Avec une paire de minuscules LED clignotantes, placées dans une position stratégique, vous pouvez faire croire à des voleurs que votre véhicule est protégé par une alarme sophistiquée.De plus ce circuit est tellement simple que même un débutant pourra se lancer dans sa construction sans crainte, afin de s’initier aux joies du câblage en électronique.
Notre temps est de plus en plus vulnérable aux voleurs en tous genres qui s’attaquent à ces biens que nous
avons acquis à la sueur de notre front et auxquels nous tenons. Aussi l’offre antivol (centrales maison/voiture,
radars et détecteurs divers péri/volumétriques, épais barreaux aux fenêtres et aux portes, contrôles d’accès, etc.) explose-t-elle … tout comme les prix pratiqués, qu’il s’agisse de protéger le véhicule ou l’habitation.
Si vous avez déjà installé – dans les deux – un système de sécurité antivol avec alarme, le petit circuit que nous vous présentons ici fournit une alternative économique possible à d’autres dispositifs destinés à dissuader le voleur de vous choisir pour victime ! En mettant, par exemple, une LED clignotante
sous une caméra vidéo postiche, vous lui donnerez l’apparence d’une caméra vidéo professionnelle fonctionnant parfaitement … et vous aurez fait une belle économie. Bien sûr, notre système est purement dissuasif, mais cela ne signifie pas inefficace : car, à tout prendre (!), le voleur préfèrera s’attaquer à une voiture ou un appartement qui n’introduisent pas ce doute qu’insinue l’ensemble caméra bidon plus LED clignotante. En tout cas le voleur de voiture débutant, voyant la LED clignoter, laissera tomber.
Mais, par sa simplicité, notre petit circuit à LED clignotantes trouvera bien d’autres applications. Si vous voulez éveiller à l’électronique un enfant de 10-11 ans, offrez-lui le matériel
nécessaire à ce montage, un fer à souder avec son support à éponge et quelques pinces de base (à bec plat, coupante latérale et précelles) : vous ne vous ruinerez pas et aurez la joie de le (la) voir s’initier au montage sous l’effet bénéfique de vos conseils d’aîné. Et vous lui aurez appris quelque chose d’utile pour structurer sa vie … et pourquoi pas pour se former à son futur métier et orienter ses études en conséquences.
Comme le sport, l’électronique de loisir est un excellent moyen de trouver ses repères … et c’est ce dont les jeunes manquent le plus. Surtout si cette initiation passe par le jeu : or c’est bien un jeu que vous pourrez réaliser si vous suivez bien cet article. Du carton, des ciseaux et de la colle, c’est tout ce qu’il vous faudra pour la deco. Pour Halloween c’est un peu tard mais pour Noël ou le Carnaval pourquoi pas ? Mais venons-en à l’électronique.
Figure 1 : Schéma électrique des LED clignotantes EN1683. Il s’agit d’un multivibrateur astable à transistors, le circuit passe donc
alternativement de l’état haut/on à l’état bas/off. A gauche brochages du transistor vu de dessous et de la LED vue de face.
Figure 2 : Quand le mécanisme de commutation est enclenché, on obtient deux signaux carrés déphasés de 180°. Les transistors, en effet, sont configurés à ne pas être simultanément dans le même état : lorsque TR2 est saturé, sa tension de collecteur Vce2 est donc proche de zéro, TR1 est bloqué et vice versa. Le cycle se répète tant que le circuit est alimenté.
Le schéma électrique :
Le circuit de la figure 1 est un multivibrateur astable à transistors qui allume de manière intermittente deux LED. C’est là le circuit de base de l’électronique : il se caractérise par le fait que sur les collecteurs des transistors deux états alternent (haut-bas ou on-off) ; en d’autres termes le circuit passe périodiquement
d’un état à l’autre sans recevoir la moindre impulsion extérieure (à part l’initiale). La fréquence de cette
oscillation (et de ce clignotement donc) est déterminée par les valeurs ohmiques et capacitives choisies. Mais
entrons un peu dans les détails. Les transistors NPN utilisés sont de simples 2N3904 couplés capacitivement entre collecteur et base : le collecteur de TR1 est relié par C2 à la base de
TR2 ; à son tour le collecteur de TR2 est relié par C3 à la base de TR1. Ces électrolytiques ont pour rôle de transmettre l’impulsion présente sur le collecteur d’un transistor à la base de l’autre, ce qui détermine une commutation rapide se répétant indéfiniment. En série avec ces condensateurs on a monté des résistances de polarisation R2 et R3 : elles sont nécessaires pour faire conduire, soit pour amener à saturation, les deux semiconducteurs. Comme nous avons choisi les mêmes valeurs pour C2-C3 et pour R2-R3,
l’oscillation périodique des transistors entre les deux états on-off est identique et on a donc à la sortie un signal à onde carrée bien symétrique. Pour faire varier le rapport cyclique de ce signal carré et obtenir des temps de on-off différents, il faut choisir des valeurs différentes de
résistance et capacité. N’oubliez pas en tout cas que le multivibrateur astable est généralement
employé pour produire un signal carré dont le rapport cyclique est de 50%, c’est pourquoi le circuit n’accepte qu’un taux limité d’asymétrie. Les transistors ne peuvent prendre en même temps le
même état : quand l’un conduit, c’està- dire se sature (état on), l’autre ne conduit pas, c’est-à-dire se bloque (état off). Quand on alimente le circuit, la saturation d’un transistor et le blocage de l’autre sont aléatoires et peuvent dépendre d’une perturbation ou, plus simplement, de l’inévitable imprécision de l’égalité des deux parties du circuit en principe symétrique (songez en effet que les composants ont une tolérance de fabrication et que donc la disparité entre les valeurs effectives de deux composants de mêmes valeurs nominales
peut être importante).
Supposons qu’à cause d’une telle perturbation, au moment où le circuit est mis sous tension, le transistor TR2 soit saturé. La tension de collecteur Vce de TR2 est proche de zéro et donc DL2 s’allume. Pendant ce temps cette tension est reportée à travers C3 sur la base de TR1 qui se bloque. Mais cela ne peut durer,
car C3 se charge de manière exponentielle à travers R2 et lorsque la tension sur la base de TR1 dépasse la valeur de seuil (pour ces transistors elle est de 0,7 V environ), le transistor se sature. La tension Vce sur le collecteur de TR1 devient zéro, DL1 s’allume, la tension sur C2 diminue et quand la tension acheminée sur la base de TR2 dépasse la valeur de seuil, le transistor se sature à nouveau. Le mécanisme de commutation est amorcé et on obtient deux ondes carrées déphasées de 180°, comme le montre la figure 2. Le cycle se répète tant que le circuit est alimenté. La fréquence d’oscillation des transistors est bien sûr celle de clignotement des LED et elle est donnée par la formule :
F = 1 000 : (1,38 x R x C)
où F est en Hz, R en kilohm et C en μF.
Avec les valeurs que nous avons choisies, cela donne :
F = 1 000 : (1,38 x 56 x 10) = 1,29 Hz
Étant donné que la durée en seconde de chaque clignotement est égale à l’inverse de la fréquence, nous aurons un clignotement environ chaque :
1 : 1,29 = 0,77 s
Si vous voulez diminuer la fréquence d’oscillation et donc faire clignoter les LED plus lentement, nous vous conseillons d’agir plutôt sur les valeurs capacitives, autrement vous risqueriez d’altérer la polarisation des transistors. Si vous voulez par exemple obtenir une fréquence d’oscillation de
0,2 Hz, ce qui correspond à un éclair toutes les 5 secondes, la capacité à monter pour C2 et C3 se calcule avec la formule :
C = 1 000 : (1,38 x R x F)
où C est en μF, R en kilohm et F en Hz.
Ce qui donne avec les valeurs prises
pour exemple :
C = 1 000 : (1,38 x 56 x 0,2) = 64 μF.
Cette valeur n’étant pas normalisée, vous monterez en parallèle deux condensateurs
électrolytiques de 33 μF chacun, ce qui fera en principe 66 μF, aux tolérances près. Les résistances R1 et R4, montées en série entre les collecteurs des transistors et les cathodes des LED, servent à limiter le courant qui les traverse et par conséquent leur luminosité. Nous avons choisi 330 ohms, ce qui correspond à une bonne luminosité des LED, que vous alimentiez le montage en 12 V ou bien en 9 V. Ne choisissez pas
en tout cas une valeur inférieure car, si vous obteniez une luminosité bien plus importante, ce serait pour un
court instant et les LED seraient bientôt détruites par fusion des jonctions par effet joule. Le courant doit en effet être limité à 20 mA.
Note : pour apprendre à calculer la valeur de la résistance de limitation, evoyez le Cours Apprendre l’électroniqueen partant de zéro, première partie (disponible sur CD auprès de la rédaction d’ELM).
Ce circuit peut être alimenté par une simple pile de 9 V (cas de l’application ludique) ou alors par l’intermédiaire de la prise allume-cigare 12 V du véhicule à protéger. C1, monté en parallèle entre le positif et le négatif de l’alimentation, sert de filtre.
La Liste des composants :
R1 ......330
R2 ......56 k
R3 ......56 k
R4 ......330
C1 ......10 µF électrolytique
C2 ......10 µF électrolytique
C3 ......10 µF électrolytique
DL1 ....LED
DL2 ....LED
TR1 ....NPN 2N3904
TR2 ....NPN 2N3904
Divers :
1 porte-pile 6F22
1 pile 9 V 6F22
Note : les résistances sont des quart de W.
Figure 3a : Schéma d’implantation
des composants des LED clignotantes
EN1683. En fonction de l’utilisation
envisagée vous pourrez aussi
souder les LED directement sur le
circuit imprimé.
La réalisation pratique :
Bien que ce montage soit ultra simple, les règles d’exécution des soudures qui doivent y prévaloir sont les mêmes que pour n’importe quelle autre réalisation vous devrez vous y conformer si vous voulez que le circuit fonctionne du premier coup et d’autant mieux que vous êtes en train de montrer à un enfant comment faire avant de lui laisser la place et de lui passer le fer ! Pour que les soudures soient bien brillantes, le fer à souder doit être bien chaud et vous ne devez pas trop insister sur les fils de sortie des composants.
Figure 3b: Dessin, à l’échelle 1, du
circuit imprimé de la platine des
LED clignotantes
Note : la cinquième Leçon du Cours Apprendre l’électronique en partant de zéro est entièrement dédiée à cette question ; encore une fois cet excellentcours est disponible sous forme de CD-Rom.
Tout d’abord réalisez (méthode de la pellicule bleue) à partir du dessin à l’échelle 1:1 fourni par la figure 3b le petit circuit imprimé simple face ou procurez-vous le. Si vous l’avez gravé et lavé, percez-le soigneusement. Dans tous les cas commencez par enfoncer (avec un petit marteau mais en vous appuyant sur une plaque métallique percée d’un trou) les six picots à souder.
Insérez tous les composants, vous les souderez ensuite. Commencez par insérer les quatre résistances et les trois condensateurs électrolytiques en respectant bien la polarité de ces derniers : le signe – est sérigraphié plusieurs fois le long du boîtier en correspondance de la “patte” négative. Le – de C1 va à la
piste de masse qui forme un L sur le bord gauche du circuit ; le – de C2 va vers R3 et le – de C3 vers R2 (suivez les pistes de cuivre, c’est facile). Continuez en insérant les deux transistors TR1-TR2, repère-détrompeur (pan coupé ou méplat) orienté dans le bon sens : vers le bas de la platine pour TR1 et vers R3 pour TR2. Retournez la platine et soudez toutes les queues de composants avec soin. Coupez, avec une pince coupante oblique si possible (mais une droite fera aussi l’affaire pourvu qu’elle ne soit pas trop grosse), les longueurs restantes. Soudez aussi les picots (pas besoin de les retailler).
Côté composants, soudez maintenant les deux fils de la prise de pile 9 V (en bas à droite), le rouge + sur le picot du haut et le noir – dans celui du bas. Soudez enfin les deux LED aux picots du haut en respectant bien la polarité : les anodes A aux picots du haut et les cathodes K aux picots du bas ; sachant que la patte la plus longue d’une LED est l’Anode.
Si vous pensez devoir déporter ces LED pour votre application personnelle, allongez les pattes avec du fil
de cuivre gainé plastique : noir pour la cathode K – et rouge pour l’anode A +. Le méplat du boîtier transparent de la LED correspond à la cathode K mais il est difficile à voir à cause du procédé
de moulage. Pour tout cela utilisez les figures 3a et 4 mais aussi le schéma électrique de la figure 1 et la liste des composants associée. Et vous ne vous tromperez pas. Bien sûr ces conseils s’adressent à un débutant.
Figure 4 : Photo d’un des prototypes
de la platine des LED clignotantes.
Les méplats des transistors en boîtier
demi-lune sont orientés vers le
bas de la platine.
Nous disions au début de l’article que deux LED s’allumant alternativement sont utilisables quand on veut faire croire à une protection par alarme antivol/anti-effraction (dans un véhicule en particulier). Vous pouvez les placer sous une caméra vidéo postiche pour la rendre plus réaliste ou ailleurs pour laisser supposer que des capteurs sont bien cachés dans l’habitacle. Les aficionados de modélisme (ferroviaire,
automobile, naval, …) pourront s’en servir pour simuler des clignotants ou des feux de signalisation, etc.
L’apprenti électronicien s’est fait la main dessus et a pu constater qu’avec du soin les montages électroniques “marchent” sans problème. Il aura compris que, même très simple, une réalisation passe par toutes les phases, de la conception sur le papier ou à l’écran (dessin du circuit, calcul des valeurs, dessin du ci) à la réalisation proprement dite. Quelle joie quand il en sera à remplacer les O du mot BOOM par les deux LED (voir dernière page) : mais ce ne sera là sans doute qu’une étape avant des applications
plus personnelles !
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