) sont atteintes pourdes chutes de tension, même très brèves,de l'ordre du 1/10 V, celles de fusion pour

moins de 5/10 V (la résistance est del'ordre de la dizaine de milliohms). Quidit fusion dit vaporisation et destructionde la surface: le respect des conditionsd'utilisation indiquées par les fabricantsest donc tout à fait conseillé si l'on veutconserver à l'objet ses propriétés dans letemps. Les valeurs données sont desmaximum, qui n'apparaîtront en principeque dans les conditions extrêmes de lamise sous tension ou de la coupure.En résumé, nous pouvons dire que tousles dispositifs ne permettent pas de com-muter tous les courants. Trois facteurscaractérisent les contacts : le matériau quiles constitue, les surfaces en présence et lapression avec laquelle elles sont appli-quées l'une contre l'autre.

L'argent ne fait pasle bonheur

(l'or non plus, d'ailleurs)mais quels contacts !

en tensionConsidérons maintenant les différences depotentiel. Lorsque l'on met un circuit horstension, il est important que les pôlesentre lesquels règne la différence depotentiel soient assez éloignés pourqu'aucun courant ne circule entre eux. Onne considère pas seulement ici la différen-ce de potentiel qui règne lorsque le circuitest ouvert mais celle, bien supérieure, pré-sente à l'ouverture d'un circuit autoin-ductif (un circuit qui contient des bobines,qu'elles soient de relais, de transforma-teurs, de moteurs etc.) si rien n'est faitpour absorber l'énergie électromagnétiquerestituée sous forme électrocinétique.L'augmentation brutale de la résistanceentre les deux contacts de l'interrupteurqui fermait le circuit (de presque zéro àune valeur très très grande en aussi peu

* Ouvrir un circuit c'est introduire entre deuxcontacts une résistance que l'on souhaite infinie.

de temps que possible *) fait naître à sesbornes une force électromotrice très éle-vée. Dans le pire des cas, cette force élec-tromotrice peut atteindre plusieursmilliers de volts dans un circuit alimentésous quelques volts seulement. Elle se tra-duit par une différence de potentiel élevéeentre les deux pôles de l'interrupteur. Unarc électrique de courte durée (ou que l'onsouhaite tel) se forme alors, l'étincelle derupture, qui détériore les contacts partransport de matière de l'un à l'autre. Lemeilleur moyen d'éviter l'arc est d'ouvrirle circuit aussi rapidement que possible.De même que la fermeture, la vitesse del'ouverture n'est pas celle c e l'utilisateurou de son doigt sur le levier de comman-de, mais celle que permet un mécanismedéclencheur, à ressort le plus souvent.

Condensateurs, résistances de déchar-ge, diodes de roue libre etc. absorbentéventuellement l'énergie emmagasi-née sous forme électromagnétique.En haute tension, à la mise hors ten-sion de circuits fortement inductifs,plusieurs techniques permettent deprotéger les pôles de l'appareillagedes effets de l'arc. Un bain d'huile ouun gaz sous pression peuvent lui évi-

ter de se former : ce bain (réfrigérant) ou lapression du gaz limitent l'ionisation desmolécules de l'air qui le transforme enconducteur de l'électricité. D'autres inter-rupteurs ou contacteurs-discontacteursont leurs pôles placés dans des boîtes enmatière isolante incombustible. Ces pôlesse séparent dans l'air mais sont pourvusd'un électro-aimant de soufflage magné-tique dont la bobine excitatrice est traver-sée par le courant à couper. Puisque l'arcest constitué de charges électriques enmouvement, c'est un conducteur, il estdonc susceptible d'être soumis aux effetsd'un champ magnétique. L'électro-aimantde soufflage ne vise qu'à l'allonger, doncà allonger pour lui la distance qui sépareles deux pôles. Le refroidissement qu'ilgagne à cette promenade l'essouffle, sivous permettez cette image, comme uncourant d'air la flamme d'une bougie. Ilest peu probable qu'un électronicien ama-teur ait un jour besoin de semblables dis-

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positifs. Il était bon cependant que nousles mentionnions puisque les notices desfabricants précisent dans certains cas le« pouvoir de coupure en circuit inductif »de leurs produits, bien inférieur, et vouscomprendrez maintenant pourquoi, aupouvoir de coupure « en circuit résistif ».Ce "pouvoir de coupure" est une limited'utilisation de l'interrupteur. Il est tou-jours supérieur en alternatif à ce qu'il esten continu pour les tensions. Un interrup-teur donné est par exemple prévu pourcouper 250 V en alternatif ou 30 V encontinu. C'est parce qu'en alternatif, latension indiquée est une valeur efficace(RMS ou Root Mean Square en anglais). Lepassage périodique de la tension par 0 V,inconnu en continu, facilite évidemmentla coupure.

** Le mot anglais stljitch, interrupteur est encore unmot emprunté, sans doute à des conducteurs debœufs ou des cochers des Provinces Unies ou duHanovre. Il désignait alors une sorte de baguetteflexible.

Figure 1 - L'interrupteur à tirette, assezpeu commun, est aussi un interrupteur àbascule. On pouvait le disposer assez loinde l'utilisateur et tout près del'utilisation.Figure 2 - interrupteur miniature à levier.C'est plus précisément un inverseurunipolaire. La direction du levier indiquetoujours la broche avec laquelle labroche médiane est en court-circuit.Figure 3 - interrupteur à glissièrebipolaire (deux rangées de contacts) àtrois positions.Figure 4 - Commutateur rotatif. S'il est àcontacts court-circuitants, lors dupassage d'un plot à l'autre, le circuitn'est pas ouvert et les deux plots sont enservice en même temps.Figure 5 - Le micro-rupteur est le plussouvent utilisé dans les circuits dedétection.

À côté de la tension pour laquelle est faitun dispositif de coupure, il faut parfoiss'inquiéter de la distance qui sépare sescontacts ouverts (et d'autres contactséventuellement) ainsi que des normes desécurité auxquelles il satisfait. Dans cedernier domaine, une tension élevée pré-sente un risque plus immédiat qu'un fortcourant. En cas d'erreur - compte tenu dufait que l'intensité du courant n'est pasnégligeable, puisqu'on le sait, c'est l'inten-sité qui tue - l'utilisateur court le risqued'un choc électrique, éventuellement mor-tel. Si c'est l'intensité du courant qui estélevée, on doit plutôt s'attendre à l'incen-die, qui laisse (dans le meilleur des cas)une plus grande marge d'action.En résumé, la mise hors tension nécessitedes dispositifs dont les pôles s'éloignentrapidement l'un de l'autre, à une distancesuffisante et qui le reste. Ensuite, pour desraisons de sécurité, les parties normale-ment sous tension doivent être suffisam-ment éloignées des parties conductricesaccessibles à l'utilisateur: pour ne citerqu'un exemple, éviter d'utiliser des inter-rupteurs à levier métallique pour interve-nir sur le secteur.

interrupteurs mécaniques

On distingue en gros trois grands typesd'interrupteurs. Le plus vieux et le plus

usuel est l'interrupteur manuel méca-nique. C'est, dans la plupart des cas, uninterrupteur à bascule (figure 1). On utili-sait aussi, il n'y a pas si longtemps, desinterrupteurs rotatifs. La rotation d'abordrésistante de leur bouton tendait un res-sort. À partir d'un certain seuil, le ressortentraînait une partie mécanique mobilequi fermait ou ouvrait alors rapidement

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les contacts avec un petit claquement sec,comme un ordre ou un coup de siwfc/i **cinglant (badine). En électronique, lemodèle à levier (figure 2), plutôt robuste,est aussi un interrupteur à bascule. Il nefaut en revanche pas trop demander à uncommutateur à glissière miniature, bipo-laire, à trois positions comme celui de la

tension d'isolementLa tension d'isolement est la tensionmaximale que l'on peut appliquer entreles parties normalement sous tension etune référence métallique (enveloppe,support etc.) Elle est de 2120 v (tensioncrête) pour les appareils de classe I, nor-malement pourvus d'une prise de terre,ou de 4240 V pour ceux de classe II, qui ensont dépourvus.

résistance de contactDeux surfaces solides en contact provi-soire ne se touchent qu'en un nombre depoints limités qui dépend, entre autreschoses, de leurs formes respectives (uncontact à grille permet d'augmenter lenombre de ces points) des matériaux quiles constituent et des pressions aux-quelles ils sont soumis. Le courant nepasse en principe que par ces points dontle nombre peut diminuer lorsqu'augmen-te celui des impuretés. Les résistances decontacts (neufs) rencontrées en électro-nique pour des interrupteurs ou desrelais de bonne qualité est de l'ordre de

10 ma

pouvoir de coupureC'est, en principe, la possibilité de couperle courant de court-circuit présumé (enkA efficace).

pouvoir de fermetureC'est la possibilité d'établir un courantdans un circuit sous une tension donnée.

figure 3 qui a l'avantage d'un faibleencombrement. Le commutateur rotatif dela figure 4 est beaucoup mieux connu,mais son câblage mérite un minimumd'attention. Il en existe un certain nombrede modèles, à contacts court-circuitants(maintien du contact lors du passaged'une position à l'autre) ou non (ouvertu-re du circuit entre deux positions, les plusutilisés) qui permettent de nombreusescombinaisons. Nous utilisons encofe dansnos montages des micro-rupteurs à levierscomme celui de la figure 5, surtout com-me capteurs (de position ou de passage :fin de course, ouverture de porte etc.)N'oublions pas dans cette énumération lesmanipulateurs morse des figures 6 et 7,les poussoirs à enclenchement des lampesde chevet (un coup j'pousse et ça s'allume,un coup encore et ça s'éteint). Vous enconnaissez certainement d'autres...

interrupteursélectromagnétiques

Dans un grand nombre de cas, il est indis-pensable d'établir une certaine distanceentre l'interrupteur, en fait le bouton del'interrupteur, et le circuit dans lequel ilintervient. Bien qu'on puisse se serviralors d'un levier à rallonge, d'une ficelle,voire d'une commande pneumatique,l'électro-aimant offre des solutions plusélégantes ou plus accessibles. C'est ainsiqu'est né le relais (figure 8) imaginé àl'origine pour commander, avec une puis-sance très faible, des puissances élec-triques beaucoup plus grandes. Un relaisest constitué d'une ou plusieurs paires decontacts dont l'ouverture ou la fermetureest imposée par les mouvements d'unearmature métallique, soumise à la présen-ce ou à l'absence d'un champ magnétiqueproduit par la circulation d'un courantdans une bobine. Lorsque la circulationdu courant est interrompue dans la bobi-ne, un ressort rappelle l'armature à saposition de repos. On trouve des relais àusage domestique comme les télérupteurs

Figure 6 - Un manipulateur morse mo-derne qui, associé à un peud'électronique, produit automatique-ment des traits ou des points suivant latouche que l'on appuie sur le contactmédian. Il est cependant préférable,pour apprendre à émettre en morse,d'utiliser un manipulateur non auto-matique.Figure 7 - C'est avec des manipulateursde ce type antédiluvien qu'il fautapprendre le morse.Figure 8 - Un petit relais industriel(environ 8 cm de haut) et un modèle unpeu moins imposant.

qui permettent de commander l'allumaged'une lampe à partir de plusieurs pointséloignés l'un de l'autre; les dispositifs deprotection des installations électriques:relais des dispositifs différentiels à courantrésiduel (DDR), relais magnétiques, ther-miques ou magnétothermiques des dis-joncteurs. Passons sur les contacteurs,relais dont les contacts principaux établis-sent et coupent l'alimentation de disposi-tifs très puissants, pour revenir aux relaisun peu particuliers utilisés en (relative-ment) basse puissance comme ceux de trèspetite taille qui s'implantent directementsur les circuits imprimés, les relais ILS (ourelais à tiges), interrupteurs à lames

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Figure 9 - Un relais à tiges (ou relais ILS) a ses contactsenfermés et protégés par une ampoule de verre. On en faitun relais reed si on le soumet au champ électromagnétiqued'une bobine dans laquelle il est placé comme un noyau. Laprésence d'un champ magnétique fait plier les tiges flexiblesqui portent ses contacts. D'autres modèles sont inclus dansun boîtier Dip semblable à un circuit intégré. À gauche nousavons ouvert pour vous un détecteur de choc dont le petitmarteau, s'il est mis en branle, va frapper le contact qui luifait face. Une seconde paire de contacts le protège contre lestentatives de sabotage: l'ouverture du boîtier les mobilise.

souples pourvues de contacts (enfermésdans une ampoule de verre) qui se fer-ment ou s'ouvrent en fonction d'unchamp magnétique extérieur (figure 9).Dans certains relais, les contacts sontouverts ou fermés par le déplacement dumercure en fonction de la position del'ampoule qui le contient. Ne nous attar-dons sur les ïelais électromagnétiques, uti-lisés encore de nos jours dans certainscentraux téléphoniques semi-électro-niques, que pour préciser que ce sont sur-tout des relais reed c'est-à-dire des relais àtiges, ampoules de verre montées dansune bobine. Leurs contacts ont l'avantaged'être à l'abri de l'air et de ses pollutions.En téléphonie, cependant, l'avenir est autout électronique, comme le paragraphesuivant.

commutation électronique

L'électronique dispose de relais et d'inter-rupteurs qui assurent des fonctions iden-tiques à celles de leurs homologuesmécaniques. Les relais électroniques pré-sentent cependant sur les relais électro-mécaniques de nombreux avantages. Sansparler de leur petite taille, ils ne contien-nent pas de partie en mouvement, raisonpour laquelle on les appelle relais sta-tiques (ou solid state relay avec l'accent anglais,solid indiquant ici "sans tube, ni gaz, ni vide, niliquide"). On ne parle en principe de relaisstatique que s'il y a, comme pour les relaisélectromagnétiques, séparation galva-nique entre le circuit de commande et lecircuit de puissance. C'est ce que réalisepar exemple un triac commandé, par unephotodiode. Un transistor ordinaire, àl'opposé, peut remplir une tâche sem-blable, mais sans séparation galvanique.Le courant de base commande l'ouvertu-re ou la fermeture du transistor, donc la

circulation d'un courant maximum ouminimum dans son circuit de collecteur.Le transistor n'est pas le seul dispositif àsemi-conducteur utilisé pour commuter, ilen existe d'autres tels que le thyristor oule triac qui remplissent plus spécifique-ment cette fonction. Pour transformer cescomposants en véritables relais statiques,avec séparation galvanique entre les cir-cuits de commande et de puissance, onutilise un transformateur d'impulsions ouun photo-coupleur. Le rapport de trans-formation d'un transformateur d'impul-sions est en principe unitaire. Lephoto-coupleur réunit, éventuellementdans le même boîtier, une LED, placéedans le circuit de commande, et une pho-todiode ou un phototransistor, dans le cir-cuit de puissance. L'isolement électriqueentre les deux circuits est généralementdans ce cas de plusieurs kilovolts. Rienn'empêche cependant de séparer les deuxcomposants par de très longues distances,couvertes par une fibre optique.De même qu'à leurs collègues mécaniquesse posent aux commutateurs et relais sta-tiques des problèmes lorsqu'ils ont à cou-per le jus à des circuits inductifs. Il nes'agit pas alors d'étincelles ou d'usure pré-maturée de contacts, mais de différencesde potentiel importantes qui dépassent lesmaximums tolérés par les composants.Une diode de roue libre (dans le cas d'unfonctionnement en continu) ou un diac(composant qui ne s'ouvre, dans un sensou dans l'autre, que si la différence depotentiel entre ses bornes vient à dépasserun certain niveau), câblé en parallèle auxbobines, évite à d. d. p. due à la force élec-tromotrice d'induction d'atteindre dessommets dangereux. Dans d'autres cas,l'énergie électromagnétique du circuitinductif est absorbée par un condensateurou une résistance de décharge. Une varis-

tance peut aussi éviter que la surtensionne dépasse ce que les composants tolè-rent : nous avons rencontré plusieurs foiscette sorte de résistance variable, stabili-satrice de tension, qui se comporte (pres-qu')en court-circuit quand la différence depotentiel à ses bornes s'élève par trop, etpasse inaperçue le reste du temps.

combinaisons et fonctions

II est parfois nécessaire d'associer plu-sieurs composants du même type pourrépondre à certains problèmes. Il est pos-sible par exemple de commuter en trèshaute tension avec plusieurs paires decontacts prévus pour des tensions beau-coup moins élevées, câblés en série, si lasécurité le permet. Il est de même possiblede couper des courants très intenses avecplusieurs dispositifs qui en supportentchacun une fraction, câblés en parallèlecette fois.Les interrupteurs ne se distinguent cepen-dant pas uniquement par leurs caractéris-tiques courant/tension mais encore parleurs fonctions : contacts travail (T dans lescatalogues) ou contacts repos (R). Uninterrupteur ouvert au repos ou normale-ment ouvert (NO) est dit à contacts-tra-vail, fermé au repos (NC), àcontacts-repos. Ils peuvent être mono-stables, comme les boutons poussoirs àcontacts momentanés, bistables, on parlealors plus volontiers d'inverseurs, du typebascules ou boutons poussoirs à enclen-chement, ou encore multistables commeles commutateurs rotatifs. Il existe encoredes fabrications spéciales comme les com-mutateurs à contacts court-circuitantsdont nous avons parlé plus haut, dans les-quels les contacts suivants sont établisavant que les contacts précédents soientcoupés. Le manque de précision de tous

34 • elex ns 58 • SEPTEMBRE 1993

ces dispositifs mécaniques ou électro-magnétiques en rend parfois l'utilisationdirecte impossible en électronique.Voyons brièvement les dispositifs qui per-mettent d'adapter leur fonction.

rebonds

L'ouverture ou la fermeture mécanique decontacts n'est jamais instantanée (pas plusque le point en mathématiques, l'instantn'a de dimensions). La fermeture d'un telmécanisme à l'échelle d'un opérateur élec-tronique, dont le temps de réponse est trèscourt, est interprétée comme une succes-sion d'impulsions, très fâcheuses lorsqu'iln'en faut qu'une et une seule. Tout se pas-se pour l'électronique comme si le contactmobile ne venait pas s'appliquer franche-ment en une seule fois sur le contact fixemais rebondissait plusieurs fois avant dese stabiliser. C'est pourquoi on parle de"rebonds". La parade est bien sûr appor-tée par l'électronique d'un dispositif anti-rebonds qui ne réagit qu'à la premièreimpulsion, négligeant les autres, et pro-duit en revanche (ou en sortie) l'impulsionunique en bonne et due forme qui permetau reste du circuit de fonctionner de façonsatisfaisante. Puisqu'il s'agit en fait d'oscil-lations à fréquence élevée, un filtre RCpeut éventuellement suffire à limiter leurseffets. Ce dispositif antiparasite ne laissepasser que la partie basse fréquence desoscillations, il n'est cependant pas tou-jours suffisant. Une bascule monostableoffre une solution plus élégantepuisqu'elle ne réagit qu'à la premièreimpulsion, à partir de laquelle elle enfabrique une de durée déterminée avantde retrouver sa position de repos. Si leretour à la position de repos est interpré-té comme un ordre par le circuit aval, ilfaut trouver autre chose, une bascule bis-table par exemple. Un autre article de cemême numéro vous indiquera commentmettre en œuvre ces dispositifs.Ces quelques lignes sont loin d'épuiser unsujet aussi banal d'apparence. Il estconseillé à l'amateur, lorsque l'occasions'en présente à lui, de jeter un œil à l'inté-rieur de ces petits appareils pour en tirerdes enseignements quant à la façon dontils fonctionnent et sont agencés. Les illus-trations qui accompagnent cet article nedévoilent que quelques uns des appareilsles plus utilisés dans nos montages. Vouspourrez compléter vous-même par laconsultation des catalogues des reven-deurs ou des prospectus distribués par lesfabricants qui sont parfois très bien faits.

896040

oucalculs de

(espace-)champ magnétique

Les phénomènes électromagnétiques sont lelot quotidien des électroniciens. Deuxcharges électriques en présence exercentl'une sur l'autre un force électrique qui,comme celle de la gravitation, décroît com-me l'inverse du carré de la distance qui lessépare (loi de Coulomb). Si les charges sedéplacent l'une par rapport à l'autre, la loide Coulomb n'est plus suffisante pour décri-re la force à laquelle elles sont soumises. Cet-te partie de la force qui s'exerce sur descharges en mouvement est dite magnétique.Un phénomène magnétique est un aspectd'un effet électrique, c'est pourquoi on par-le d'électromagnétisme.On appelle champ magnétique une régionde l'espace dans laquelle une charge enmouvement est soumise à une actionmagnétique. Qui dit charge en mouvementdit courant électrique. Or les aimants per-manents semblent y faire exception. Ils sontpourtant le siège de courants (pivotementdes électrons sur leur orbite, dans le cas dufer, ou mouvement des électrons sur lesorbites atomiques, dans d'autres cas*) dontles effets, au lieu de s'équilibrer comme dansles autres corps, se renforcent.Un conduc-teur parcouru par un courant (constant) est

donc à l'origine d'un champ magnétique(constant). Autour d'un conducteur cylin-drique rectiligne, les lignes de champ, qui endonnent une représentation (courbes tan-gentes au vecteur champ magnétique enchacun de ses points), sont concentriques,orientées, et centrées sur le conducteur. Lesflèches qui orientent ces lignes sur la figurelsont l'image de petites aiguilles aimantéesdont le pôle Nord serait la pointe. La règledu tire-bouchon pour droitier (dit de Max-well) permet d'en déduire le sens: un tire-bouchon qui progresse dans le sens ducourant, tourne dans le sens des lignes duchamp. Cette direction est aussi indiquée

* Courants ampériens supposés, comme leur noml'indique, par A . - M . Ampère dès 1820. Ceux quine sortent l'adjectif « génial » qu'un tout petitnombre de fois par siècle peuvent en faire usageici. En fait toutes les substances sont sensibles auxchamps magnétiques: elles sont diamagnétiques.Ce diamagnétisme, aimantation proportionnelleau champ magnétique auquel elles sont soumisesmais de sens contraire, est très faible. Il est mas-qué dans les corps paramagnétiques ou ferroma-gnétiques dont l'aimantation est de même sensque celle du champ magnétique local : les sub-stances ferromagnétiques, à la différence des sub-stances paramagnétiques, peuvent resterfortement aimantées après la suppression duchamp magnétisant.

1Sens ducourant

Sens deslignes du

champ

Lignes dechamporientées

Sens deslignes dechamp

Sens ducourant

Tire-bouchonprogressant dans

le sens ducourant

1 elexn5 58 • SEPTEMBRE 1993 • 35

par les quatre doigts de la main droite quiempoigne le conducteur et dont le pouceindique le sens du courant.Lorsque le conducteur est roulé en hélice, larègle ne change pas, mais il est plus facile defaire représenter la bobine qu'il constitueaux doigts repliés de la main droite : le pou-ce indique alors le sens des lignes du champcomme sur la figure 2. La bobine est dans cecas une sorte d'aimant à l'intérieur duquelles lignes du champ sont orientées du pôleSud (racine du pouce) vers le pôle Nord(ongle du pouce).

circuit magnétique

Si les spires régulières de la figure 2 sontbobinées sur un anneau fermé qui canaliseles lignes de champ magnétique (tore élec-tromagnétique), cet anneau forme un circuitmagnétique, pour lequel on définit, par ana-logie avec la force électromotrice, une forcemagnétomotrice S, proportionnelle aunombre N de spires et à l'intensité du cou-rant qui les parcourt : S = I • Nqu'on exprime en ampère-tour (l'unité léga-le de force magnétomotrice est cependantl'ampère).On définit à partir de là une grandeur H,champ (d'excitation) magnétique, propor-tionnelle à la force magnétomotrice et inver-sement proportionnelle à la longueur(moyenne) i de l'anneau :

On l'exprime en ampère par mètre (A/m)ou en œrsted (1 cersted = 103 A/m).

Poursuivons l'analogie entre la force magné-tomotrice et la force électromotrice. Demême que la force électromotrice est pro-portionnelle à l'intensité du courant et à larésistance du circuit dans lequel elle le faitcirculer, de même la force magnétomotriceest proportionnelle au flux magnétique <I> età la réluctance 9Î du circuit dans lequel ellefait circuler ce flux : £ = 9? • OSi n est la perméabilité du matériau dont estfait l'anneau, s sa section, sa réluctance estdonnée par: 9? = l/(|i • s) et s'exprime en(H"1).Nous définirons le flux à partir de l'induc-tion magnétique B dite aussi densité de fluxmagnétique. Elle s'exprime en teslas :

B = H/uoù la perméabilité magnétique du matériau,u est égale: u = u0 • ur

produit de la perméabilité magnétique duvide (|i0 = 4 • n • 10~7H/m) par la perméabi-lité relative du milieu (ir de l'ordre de 104

pour un milieu ferromagnétique, elle estégale à 1 pour le vide ou très proche de 1

Sens ducourant

pour les corps diamagnétiques et parama-gnétiques (dont l'air).Le flux enfin, à travers la section s du maté-riau perpendiculaire aux lignes d'induction,

Figure 3 - À la fermeture del'interrupteur le courant s'établitprogressivement dans le circuit et lachute de tension UL due à la bobine,d'abord maximale, diminue jusqu'às'annuler, si on néglige la résistance deson f i l : la bobine se comporte enrécepteur. À l'ouverture del'interrupteur, la bobine se transformeen générateur (elle ne donne plus lieu àune chute de tension) dont la forceélectromotrice E, proportionnelle àl'inductance de la bobine et à la vitessede variation de l'intensité du courant,tend à maintenir la circulation de celui-ci(dans le même sens), si on ferme lecircuit sur la résistance de droite,l'intensité du courant décroît

est égal à : <£> = B • sil s 'exprime en weber dans le système inter-national (B en tesla et s en m2). 926036

progressivement, et la différence depotentiel aux bornes du générateurqu'est la bobine décroît de E à 0V. Lesens des d.d.p. ne devrait plus vousposer de problème si vous considérezque dans un cas (récepteur) commedans l'autre (générateur) le sens ducourant qui traverse la bobine est lemême. On constate d'autre part que lecourant s'établît (ou disparaît) d'autantplus rapidement que l'inductance L estplus petite et que la résistance R est plusgrande. On définit pour les circuits RL,comme pour les circuits RC, uneconstante de temps T = L/R en secondes(L en henrys, R en ohms) temps que metl'intensité du courant pour atteindre63% de son intensité définitive.

3

î

U, c

oura

nt 1

tens

ion

V courant dans la bobine IL

>

4 T »

r

charge«— interrupteur en pos. A

tension nominale UN

temps

tension induiteU,

déchargeinterrupteur en pos. B

36 • elex n f i 58» SEPTEMBRE 1993 •

On repose son multimètre entre deux mesures et,l'onoublie de le mettre hors tension. Si la seconde mesure alieu le lendemain (ou le samedi suivant), parce que l'on aoccupé à d'autres tâches le reste de la journée (ou de la

que sa pile ne soit plus en état i r i f " A r r | i y \ j " / \ | • *•de la permettre. À moins que I L v * I I IhJLJLXZTUl'appareil ne soit doté d'une • •temporisation qui le metteautomatiquement hors tension.

automatique^L'inconvénient des multimètres électro-niques analogiques est qu'ils ressemblentbeaucoup à ceux qui ne le sont pas - élec-troniques. La pile dont sont équipés lesseconds ne sert qu'à leur ohmmètre, ellene débite pas quand les appareils fonc-tionnent en» ampèremètre ou en voltmètre.Il n'en va pas de même de celle des pre-miers qui alimente un amplificateur, enservice quelle que soit la fonction. Qui aéchangé son multimètre ordinaire contreun modèle électronique, oublie régulière-ment de le mettre hors tension lorsqu'il lerepose. De même, après une série demesures, on abandonne un instantl'appareil pour effectuer un calculque l'on prévoit simple, le calcul seprolonge et la pile en fait les fraisinutiles. Si aucune LED témoinn'avertit de l'oubli, LED souventabsente pour éviter une dépensed'énergie supplémentaire, l'appareilreste allumé. Les calculettes, prati-quement toutes pourvues d'une misehors tension automatique, la fontsouhaiter pour le multimètre. S'il estnumérique, il est possible que la per-sistance de l'affichage préviennel'utilisateur que les piles sont en ser-vice, à condition qu'il y fasse atten-tion. Dans tous les cas, le petitaccessoire que nous allons décrire ades chances d'être vite amorti.

le remède

De ce qui précède, nous pouvons conclu-re que le manque d'attention est consom-mateur d'énergie, d'énergie polluante etcoûteuse, puisqu'il est difficile de recyclerdes piles, qui sont relativement chères.Nous n'avons pas la prétention d'interve-

nir sur la cause première, le facteurhumain, si proche et si inaccessible, maisnous avons la possibilité de modifier lemultimètre, sans lui faire prendre derisques. Le circuit de la figure 1 a pourfonction de le mettre hors tension lorsqu'iln'est pas en service. Il n'est sous tension,pendant quelques bonnes dizaines desecondes, temps suffisant pour effectuerun certain nombre de mesures, qu'après lafermeture, brève, des contacts du boutonpoussoir SI.

BC516

Figure 1 - Ce montage est dune grandesimplicité: le transistor sert icid'interrupteur, commandé par la tensionqui règne sur sa base. Tant que ladifférence de potentiel entre l'émetteuret la base n'est pas inférieure à 1,2 V letransistor ferme le circuit.

fonctionnementLe circuit de temporisation, d'une grandesimplicité, se branche aux bornes de lapile, avant l'appareil de mesure, qui vientà droite sur la figure 1 entre les pointsrepérés (+) et (0). L'interrupteur à propre-ment parler est un transistor qui fonction-ne en commutation : saturé ou passant, ilferme le circuit, bloqué, il l'ouvre. Cetinterrupteur électronique ouvre ou fermele circuit sur la ligne plus de l'alimenta-tion. Comme vous le remarquez, Tlcontient en fait deux transistors, montésen darlington. L'intensité du courant decollecteur-émetteur dépend donc d'un

courant de base relativementminuscule.L'ouverture ou la fermeture de l'inter-rupteur dépend de la différence depotentiel entre la base et l'émetteur .Nous venons effectivement de direqu'elle dépendait de l'intensité ducourant de base, mais le courant debase ne circule que si la différence depotentiel est suffisante ou suffisam-ment négative : le transistor n'est satu-ré, puisque c'est un PNP et undarlington, que si la différence depotentiel entre la base et l'émetteur estde -1,2 V. La tension sur l'émetteur(la différence de potentiel entrel'émetteur et la référence) est celle dupôle plus de la pile, la tension sur labase dépend de celle qui règne auxbornes de Cl, donc de la charge de ce

condensateur qui s'effectue à travers lesrésistances RI et R2. Dans la situationdécrite par la figure 1 où SI est ouvert, Clpeut se charger jusqu'à ce que la tension àses bornes soit celle disponible aux bornesde la pile. Une fois qu'il est chargé, que lecourant ne circule donc plus dans la déri-vation RI et R2, puisque la différence de

48 • elex n s 58 • SEPTEMBRE 1993

potentiel est nulle, la baseest au même potentiel quel'émetteur, de sorte que Tlest bloqué (nous verrons enfait qu'il se bloque avant).En d'autres termes, le transistor ouvre lecircuit et le multimètre n'est plus alimen-té : la pile ne débite plus qu'un courant, ditde fuite, tout à fait négligeable.Appuyons maintenant sur SI. La durée defermeture des contacts, brève à notreéchelle mais longue à celle de la constan-te de temps R3' Cl, est suffisante pourpermettre la décharge du condensateur.En conséquence, la différence de potentielentre les armatures de Cl est très prochede OV, celle qui règne entre la base etl'émetteur de Tl est négative. De combienla tension de base est-elle inférieure à latension d'émetteur ? Regardons le circuitde base pour le savoir.Dès l'instant où le condensateur reprendsa charge à travers RI et R2, le courant,même très petit, circule à nouveau. Gar-dons le doigt sur SI : tout au commence-ment de la charge, la différence depotentiel est de 9 V aux bornes de la déri-vation R1/R2. Au point commun de cesdeux résistances elle est de 4,5 V. L'est-ellevraiment ? N'avons-nous rien oublié ? Ilen serait ainsi si nous n'avions pas connec-té la base du transistor à ce point com-mun: les seuils de base des transistorslimitent maintenant la chute de potentielsur RI aux environs de 2 • 0,6 V. La ten-sion sur le point commun entre les résis-

Figure 2 - Le montage occupe peu deplace, d'autant moins que lesrésistances sont câblées « à lajaponaise », verticalement.

PRÉVIENT LE GASPILLAGE DE LA PILED'UN INSTRUMENT DE MESURE

tances et la base de Tl est donc de9 -1,2 V, bien supérieure à ce que nousdisions. L'intensité du courant de base estlimitée par R2 à une valeur inoffensive. Lebut fixé est cependant atteint : la tensionde base de Tl (suffisamment inférieure àcelle qui règne sur l'émetteur) permet lacirculation d'un courant de base. L'inter-rupteur Tl est fermé et l'appareil demesure, alimenté, est en service.Avez-vous relâché SI ? Dans sa positionde repos, ce poussoir permet à Cl de nepas se décharger. La tension monte aucroisement R1/R2, sur la base de Tl, jus-qu'à un maximum à partir duquel le tran-sistor se bloque. Le maximum de tension,à partir duquel la circulation du courantde base est compromise, est bien sûr de7,8 V (tension d'alimentation amputée dudouble seuil de base du darlington).

installation et adaptation

Les composants, peu nombreux, n'occu-pent pas une grande surface. Servez-vousde l'implantation sur un bout de platined'expérimentation de format 1 que nousproposons sur la figure 2 pour les câbler.Le brochage du BC516 est identique àcelui du BC547 (boîtier TO92 avec basemédiane). Pour augmenter la durée de

sv

mise en service, augmentezla capacité de Cl. Il n'est pasnon plus interdit d'enmettre une plus petite pourla raccourcir.

Voyons maintenant les caractéristiques dumontage et l'influence qu'il peut avoir surl'alimentation de l'appareil. La chute detension émetteur-collecteur pour une ali-mentation de 9 V et une charge de 1 kDest (par hasard égale à un seuil de diode)de 0,6 V. Si la charge apportée par le mul-timètre est de 100 Q., la chute de tensions'élève (l'élevage des chutes est-il contin-genté ?) à 2 V. Si le multimètre est encoreplus gourmand, une augmentation del'intensité du courant de base est indis-pensable pour que le transistor soit conve-nablement saturé. Diminuez alors R2jusqu'à 100 kQ par exemple. Ne pasperdre alors de vue qu'il faut compensercette diminution par une augmentation dela capacité de Cl pour conserver unedurée de conduction du transistor dumême ordre. Dans tous les cas gardezcependant à R2 une valeur aussi élevéeque possible. Vous limiterez ainsi laconsommation du dispositif au minimum.Elle est de toute façon très petite.Où installer le montage ? Dans le boîtierdu multimètre de préférence: la pileconserve alors son compartiment. La seu-le chose à faire est d'interrompre la ligned'alimentation positive entre la pile et lecircuit de l'appareil de façon à y placer Tlen série, sans oublier bien sûr de raccorderles masses.

Le montage, conçu pour la mise hors ten-sion automatique d'un appareil de mesu-re, n'a pas que cette utilisation possible.Branchez par exemple en sortie uneampoule de feu arrière de bicyclette, ali-mentez le tout sous les 6 V d'un adapta-teur secteur: si vous choisissezjudicieusement la résistance de base et lacapacité de Cl, vous le transformerez enune minuterie de cage d'escalier des pluséconomiques. 896108

liste des composants

R1,R2 = 1 MQ

C1 =10|jF/10V

T1 = BC516S1 = bouton poussoirà contacts travail

n5 58 «SEPTEMBRE 1993» 49

Les quelques expériencesde la dernière livraisonnous ont familiarisés avecl'appareil. Utilisons-lecette fois pour étudier lecomportement en fréquencede circuits RC et àobserver le résultat de lasuperposition de signaux.Nous terminerons par lemode d'emploi d'uneextension double trace.

mesures à l'oscilloscopeDifférentes mesures, aux bornes ducondensateur d'un circuit intégrateur (RC,dents de scie) ou de la résistance d'un cir-cuit différentiateur (CR, impulsions), ali-mentés tous deux par un signalrectangulaire, nous ont familiarisé avecl'emploi de l'oscilloscope. Nous savonsnous servir du générateur de balayage etmême nous en passer pour dessiner desfigures de Lissajous. Nous poursuivronsavec des mesures de fréquence. Nous ver-rons quelle influence celle-ci peut avoir surle fonctionnement de filtres, comment unoscilloscope peut servir à vérifier la stabi-lité d'un générateur basse fréquence ou cel-le d'un magnétophone à cassette. Nousreparlerons du générateur de balayage, desdifférentes façons de déclencher et présen-terons les procédés grâce auxquels il estpossible d'afficher plus d'un signal à lafois.

mesure de fréquencePour la suite nous aurons besoin d'ungénérateur d'oscillations rectangulaires debasse fréquence variable. À défaut, on peutse fabriquer celui de la figure 1 dont lepotentiomètre permet de faire varier la fré-quence entre 30 Hz et 3 kHz. Utiliser pourl'alimenter l'adaptateur secteur décrit ladernière fois (figure 5 du n°57), toujourspourvu de son générateur élémentaire designaux rectangulaires à 50 Hz. On garde àportée de la main une poignée de résis-tances et quelques condensateurs. L'oscil-loscope est sous tension (déclenchementAuto pour les réglages préliminaires), sonzéro réglé au milieu de l'écran à l'aide dupotentiomètre de cadrage vertical,

troisième partie : mesurer et comparerl'entrée Y est sur DC, 5 Vldivision de sensi-bilité verticale et 10 msldiv pour la base detemps. On branche maintenant la sortie dugénérateur de signaux rectangulaires(50 Hz) du bloc d'alimentation sur l'entréeY de l'oscilloscope (figure 2). La tracedevrait se créneler. Le mode de déclenche-ment (Autoldéclenché) importe peu pourvuqu'il y ait synchronisation. Commentmesurer la fréquence du signal affiché ? Oncommence par une mesure de longueur(dont l'unité est une division de l'écran),celle qu'occupe une période du phénomè-ne sur l'écran (merlon + embrasure du cré-neau). Dans le cas présent, la périodemesure deux carreaux (amener le caséchéant le début d'un créneau en coïnci-dence avec une ligne verticale à l'aide dupotentiomètre de cadrage horizontal). Nousavons réglé la base de temps sur10 ms/division. Une (grande) division(entre deux traits verticaux) correspond à10 ms: la période du signal est donc de20 ms et l'inverse, la fréquence, de1000/20 = 50 Hz (1/20 kHz). Reprendre lamesure, à titre d'exercice, pour différentesvitesses de balayage.

Figure 1 - Un générateur de signaux rec-tangulaires à fréquence téléphonique,vocale, basse, audio... entre 30 Hz et3 kHz.

Figure 2 - La sortie du signal rectangulai-re à rentrée Y de l'oscilloscope.

adaptateursecteuret son

générateurde tension

carréeà 50 Hz

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non déclenchement(automatique)

Revenons sur le mode dit normal. Nousavons vu dans la première partie que lebalayage de l'écran ne se déclenchait passans relation avec l'une ou l'autre descaractéristiques du signal à mesurer(déclenchement interne) ou d'un signalinjecté sur une autre entrée de l'appareil(déclenchement externe). En l'absence decette synchronisation, plusieurs tracesapparaissent simultanément sur l'écran.Elles correspondent à plusieurs images dusignal à visualiser, décalées les unes parrapport aux autres. On n'obtient d'oscillo-gramme stable que si ces différentesimages sont confondues. Techniquement,la caractéristique du signal - un niveau detension - sur laquelle on veut déclencher lebalayage, est détectée par un comparateur.En cas de détection, une impulsion à la sor-tie du comparateur parvient à un mono-stable qui déclenche le générateur derampe. Ce terme de rampe est une imagede la tension aux bornes d'un condensateurchargé à courant constant, qui croît linéai-rement en fonction du temps. Cette tensionappliquée aux plaques (verticales) dedéviation horizontale, provoque un dépla-cement du spot, tout aussi uniforme, de lagauche à la droite de l'écran. Arrivé là, lespot s'éteint et le condensateur déchargérapidement (on parle de "retour du spot")permet au processus de se reproduire dèsla prochaine impulsion. Ceci n'est possibleque si le monostable n'est pas redéclen-chable : une fois qu'il a déclenché la char-ge du condensateur, celle-ci se poursuitindépendamment de lui et les impulsionsqui peuvent survenir pendant la montée entension ne sont pas prises en compte. Enl'absence d'impulsion, le spot reste éteintet l'écran vide: tout se passe comme si lespot, prêt à démarrer, stationnait tous feuxéteints sur la gauche de l'écran. Absenced'impulsion ne veut pas forcément direabsence de signal: un signal qui ne pré-sente pas la caractéristique reconnue par lecomparateur n'est pas visualisé. Ce n'estpas toujours souhaitable. Les réglages pré-liminaires par exemple (position, épais-seur, luminosité de la trace...) ne seraientalors pas possibles. Tous les oscilloscopessont donc dotés, nous y voilà, d'un balaya-ge automatique. Dans ce mode, les plaquesde déviation horizontale sont constammentsoumises à une tension en dents de scie etle monostable est court-circuité. Le spot estallumé pendant l'aller (tension croissante)et éteint pendant le retour (tension rapide-ment décroissante) s, la trace horizontale,

ligne du "zéro", est visible en permanencepar l'observateur (s'il n'a pas oublié derégler la luminosité et la position de la tra-ce au moyen des potentiomètres decadrage).Nous avons vu cependant que, dans cemode de (non-)déclenchement, il était pos-sible d'obtenir des oscillogrammes tout àfait stables. Il suffit pour cela que la fré-quence de balayage soit dans un rapportsimple avec celle du signal observé, avecun petit inconvénient cependant, puisquela durée du retour n'est pas nulle : une peti-te partie du signal n'est pas affichée. S'iln'y avait que cela, ce ne serait pas très gra-ve, il y a pire. La stabilité en fréquence dessignaux étudiés est rarement parfaite, celledu balayage ne l'est pas non plus. À plusou moins brève échéance, le manque desynchronisation sera tel que la trace finirapar se déplacer ou se multipliera pour des-siner des frises inexploitables. Le remèdeconsiste à fabriquer, une fois choisie la fré-quence de balayage, à partir du signal àétudier, prélevé à un endroit judicieuse-ment choisi de l'amplificateur vertical, desimpulsions de synchronisation pour com-mander le retour du spot. Pour imager,nous pourrions dire que pour s'assurer quele spot partira du même pied que lui, lesignal, un peu avant de s'annuler, en fin depériode par exemple, lui lance un« Gauche ! » Au dernier avertissement« gauche ! » avant le bord droit de l'écran, lespot s'éteint et revient en courant au bordgauche.Ce mode dit non déclenché, automatique(sans intervention de l'utilisateur) ourelaxé est idéal pour observer des signauxde forme simple dont la fréquence n'estpas trop élevée. Il arrive cependant que,même dans ce cas, la synchronisation soitimpossible : il faut un certain temps entrela production de l'impulsion qui comman-de le retour du spot et le retour du spot. Sile temps laissé est trop court (transition

trop brusque du signal) la coïncidence nepeut pas se faire. Il faut passer en modenormal ou déclenché. Notons enfin, avantde nous y intéresser, qu'on utilise le modeautomatique pour débuter l'étude de pro-blèmes difficiles, de signaux dont on n'apratiquement aucune idée de la forme oude la fréquence.

déclenchement normal(ou manuel)

En mode automatique, le balayage est per-manent, en mode normal (ou déclenchéqu'on appelle aussi "manuel"), le spot nes'allume pour tracer un oscillogramme dela gauche à la droite de l'écran, que si lesignal atteint un certain seuil (dont le choixest réglé avec le potentiomètre marquéLevel ou niveau, voir la figure 3) et si sapente est alors croissante ou décroissantesuivant la position d'un inverseur marquéslope (pente), ou (±) ou d'un créneau com-me sur le Torg. Quel que soit le mode, il estpossible de synchroniser le balayage surune tension, synchrone avec, le signal demesure, appliquée sur l'entrée Trig-Ext. Lechoix s'effectue à l'aide de l'inverseur

Figure 3 - En haut, le générateur debalayage fonctionne en continu, ce quine se fait pas sans synchronisation avecle signal de mesure à partir duquel desimpulsions sont fabriquées quidéclenchent, en temps opportun leretour (prématuré) du spot: le spot neva pas au bout de sa course. C'est lemode automatique ou non déclenché(ou relaxé). En mode normal (manuel oudéclenché), le balayage est déclenchélorsque le signal atteint un certainniveau (réglable par l'utilisateur) sur unecertaine pente. Le spot balaye toutl'écran puis s'éteint jusqu'à ce que lesignal retrouve le niveau (et sa pente) dedéclenchemement.

dent de scie continue (mode automatique)

Signal appliqué à l'entrée Y

Niveau de déclenchement .AAA/V

Base de temps déclenchée lorsque le niveaude déclenchement est atteint par le signal sur

la pente sélectionnée

i elex ns 58 • SEPTEMBRE 1993 • 55

Interne/Externe en position Externe. Lais-sons cela de côté et revenons en positionInterne.Avec certains oscillographes - nous aban-donnons un instant le Torg - il est possiblede synchroniser la base de temps sur cer-taines particularités du signal étudié àl'aide d'un ou plusieurs commutateursmarqués AC, DC, HF, LF, TV, Mains (alter-natif, continu, haute fréquence, basse fré-quence, télévision, secteur). Voyons-lesbrièvement.En position AC, le déclenchement s'effec-tue sur la composante alternative du signalvertical, sans égard aux autres. C'est lemode de couplage le plus utilisé.La position DC (ne pas l'utiliser en modeautomatique) est préférable pour l'étude dephénomènes très lents ou impulsionnels.La position EF y est parfois mieux adaptée :un filtre passe-bas atténue considérable-ment les bruits de haute et moyenne fré-quence. C'est la position à choisir pourl'étude de phénomènes de basse fréquence(domaines des fréquences vocales étenduaux infra- et aux ultrasons).En position HF, un filtre passe-haut privi-légie les composantes de haute fréquencedu signal de déclenchement.Inutile de chercher le programme si vouschoisissez la position TV qui facilite l'étu-

de des signaux vidéo en séparant, au choix,les impulsions de synchronisation de ligne(H) de ceux de trame (V) pour commanderle déclenchement du balayage dont lavitesse doit être réglée en conséquence.Nous avons vu qu'il était possible de syn-chroniser le balayage sur le signal appliquéaux plaques Y (interne) ou sur un signalextérieur. Il existe une troisième possibili-té, le secteur {Mains ou ~). Elle facilitel'étude des caractéristiques des alimenta-tions par exemple (ondulation à la sortiedu redresseur ou après filtrage etc.) ou deperturbations et de signaux de même fré-quence ou de fréquence multiple (ou sous-multiple) de celle du secteur.Tous ces commutateurs mettent en circuitdes filtres qui privilégient telle ou tellecaractéristique du signal pour déclencher lebalayage. Est-il utile d'ajouter que les pos-sibilités d'un oscilloscope en la matièreaugmentent avec son prix...

influence de la fréquence

Une capacité et une résistance associées nesont pas sans effet sur un signal. L'étudesuccincte, faite dans l'article précédent, destransformations apportées par un réseaudifférentiateur ou un réseau intégrateur surun signal rectangulaire devrait vous en

avoir convaincu. Recommencez-en aubesoin l'expérience avec le montage de lafigure 4. Si l'on intercale entre la sortie dumontage à étudier et l'entrée de l'oscillo-scope un couple RC ou CR, le signal origi-nal est modifié, ceci d'autant plus que safréquence est plus élevée. Cela nous amè-ne à parler des sondes (passives unique-ment). Entre le montage et l'oscilloscope laliaison est établie par une sonde : une poin-te de touche, enveloppée d'un manchonisolant, reliée à l'oscilloscope par un câbleblindé. Le blindage, terminé du côté dumontage par une pince crocodile, sert éven-tuellement de conducteur de masse: onmesure, c'est important, toutes les diffé-rences de potentiel par rapport à la massesi l'on ne veut pas avoir d'ennuis; on évitede les mesurer par rapport à un autre point« chaud » du circuit. L'oscilloscope ne per-met cependant de mesurer que des ten-sions limitées en amplitude. Pour l'étudede tensions supérieures à quelquesdizaines de volts, on fait usage d'une son-de atténuatrice, constituée le plus souventd'un pont diviseur résistif. Si ce pont nepose aucun problème en basse fréquence,il est insuffisant en haute fréquence pourdes raisons qui tiennent à l'impédanced'entrée de l'oscillographe qui est aussicapacitive (40 pF sur le Torg) et aux capaci-

Adaptateursecteur

Générateur de signauxde fréquence variable

n

(sortie du signalrectangulaire non utilisée)

Réseau intégrateur Réseau différentiateur

Adaptateursecteur

1OOn

Figure 4 - Étude du comportement enfréquence de filtres RC.

Figure 5 - Mesure en « XY » avec deuxsignaux rectangulaires dont des réseauxRC arrondissent un peu les angles. Unpotentiomètre de 5kn permet demodifier l'amplitude du signal appliquéaux plaques x de déviation horizontale.

Figure 6 - Appréciation de la stabilité dudéfilement de la bande d'unmagnétophone.

56 «elexn2 58 «SEPTEMBRE 1993»

tés parasites dues au câblage : l'amplitudedu signal à la sortie de la sonde diminuelorsque la fréquence augmente alors quecelle du signal mesuré reste stable. Pourstabiliser le rapport entre la tensiond'entrée et la tension de sortie d'une sondeatténuatrice en haute fréquence, on y intro-duit, en parallèle à la résistance d'entrée dupont diviseur, une capacité ajustable ditede compensation en fréquence.Revenons à la figure 4. Soudez les résis-tances et les condensateurs en l'air ou mon-tez-les sur une plaque de connexion. Lesrésistances sont de 100 kfi, les condensa-teurs de 100 nF. On étudie les signaux auxpoints A et B pour différentes fréquencesdu générateur. On constate que les effetsd'un circuit RC intégrateur sont d'autantplus sensibles que la fréquence est plusélevée, alors que ceux d'un circuit diffé-rentiateur CR diminuent dans les mêmesconditions. Lorsque ces résultats ont étéobservés, on remplace les composants ducircuit intégrateur par un condensateur de1 (J.F et une résistance telle que l'amplitudede la tension en dents de scie soit de 1 V.Repérez les positions du potentiomètre del'oscillateur pour lesquelles la fréquencemesurée est de 400 Hz et 1 kHz. Ces ten-sions en dents de scie nous serons utilespour les mesures proposées plus loin.

mesures de stabilitéen fréquence

L'oscilloscope est un excellent outil de véri-fication de la stabilité en fréquence d'ungénérateur. On utilise la fréquence du sec-teur comme référence (sa précision instan-tanée est supérieure à 0,1% et le nombrequotidien d'alternances est constant). Nousavons vu la dernière fois comment procé-der pour cette comparaison : une tension deréférence est appliquée aux plaques dedéviation horizontale (entrée X), l'autre,par la voie normale aux plaques Y commesur la figure 5. Il est absolument exclu

d'injecter directement la tension du secteurà l'oscilloscope. On se sert du générateurde tension en créneaux dont on adapteéventuellement l'amplitude à l'aide d'unpotentiomètre de 5 kQ. Comme dessignaux rectangulaires ne sont pas trèsappropriés à ces mesures, on leur arronditles angles à l'aide de filtres RC. L'inverseurexterne/interne de l'oscilloscope est en posi-tion externe. On obtient à l'écran l'imaged'un rectangle mobile. Pour que la figurereste fixe il faut que le rapport entre les fré-quences des deux signaux puisse se rame-ner à celui de deux nombres entiers.Lorsque cette condition est près d'être rem-plie, l'image se meut de plus en plus lente-ment et sa forme oscille, stationnaire entrecelles d'un L et d'un S. Lorsque les fré-quences sont presque doubles l'une del'autre, ce sont deux rectangles plus oumoins superposés qui s'affichent. S'il n'estpas possible d'arriver à quelque chose d'àpeu près constant, on peut l'attribuer à undéfaut du générateur.Au lieu du générateur de tension en cré-neaux à 50 Hz, utilisons maintenant commesignal de référence, appliqué aux plaquesde déviation horizontale (ou verticale), latension en dents de scie d'environ 1 Vd'amplitude et de 400 Hz que nous avonspréparée plus haut. Le même signal estenregistré aussi "fort" que possible aumagnétophone et appliqué simultanémentaux plaques de déviation verticale (ou hori-zontale) de façon à permettre le réglage del'appareil de mesure. Ensuite, le signal ori-ginal reste appliqué sur l'une des deuxvoies, tandis que l'autre reçoit sa versionenregistrée (figure 6). La mobilité de l'oscil-logramme obtenu peut s'interpréter dediverses manières :

- le mouvement est constant: la vitesse dedéplacement de la bande s'est modifiée, ceque l'on peut aussi observer si l'enregis-trement a été réalisé sur un autremagnétophone.

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- le mouvement est constant: c'est la fré-quence du générateur qui s'est modifiée,suite éventuellement à une faussemanœuvre.- légères modifications en cours de restitu-tios: irrégularités du déplacement de labande.Dans les deux premiers cas, il est possiblede stabiliser l'image en jouant sur la fré-quence du générateur, .ce qui peut donnerlieu à une mesure immédiate, s'il est éta-lonné, ou différée (affichage du signal etmesure de sa fréquence à l'aide de la basede temps de l'oscilloscope). Dans le secondcas, de légères fluctuations sont normales.Il est pratiquement impossible d'obtenirune image parfaitement stable, même avecun magnétophone de très haut de gamme.Si l'image est chaotique, il est vraisem-blable que les irrégulatités de défilementde la bande seront audibles. On peutensuite recommencer les mesures à 1 kHz.

bicourbePour les mesures décrites jusqu'ici, unoscilloscope monocourbe suffit. Il permet,comme nous l'avons vu, de comparer deuxsignaux, l'un appliqué sur les plaques dedéviation horizontale, qui peut être produitpar le générateur de balayage de l'appareillui-même, l'autre sur les plaques Y dedéviation verticale. Un oscilloscope à deuxvoies permet d'appliquer simultanémentdeux signaux sur les plaques de déviationverticale. Comment cela? Avec deuxcanons à électrons (double beam) si l'on a(eu: cette technique est progressivementabandonnée) les moyens d'une aussi coû-

teuse artillerie; plus simplement avec unoscilloscope bicourbe, à deux traces oumultitrace ou à deux canaux suivant lesauteurs. Ce dernier appareil ne contientqu'un canon à électrons mais son faisceautrace tantôt l'un tantôt l'autre des deuxsignaux injectés sur l'une et l'autre voie.On distingue deux modes principaux dereprésentation: découpé (chopped ouhaché) ou alterné (alternate). Dans le pre-mier mode, découpé, un commutateur élec-tronique bascule, plusieurs fois par rampede balayage, entre l'une et l'autre entrée;dans l'autre, alterné, la rampe est déclen-chée tantôt sur le premier signal, tantôt surle second, en alternance. En mode alterné,une alternance du signal de balayageconcerne une voie, l'alternance suivante,l'autre voie. La plupart des oscilloscopesbicourbes disposent des deux techniques etsi le vôtre est monocourbe, rien ne vousempêche de vous reporter au n° 13 d'ElEXpour le compléter d'une seconde trace(100 kHz). La figure 7 montre commentmultiplier une entrée unique par deux àl'aide de l'extension double-trace (ou par1,5 de façon à permettre aux heureux pos-sesseurs d'un oscilloscope à deux voiesd'afficher simultanément trois signaux).Voyons sur la figure 8 comment tester unappareil avec ce dispositif. Le générateurde tension de fréquence variable est utili-sé en source de signaux, la tension en cré-neaux appliquée à l'entrée X sert de tensionde déclenchement externe. Le signal deréférence et de mesure est la tension endents de scie de 1V d'amplitude environ,prélevée aux bornes du condensateur. Onl'applique, divisé par 10 (sonde 10X), à

Extension double trace

Y1

Y2

Y

rr Hi

l'entrée Yl de l'extension et, tel quel, àl'entrée de l'appareil à tester dont la sortiealimente la voie Y2 par l'intermédiaired'une sonde passive non atténuatrice.L'oscilloscope affichera ainsi, en mêmetemps (pour l'observateur), le signal injec-té au dispositif étudié et la transformationque celui-ci lui fait subir. On peut ainsi tes-ter toutes sortes d'appareils tels quemagnétophones ou générateurs d'effetsmusicaux pour guitares électriques... L'étu-de de la réponse en fréquence d'amplifica-teurs nécessite cependant un générateur designaux un peu plus élaboré que celuidécrit sur la figure 1. ELEX en a décrit unassez grand nombre pour que nous nenous y étendions pas.Dans un prochain article, la théorie revien-dra au premier plan. Les rapports de l'élec-tronicien avec son oscilloscope nes'améliorent que s'ils sont suivis. Une foisles connaissances de base acquises,quelques tuyaux glanés ici ou là permet-tent d'étendre les possibilités d'utilisationde l'appareil et l'habitude, d'interprétercorrectement les résultats obtenus, ce quin'est pas toujours facile. Cet appareil seprête sans risque à toutes sortes de proces-sus expérimentaux. Veillez cependant à nepas en brûler l'écran : la luminosité du fais-ceau ne doit jamais être excessive. 906072

Figure 7 - une extension "double trace",comme celle décrite dans un numérodéjà ancien, permet d'afficher en mêmetemps deux traces correspondant àdeux signaux sur l'écran d'unoscilloscope à une seule voie.Figure 8 - utilisation des deux voies(originales ou voie unique multipliée pardeux) d'un oscilloscope pour l'étuded'un circuit ou d'un appareil.

Réseau RC

adaptateursecteur

appareilà tester

voir le texte Déclenchementexterne

Sonde 1:1

„ r

Extensiondouble trace

GND

58 • elex n s 58» SEPTEMBRE 1993 •

Les ponts, comme celui auquels'applique la question posée ladernière fois (figurel ), paraissentsouvent plus compliqués qu'ils ne lesont. Que cherchons-nous? La résis-tance Rx de P1 pour laquelle la différen-ce de potentiel est nulle aux bornes duvoltmètre. Ici, vous pouvez prendren'importe quel voltmètre ou galvanomètre:si la différence de potentiel est nulle à sesbornes, aucun courant ne peut le traverser.Vous pouvez même remplacer l'instrumentde mesure par toute résistance que vousavez sous la main: si le pont est équilibré,le courant ne passera ni plus ni moins. Nemettons pas de tablier à ce pont pour l'ins-tant: supprimons tout ce qui pourrait voustroubler et ne considérons que les deuxbranches verticales du circuit lorsquel'équilibre est réalisé. Dans tous les cas, ladifférence de potentiel aux bornes desdeux grandes branches est la même, qu'ellesoit de 9V ou plus ou moins n'a aucuneimportance. Ensuite, la différence depotentiel entre les bornes de R2 est égale àcelle que nous avons entre celles de Rx.Puisqu'il en est ainsi, les d.d.p. entre lesbornes de R1 et de R3 sont aussi égales:

Les tensions UR1 et -UR2 sont donc dans lemême rapport que les tensions UR3 et URx:

Ensuite, le courant H qui traverse R1 est lemême que celui qui traverse R2, et 12 quitraverse R3 traverse aussi Rx. Nous pouvonsdiviser UR1 et UR2 par 11 et faire de mêmeavec 12 pour UR3 et U^. Que reste-t-il? Uneégalité entre deux rapports de résistances :

R1/R2 = R3/RxNous avons donc l'expression de Rx enfonction des autres résistances :

Rx = R2 • R3/R1Ce qui nous donne:

Rx= 470x220/100= 1034^

En fait il est peu problable, compte tenu dela précision avec laquelle nous connaissonsles autres résistances, que Rx mesure exac-tement 103412. Des résistances de la sérieE12 sont connues à 10% près: le fabricant

» Alors, sagace ? «

de R1 garantit que sa résistance est compri-se entre 90 et 110 il, que R2 est de 4 7 0 Q à47 il près et R3 de 220 Q ±22 Q. Laréponse C n'est pas excellente, mais c'est laplus proche de la vérité. Dans les faits, nouséquilibrerons le pont avec un potentio-mètre de 2,2 k u (série E3) réglé à peu prèsà mi-course... ou avec un potentiomètre ensérie avec un capteur dont la résistancevarie en fonction de la température ou detout autre facteur. Nous parlerons des utili-

sations de ce pont de mesure àl'occasion d'un montage. Passons

à autre chose.Nous voulons doter un circuit d'un

appareil de contrôle de l'intensité et dela tension. Nous disposons d'un galvano-

mètre à cadre mobile (figure 2) dont nousne connaissons que le calibre: 1 mA (1 mAest l'intensité du courant pour laquelle ladéviation de son aiguille est la plus gran-de). La résistance Rv à mettre en série aveclui pour le transformer en voltmètre decalibre 10 V a été déterminée expérimenta-lement: elle est de 9,9kQ (S1 dans la posi-tion où il est dessiné, la différence depotentiel de 10 V appliquée entre lesbornes U et Corn fait dévier l'aiguille aumaximum). Nous cherchons le shunt (del'anglais to shunt dériver, c'est la résistanceRs) qui nous permettra de transformer legalvanomètre en un ampèremètre de calibre200 mA (S1 en position 2, Rs est inséréedans le circuit à mesurer, interrompu entreles points I et Corn). La réponse est lasuivante:

A. - Rs = 502,5 mfiB. - R s = 0,199 QC. - Rs = 9,999 QD. - Rs = 50,25 Q

N.B. : Nous ne disposions pas d'ohmmètrepour déterminer Rv mais de tonnes de résis-tances de précision et de patience ! Pourceux qui nous reprocheraient de ne pasavoir mesuré directement la résistance inté-rieure du galvanomètre. 896064

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