Alimentation pour réseau HO

A bord de vraies locomotives, le graduateur de vitesse n'autorise que des montées et des descentes progressives de la puissance. Le montage que nous vous proposons est une alimentation de qualité qui donnera à vos trains une allure plus proche de la réalité, avec en plus un affichage permanent de la position du graduateur.

Le principe
Le potentiel total d'alimentation de 15V est partagé en 16 degrés. Grâce à une manette, on peut augmenter ou diminuer le potentiel présenté à l'alimentation du réseau au rythme d'une base de temps. La position de 0 à 15 est affichée à l'aide d'un afficheur unique en utilisant le principe de l'affichage hexagésimal dans lequel la valeur 10 s'affiche par A, 11 par B, jusqu'à 15 qui correspond à F. Un bouton-poussoir permet d'obtenir instantanément la valeur zéro, c'est à dire la coupure d'urgence de l'alimentation de la locomotive. Enfin, un inverseur bipolaire est prévu pour inverser le sens de marche.
Le fonctionnement

Selon le schéma de principe, l'énergie est fournie par le secteur 220V par l'intermédiaire d'un transformateur de 15VA de puissance. Un pont de diodes redresse les deux alternances, tandis que les capacités C1 et C2 effectuent un filtrage préalable. Sur la sortie d'un régulateur 7815, on dispose d'un potentiel continu et stabilisé à 15V. La capacité C3 réalise un filtrage complémentaire et C4 découple le restant du dispositif de commande de l'alimentation proprement dite.

En positionnant la manette de l'inverseur monopolaire IV1 sur "Montée" la sortie de la porte NAND IV de IC1 passe à l'état haut. A noter que dans ce cas la sortie de la porte NAND III de IC1 est à l'état haut: il en résulte un état haut sur l'entrée Up/Down du compteur-décompteur IC3 qui est un CD4029. Avec un léger retard, dû à la charge de C7 à travers R3, l'entrée de commande de l'oscillateur astable formé par les portes NAND III et IV de IC2, est soumise à un état haut. Il en résulte l'activation de l'oscillateur qui génère sur sa sortie des créneaux de forme carrée à une période d'environ 0,5 seconde, ce qui correspond à 2 Hz. Ces créneaux sont ensuite pris en compte par le trigger de Schmitt formé par les portes NAND I et II de IC2 afin de leur conférer des fronts montants et descendants bien verticaux. Le compteur IC3 "compte" alors et avance d'un cran à chaque fois qu'un front montant se présente sur son entrée "CLOCK". Les niveaux logiques des sorties Q1 à Q4 évoluent suivant le principe du comptage binaire.

Lorsque les sorties Q sont toutes à l'état haut (position 15), la sortie "CARRY OUT" passe à l'état bas, ce qui arrête l'oscillateur astable étant donné que la sortie de la porte NAND IV passe à l'état bas. Lorsque l'on place la manette IV1 sur "Descente", l'oscillateur astable se met en activation comme précédemment, mais auparavant, l'entrée "Up/Down" aura été soumise à un état bas. Le compteur "décompte" jusqu'au moment où il atteint la position zéro, pour laquelle la sortie "CARRY OUT" passe à l'état bas. Bien entendu, il est possible d'arrêter, lors d'une montée ou d'une descente de la vitesse, le graduateur sur la position désirée, sans attendre qu'il atteigne les limites maxi et mini évoquées plus haut.
En appuyant sur le bouton-poussoir BP, l'entrée "PRESET ENABLE" est soumise à un état haut. Il en résulte immédiatement le passage des sorties Qi au même niveau logique que les entrées JAMi correspondantes. Dans le cas présent, toutes les sorties JAMi étant soumises à l'état bas en permanence, le compteur IC3 est donc remis à zéro. Cette remise à zéro se produit également, et de façon automatique, lors de la mise sous tension de l'alimentation grâce à la charge de C10 à travers R5 qui a pour résultat l'apparition d'une impulsion positive sur l'entrée PE de IC3. Les sorties Qi aboutissent à un groupement de résistances, selon le principe suivant:
Q1 ---> R = 32 k
Q2 ---> R = 16 k
Q3 ---> R = 8 k
Q4 ---> R = 4 k
On aura remarqué que les valeurs se divisent à chaque fois par 2 au fur et à mesure que l'on augmente l'indice de la sortie. Le lecteur pourra vérifier (ou encore faire confiance à l'auteur) que si "n" est la position du compteur (0  n  15), et U la valeur du potentiel d'alimentation de IC3, le potentiel au point commun des résistances se détermine par la relation: u = u/15 U .
En réalité, il convient d'augmenter u de 1,2V, ce qui correspond aux tensions de jonction des diodes D1 et D2. Cette disposition compense les chutes de potentiel nécessaires au niveau du Darlington de puissance formé par les transistors T1, T2 et T3.
Sur l'émetteur de T3, on dispose alors d'un potentiel variable de 0 à 15V, directement exploité par le réseau, par l'intermédiaire de l'inverseur bipolaire IV2.
Enfin, le circuit intégré référencé IC4 est un décodeur binaire hexagésimal qui alimente directement les 7 segments d'un afficheur à cathode commune, via les résistances de limitation R17 à R23. Du fait de l'utilisation d'un afficheur à 7 segments, les lettres A, C, E et F s'affichent en majuscules alors que pour des raisons évidentes de configuration des segments, les lettres b et d sont représentées en minuscules.
La réalisation

Résistances 16 straps (6 horizontaux, 10 verticaux) R1 à R5, R9: 10 k  (marron, noir, orange) R6: 1 M  (marron, noir, vert) R7: 470 k  (jaune, violet, jaune) R8: 100 k  (marron, noir, jaune) R10: 22 k  (rouge, rouge, orange) R11: 1 k  (marron, noir, rouge) R12: 15 k  (marron, vert, orange) R13: 2,4 k  (rouge, jaune, rouge) R14: 5,6 k  (vert, bleu, rouge) R15: 1,8 k  (marron, gris, rouge) R16: 2,2 k  (rouge, rouge, rouge) R17 à R23: 1,2 k  (marron, rouge, rouge)
Condensateurs C1, C2: 2200 µF/25V électrolytique (sorties radiales) C3: 47 µF/16V électrolytique C4 à C7: 0,1 µF céramique multicouches C8: 0,47 µF céramique multicouches C9: 1 nF céramique multicouches C10: 22 µF/16V électrolytique Semi-conducteurs Pont de diodes 5A D1, D2: diodes 1N4004 T1: transistor NPN BC108 T2: transistor NPN BD135 T3: transistor NPN 2N3055 Circuits intégrés IC1, IC2: CD4011 (4 portes NAND) IC3: CD4029 (compteur-décompteur binaire/BCD) IC4: MC 14495P (décodeur binaire / héxagésimal) REG: régulateur 15V (7815) Divers AF: Afficheur 7 segments cathode commune (MAN 74A) 3 supports 14 broches 2 supports 16 broches 2 borniers soudables 2 plots Transformateur 220V/15V/15VA Radiateur pour transistor 2N3055 BP: bouton-poussoir à contact travail IV1: Inverseur monopolaire 3 positions (position centrale stable) IV2: Inverseur bipolaire 3 positions stables