Un feu virtuel entièrement électronique

Même si vous voyez sortir une flamme tremblotante de la bûche de bois placée dans votre cheminée, vous noterez qu’elle ne génère aucune chaleur, ni ne consomme le moindre gramme de bois ! En fait, ce que vous voyez, c’est un feu virtuel, obtenu électroniquement. Vous en avez rêvé devant les poêles à bois électroniques, dans les grandes surfaces de bricolage, nous vous l’offrons pour votre propre cheminée !


Nombre d’entre vous possèdent une cheminée dans leur salon mais bien peu nombreux sont ceux qui l’allument régulièrement.
Cela peut venir du fait que la pièce est déjà maintenue à bonne température par un système de chauffage central moderne, ou, plus simplement, par pure fainéantise !
En effet, pour faire fonctionner sa cheminée, il faut disposer d’une certaine quantité de bois à portée de main, mais aussi, d’un peu de temps, pour attiser et entretenir la flamme.
Il est toutefois indiscutable qu’une bonne bûche de bois, qui brûle dans la cheminée, donne à l’endroit une inimitable atmosphère d’intimité et de quiétude.
Si vous êtes un peu paresseux et si vous voulez éviter tous les inconvénients inhérents à la mise en service et à l’entretien d’une cheminée, notre feu virtuel pourra combler vos attentes.
Ce feu virtuel, donne l’illusion de voir sortir une flamme de la bûche de bois, mais ce n’est qu’une flamme factice, une flamme qui n’existe pas.
Si cela évite le risque que quelques brindilles incandescentes puissent terminer leur course sur le tapis du salon ou sur un meuble proche, ce feu virtuel permet également de créer une atmosphère agréable sans devoir en subir les contraintes.
Pour obtenir ce feu virtuel, il suffit de placer, sous une petite bûche de bois, une ou plusieurs lampes, en alimentant leur filament à l’aide d’une tension variable, qui leur fasse émettre une lumière tremblotante, semblable à celle d’une flamme.
Nous avons pris comme exemple la cheminée, mais une lumière tremblotante peut également être utilisée pour simuler la flamme d’une bougie.

Le schéma électrique
Le circuit que nous vous présentons peut être utilisé pour alimenter des lampes en 220 volts ou bien des lampes en basse tension de 12 ou 24 volts, pourvu que pour leur alimentation, on utilise une tension alternative de 12 ou 24 volts, fournie par le secondaire d’un transformateur quelconque.
Commençons la description du schéma électrique reporté à la figure 1, par les deux transistors TR1 et TR2, utilisés comme générateur de bruit et alimentés à l’aide d’une tension stabilisée de 15 volts.
En effet, s’ils étaient alimentés avec une tension inférieure, ils ne pourraient pas fonctionner.
Le signal présent sur la sortie du collecteur de TR2 est transféré au travers du condensateur C7, sur la patte non inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC2/A, qui permet d’amplifier uniquement les fréquences inférieures à 8 hertz et à éliminer toutes celles supérieures à cette valeur.
De la patte de sortie 1 de cet amplificateur, sort un signal à très basse fréquence, qui varie de façon aléatoire, d’un minimum de 6 volts, à un maximum de 9 volts.
Ce signal est celui qui permet de faire trembloter la lumière émise par le filament de la lampe.
Cette tension fluctuante, est appliquée à travers la résistance R8, sur l’entrée inverseuse du second amplificateur opérationnel IC2/B, utilisé comme générateur de tension et pour doser la luminosité des lampes, à l’aide du trimmer R11.
Important : Pour obtenir l’effet de tremblotement, il est nécessaire de tourner le curseur du trimmer R11 jusqu’à atteindre la luminosité minimale du filament.
En le tournant dans le sens inverse, la luminosité augmentera, mais l’effet de tremblotement disparaîtra.
Il est à noter qu’une fois le trimmer R11 réglé pour obtenir l’effet de tremblotement, si nous éteignons l’appareil, puis qu’ensuite nous l’allumons de nouveau, la ou les lampes reliées au triac TRC1, s’allumeront immédiatement, d’abord à la luminosité maximale et ensuite, après quelques secondes, elles commenceront à émettre une lumière tremblotante.
Revenons à notre schéma électrique, la tension variable présente à la sortie du second amplificateur opérationnel IC2/B est appliquée sur la base du transistor TR3, qui à son tour, pilote la diode émettrice contenue à l’intérieur du photo-triac, référencé OC1. Ce photo-triac est utilisé pour isoler électriquement le circuit de contrôle des lampes reliées à la sortie du triac de puissance TRC1.
En fait, si à la sortie de ce triac (voir figure 3), nous connections une ou plusieurs lampes en 220 volts, pour des motifs évidents de sécurité, nous devons éviter que cette tension ne rejoigne les composants montés sur le circuit imprimé.
Si, à la sortie du triac, nous connections des lampes en basse tension de 6, 12 ou 24 volts alternatifs (voir figures 4 et 5), cet isolement est superflu.
Note importante : Si vous alimentez les lampes avec une tension de 220 volts, ayez à l’esprit que le petit dissipateur de refroidissement en forme de U sur lequel est fixé le triac TRC1, est directement relié au secteur 220 volts : ainsi, ne le touchez pas, lorsque le circuit est alimenté, car vous pourriez ressentir une secousse désagréable.
Pour le même motif, si vous deviez ouvrir le coffret en plastique pour faire un contrôle ou une réparation, ayez le réflexe de débrancher la fiche de la prise du secteur 220 volts.

Figure 1 : Schéma électrique du circuit qui permet d’obtenir une lumière tremblotante pour notre feu virtuel.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du feu virtuel électronique.

Figure 2b : Photo du circuit, tel qu’il se présente après avoir monté tous les composants.

Figure 2c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé, côté soudures.

Figure 2d : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé, côté composants. Si vous réalisez vous-même ce double face, n’oubliez pas les liaisons entre les pistes supérieures et inférieures. Le circuit professionnel est un double face à trous métallisés.

Liste des composants
R1 = 33 kΩ
R2 = 2,2 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 1 MΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 1,5 kΩ
R11 = 1 kΩ trimmer mont. horiz.
R12 = 2,2 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 1,2 kΩ
R15 = 220 Ω 1/2 W
C1 = 220 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 470 μF électrolytique
C5 = 10 μF électrolytique
C6 = 1 μF polyester
C7 = 1 μF polyester
C8 = 10 μF électrolytique
C9 = 22 nF polyester
C10 = 100 nF polyester
C11 = 100 nF polyester
TR1 = NPN BC547
TR2 = NPN BC547
TR3 = NPN BC547
OC1 = Photo-triac TLP3020
TRC1 = Triac BT137 ou équiv.
IC1 = Régulateur L7815
IC2 = Intégré LM358
RS1 = Pont redresseur 1 A
T1 = Transf. 3 W sec. 0, 14, 17 V 0,2 A (T003.01 ou équiv.)
S1 = Interrupteur


La réalisation pratique
Pour réaliser ce projet, il suffit de réaliser ou de se procurer le circuit imprimé double face à trous métallisés, ainsi que tous les composants constituant l’appareil (voir figure 2a).
Une fois en possession du circuit imprimé, commencez le montage en insérant les deux supports, celui pour le photo-triac OC1 et celui pour le circuit intégré IC2.
Cette opération terminée, insérez toutes les résistances, y compris le trimmer R11, puis tous les condensateurs polyesters et les électrolytiques en veillant à leur polarisation.
Pour la suite du montage, vous pouvez souder les trois transistors BC547, dans la position indiquée par les marquages TR1, TR2 et TR3, sans oublier d’orienter la partie plate de leur corps comme cela est indiqué sur le schéma d’implantation des composants de la figure 2a.
Après les transistors, vous pouvez mettre en place le circuit intégré stabilisateur L7815 en insérant ses pattes dans les trous marqués IC1.
N’oubliez pas d’orienter la partie métallique de son corps vers le transformateur d’alimentation T1.
Le triac (voir TRC1) de 5 ampères, référencé BT137, est à monter sur la droite du transformateur T1 (voir figure 2), en le fixant sur le petit dissipateur de refroidissement en forme de U.
Avant de monter ce triac, vous devez replier en L ses trois pattes A1, A2 et G.
Pour compléter le montage, insérez le pont redresseur RS1, en respectant la polarité “+” et “–” de ses pattes, puis le transformateur d’alimentation T1 et les quatre borniers.
Les deux borniers fixés sur la gauche du transformateur T1, servent pour entrer sur le montage avec le cordon d’alimentation secteur des 220 volts et pour l’interrupteur de mise en service S1.
Les deux borniers fixés sur la droite du transformateur T1, servent pour connecter les lampes desquelles vous souhaitez faire trembloter la lumière des filaments, ainsi que les fils nécessaires pour relier la tension d’alimentation.
Si vous utilisez des lampes de 220 volts, vous devrez appliquer sur le bornier où apparaît l’inscription “entrée tension”, les 220 volts du secteur (voir figure 3).
Si, par contre, vous utilisez des lampes basse tension de 12 ou 24 volts, vous devrez appliquer sur le bornier “entrée tension”, les 12 ou 24 volts alternatifs (voir figures 4 et 5), que vous prélèverez du secondaire d’un transformateur.
Le montage achevé, insérez dans leur support respectif, le circuit intégré IC2 et le photo-triac OC1, en orientant leur repère-détrompeur en forme de U, comme cela est clairement visible sur le schéma d’implantation des composants de la figure 2a.
Le circuit est impérativement fixé à l’intérieur d’un coffret plastique (voir figures 6 et 7).
Comme les faces avant et arrière de ce coffret ne sont pas percées, sur la face avant, vous devrez pratiquer un trou de 7 millimètres de diamètre, afin de faire sortir le corps de l’interrupteur S1 (voir figure 6).
Sur la face arrière, il faut percer 3 trous (voir figure 7), toujours de 7 millimètres, pour y placer les passe-fils utilisés pour les autres branchements.
Dans le premier trou, à gauche, vous devrez faire passer le câble secteur des 220 volts. Dans les deux autres trous, à droite, passeront les fils des lampes ainsi que les fils pour leur alimentation.

Figure 3 : Si vous voulez utiliser des lampes de 220 volts, nous vous conseillons de choisir un modèle allongé, beaucoup moins fragile que le modèle classique. Pour simuler la couleur de la flamme, enveloppez le verre de la lampe avec du papier translucide rouge ou jaune.

Figure 4 : Si, au bornier de sortie (voir figure 2a), vous connectez en parallèle deux lampes de 12 volts, 3 watts, pour les alimenter, vous devez utiliser un transformateur en mesure de délivrer 12 volts, 0,5 ampère.

Figure 5 : Si, au bornier de sortie, vous connectez en série, deux lampes de 12 volts, 3 watts, pour les alimenter, vous devez utiliser un transformateur en mesure de délivrer une tension de 24 volts, 0,13 ampère.

Figure 6 : Pour ce montage, nous avons choisi un coffret standard, muni d’une face avant et arrière en aluminium.

Figure 7 : Sur la face avant, vous devrez pratiquer un trou de 7 millimètres de diamètre pour placer l’interrupteur S1 et sur la face arrière, 3 trous pour insérer les passe-fils utilisés pour le câble secteur (trou de gauche) et ceux qui serviront pour connecter les lampes au bornier de sortie. Le curseur du trimmer R11, sera tourné jusqu’au moment où les filaments des lampes émettront une lumière tremblotante.

Figure 8 : Brochages, vus de dessus, du circuit intégré LM358 et du photo-triac TLP3020.
Les connexions E-B-C des transistors BC547 sont vues de dessous.


Les derniers conseils
Les lampes qui seront reliées à la sortie du triac, doivent être du type à filament.
Ainsi, si vous utilisez des lampes au néon, celles-ci ne s’allumeront pas.
Comme ces lampes à filament sont placées sous les petites bûches de bois, ne choisissez pas un modèle rond mais, si possible, un modèle de forme allongée, moins fragile.
Les lampes en 220 volts doivent être choisies de basse puissance (5 à 10 watts maximum) et si la lumière d’une lampe ne vous satisfait pas, vous pouvez en placer deux en parallèle.
Si vous ne trouvez pas de lampes avec un verre teinté en rouge ou en jaune, vous pouvez le recouvrir avec du papier translucide coloré, que vous pourrez vous procurer dans une papeterie.
A la place d’une lampe en 220 volts, dangereuse à utiliser, surtout s’il y a des enfants à la maison, nous vous conseillons d’utiliser des lampes basse tension de 6, 12 ou 24 volts, en prélevant alors la tension à la sortie du secondaire d’un transformateur.
La puissance de ce transformateur sera choisie en fonction du nombre de lampes que vous désirez alimenter.
Pour alimenter une seule lampe de 12 volts, 3 watts, il suffit d’un petit transformateur, qui délivre une tension d’environ 12 volts et un courant maximum de :

3 : 12 = 0,25 ampère

Pour alimenter deux lampes de 12 volts, 3 watts connectées en parallèle (voir figure 4), il suffit d’un petit transformateur qui délivre une tension d’environ 12 volts et un courant maximum de :
(3 + 3) : 12 = 0,5 ampère

Pour alimenter deux lampes de 12 volts, 3 watts connectées en série (voir figure 5), il suffit d’un petit transformateur qui délivre une tension d’environ 24 volts et un courant maximum de :
3 : (12 + 12) = 0,13 ampère

Après avoir connecté les lampes, vous pouvez mettre sous tension l’appareil, puis, tourner lentement le trimmer R11, jusqu’à ce que vous trouviez la position pour laquelle vous voyez la lumière trembloter.

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