Un nouvel électrostimulateur neuromusculaire biphasique contrôlé en courant version rechargeable sur secteur

Ce nouvel électrostimulateur neuromusculaire est la toute dernière mise à jour proposé dans l'article : "Un électrostimulateur neuromusculaire la nouvelle version, encore plus performante !". Cette fois, on aura la possibilité d’utiliser le secteur 230 V pour recharger la batterie interne, le chargeur étant incorporé à l’appareil, tout en garantissant une sécurité d’utilisation absolue. Divers programmes sont prévus, pour le développement musculaire, l’amincissement, etc.


Eh oui, nous avons proposé dans une version plus performante et avec un seul grand circuit imprimé dans l'article : "Un électrostimulateur neuromusculaire la nouvelle version, encore plus performante !" : le revoici dans une nouvelle mise à jour. L’appareil a eu beaucoup de succès auprès de nos lecteurs, c’est ce qui nous a encouragés à “remettre l’ouvrage sur le métier” (l’expression est de La Fontaine) par deux fois. Les améliorations ont chaque fois touché les performances et la simplicité du montage et de l’utilisation. Par exemple, on a ajouté des comparateurs signalant l’état de charge de la batterie. On a donné la possibilité au microcontrôleur de lire la position des boutons de réglage de l’intensité du courant d’électrodes, de façon à éviter une application brusque de la stimulation électrique.

La nouvelle version
Dans cet article-ci nous vous présentons la nouvelle mise à jour du montage : nous avons prévu cette fois la possibilité de relier l’appareil directement au secteur 230 V, de manière à charger plus rapidement et simplement la batterie alimentant le circuit. Le modèle précédent mettait en oeuvre, pour la charge, une alimentation secteur externe de 15 V et avait besoin de 7 heures pour recharger la batterie. En utilisant directement le secteur 230 V, en revanche, le temps de charge est considérablement réduit et il n’est plus nécessaire d’utiliser un dispositif extérieur. La sécurité de l’usager est garantie par un circuit spécial coupant automatiquement les électrodes quand l’appareil est branché sur le secteur (l’appareil n’est donc pas utilisable pendant la charge).
Une autre amélioration conférée au nouveau modèle est la présence, désormais, de deux LED signalant par leur clignotement que dans les connecteurs d’électrodes se trouvent les trains d’impulsions de courant nécessaires à la stimulation.

Figure 1 : Programmes disponibles.

L’électrostimulateur dispose de dix programmes divers d’entraînement. Par rapport à la version précédente, de légères améliorations ont été apportées : elles découlent d’expériences pratiques réalisées en quelques mois. Chaque programme est caractérisé par son ou ses domaines d’intervention (fessiers, abdos, potentialisation, raffermissement, cellulite, etc.).
Tous les programmes (parmi lesquels capillarisation, cellulite et TENS) se composent de trois phases : échauffement, musculation, relaxation. La première et la dernière phase ont des durées fixes, alors que la durée de la phase de musculation peut varier de 1 à 60 minutes (le tableau indique une durée conseillée par séance). Certains programmes prévoient un type de travail continu, alors que d’autres des temps de travail (10 à 15 secondes) alternés avec des temps de repos.

Quelques notions d’électrostimulation
Avant d’analyser les caractéristiques et les particularités du dispositif que nous proposons, voyons ensemble quelques concepts de base de la théorie de l’électrostimulation. Nous n’avons guère la place, dans cette revue d’électronique, d’approfondir la question et encore moins d’être exhaustifs : il nous semble cependant impératif de vous donner quelques notions de base afin que vous obteniez les meilleurs résultats avec votre électrostimulateur.
Le plus important à savoir est que les fibres musculaires ne sont pas toutes pareilles, on peut en effet les subdiviser en trois groupes :
- Fibres rapides de type A : soit fibres blanches réalisant des contractions rapido-résistantes.
- Fibres rapides de type B : toujours fibres blanches, mais permettant des contractions explosives.
- Fibres lentes : fibres rouges, caractérisées par des temps de contraction plus lents, mais aussi par une résistance à l’effort supérieure.
Il faut savoir en outre que le pourcentage de fibres blanches et rouges varie d’un muscle à l’autre, ainsi que d’un individu à un autre. Des recherches médicales ont démontré que pour stimuler les divers types de fibres, différentes fréquences spécifiques sont nécessaires :
- de 25 à 30 Hz pour les fibres rouges,
- de 40 à 50 Hz pour les fibres blanches A,
- de 70 à 80 Hz pour les fibres blanches B.
Troisième point, il faut considérer que chaque discipline sportive demande des pourcentages différents de fibres rouges/blanches : plus le sport est “de puissance” (comme le 100 m) plus on demande de fibres rapides, plus le sport est “de résistance” (comme le marathon), plus on demande des fibres lentes, mais aussi résistantes aux efforts prolongés (figure 2).
Il existe aujourd’hui deux domaines d’application différents de l’électrostimulation : le domaine thérapeutique et le domaine de la mise en forme ou modelage. Dans le premier cas, on parle de TENS : il se caractérise par une induction de courants faibles dans les nerfs avec pour finalité de stimuler la production de substances lénifiant la douleur (sédatives ou calmantes).
Dans le second, en revanche, on induit des courants d’intensité plus élevée de façon à réaliser la contraction du muscle voulu. Le terme même de “modelant” ou “modelage”, fait penser à une préoccupation esthétique de l’usager, mais en réalité il faut comprendre sous ce terme aussi des cures de réhabilitation et de restauration physiothérapeutiques.
Du point de vue esthétique, le parcours d’un courant est utilisé pour lyser (éliminer, faire fondre) la matière grasse, du point de vue physiothérapeutique l’électrostimulation est en revanche utilisée pour restaurer des fonctions endommagées par la fracture d’un membre et l’immobilisation de l’articulation qui s’ensuit, ou par une autre cause. Ainsi, l’athlète peut ensuite retourner à son activité immédiatement après la fin de la période de reprise de la mobilité, sans devoir attendre le temps normal (et fort long) de récupération.

Figure 2 : Pourcentage des fibres lentes et rapides.

Chaque activité sportive demande un rapport différent entre fibres lentes et rapides. Les sports de “puissance” réclament une quantité supérieure de fibres rapides (par exemple le “body building” un pourcentage de 60 % de fibres rapides et 40 % de fibres lentes), les sports d’efforts plus prolongés et donc de “résistance” demandent en revanche un plus grand pourcentage de fibres lentes (le marathon, par exemple, un pourcentage de 70 % de fibres lentes et de 30 % de fibres rapides). Chaque individu, dès la naissance, se caractérise par un certain rapport entre fibres rapides et fibres lentes. On doit noter qu’avec l’entraînement, il est possible de transformer des fibres rapides en fibres lentes, mais non l’inverse.
Le tableau montre les pourcentages de fibres lentes nécessaires pour différentes disciplines sportives.

Notre appareil
Le mode d’électrostimulation utilisé par notre appareil est de type cutané ou non invasif : des impulsions de courant sont appliquées à deux électrodes placées en contact avec la peau.
Le champ électrique se formant entre les deux électrodes provoque l’excitation des circuits nerveux qu’il investit et par conséquent la contracture du muscle. Pour obtenir les meilleurs résultats, la forme d’onde produite doit être rectangulaire et constituée d’impulsions étroites appliquées par paires (une positive et une négative) caractérisées par la même amplitude.
La valeur du courant doit être constante (et c’est pour cela, nous le verrons plus loin, que notre appareil est muni d’un limiteur de courant capable de faire débiter aux électrodes toujours et seulement l’intensité désirée) et, on l’a vu plus haut, la fréquence des impulsions dépend du type de fibre que nous souhaitons entraîner.
Concluons ce chapitre de description générale de la technique de l’électrostimulation en vous faisant quelques suggestions, utiles selon nous.
La première est que la stimulation ne doit pas être prise comme quelque chose de miraculeux ou une activité substitutive du sport. Elle peut, certes, rendre plus rapide la phase de récupération ou améliorer les prestations de cer tains groupes musculaires, mais seulement si elle est correctement pratiquée et, de toute façon, si elle vient en complément d’une activité sportive. La seconde concerne le positionnement des électrodes.
Selon le muscle que l’on veut entraîner, ou les résultats que nous nous sommes fixés, la position sera différente. Nous ne pouvons pas dans ces pages montrer toutes les diverses positions : nous vous conseillons d’acheter un livre consacré à ce sujet, on en trouve d’excellents en librairie et à un prix tout à fait abordable. Rappelons en outre que les articles : "Un électrostimulateur neuromusculaire Description et réalisation" et "Un électrostimulateur neuromusculaire Utilisation", montraient un certain nombre de points d’électrostimulation les plus favorables. Nous vous renvoyons à cet article pour apprendre à positionner les électrodes et à régler l’appareil en fonction du but précis que vous recherchez.
Si votre médecin, votre kiné, etc., sont ouverts à la discussion (ce qui arrive…), vous pouvez leur demander de vous aider à utiliser votre stimulateur neuromusculaire.

Le schéma électrique de l’électrostimulateur neuromusculaire
Passons enfin à l’analyse du schéma électrique des figures 3 et 4. Le circuit est subdivisé en deux blocs fonctionnels : la section ce contrôle (figure 3) et la section de sortie (figure 4).
La section de contrôle produit deux signaux rectangulaires en opposition de phase dont la fréquence est régulée par le PIC16F877 : l’onde rectangulaire produite se trouve en sortie sur les bornes PULSE1 et PULSE2, respectivement broches 33 et 34 du microcontrôleur, ce dernier réglant en outre la durée de la phase de stimulation et repos en fonction des paramètres spécifiés au moyen des poussoirs P1 à P5. Le PIC se charge aussi de toute la gestion du système : par exemple, les deux afficheurs à 7 segments sont commandés par le microcontrôleur au moyen des puces U2 et U3 et sont utilisés pour visualiser certaines informations de contrôle (par exemple, les minutes restant avant la fin de l’entraînement).
Le schéma électrique de la section de sortie montre qu’elle reçoit en entrée les deux formes d’ondes de tension PULSE1 et PULSE2 et, au moyen de deux transformateurs à prise centrale TF1 et TF2 et d’un circuit spécial, les transforme en impulsions de courant envoyées ensuite aux électrodes par les sorties PLATE SX et PLATE DX.
Dans cette partie du circuit se trouvent deux potentiomètres R61 et R62, utilisés pour régler l’intensité maximale en milliampères (mA) du courant de sortie. On trouve aussi les relais RL2 et RL3 : ils sont commandés par le PIC à travers les sorties A, B et C et servent à couper le courant des électrodes dans le cas où, au début d’un entraînement, la valeur du courant paramétré sur R61 et R62 dépasserait un certain seuil. Cela afin d’éviter qu’un entraînement ne commence avec une intensité de courant d’électrodes trop élevée (en l’occurrence celle de la séance précédente) laquelle, bien que non dangereuse, pourrait sembler pénible, voire douloureuse, n’étant pas atteinte progressivement.
Sur toutes les connexions vers les électrodes il y a en plus un cavalier (J1 et J2) utilisé pour augmenter ultérieurement l’intensité du courant.
En effet, si le cavalier est ouvert, les résistances R58 et R59 limitent le courant, si en revanche le cavalier est fermé les deux résistances sont court-circuitées et ainsi on obtient l’intensité maximale de courant.
Comme on l’a dit en introduction, les LED LD17 et LD18 sont utilisées pour signaler la présence des impulsions sur les électrodes correspondantes.
Dans le schéma électrique de la figure 4 (section de sortie), le bloc d’alimentation est compris : il comporte une batterie rechargeable de 12 V et un circuit de recharge. Il est en effet possible de brancher l’appareil sur le secteur 230 V, afin de recharger la batterie interne : toute la ligne principale est alors coupée (le relais RL1 est excité), de façon à éviter un contact accidentel de l’usager avec la tension du secteur.
Par rapport à l’ancien modèle de circuit, on a ajouté un transformateur TF3 à double secondaire convertissant la tension alternative du secteur 230 V en 18 V (2 x 9 V). Les trois diodes D18 à D20 ont été insérées pour abaisser de 2 V environ les 18 V.
Enfin, le pont PT1 transforme l’alternatif en continu.

Figure 3 : Schéma électrique de la section de contrôle de l’électrostimulateur.

Figure 4 : Schéma électrique de la section de sortie de l’électrostimulateur.

Liste des composants
R1 = 390 Ω
R2 = 390 Ω
R3 = 390 Ω
R4 = 390 Ω
R5 = 390 Ω
R6 = 390 Ω
R7 = 390 Ω
R8 = 390 Ω
R9 = 390 Ω
R10 = 390 Ω
R11 = 390 Ω
R12 = 390 Ω
R13 = 390 Ω
R14 = 390 Ω
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 10 kΩ
R20 = 10 kΩ
R21 = 220 Ω réseau résistif
R22 = 220 Ω réseau résistif
R23 = 220 Ω réseau résistif
R24 = 220 Ω réseau résistif
R25 = 100 Ω
R26 = 390 Ω
R27 = 2,2 kΩ
R28 = 150 Ω
R29 = 100 Ω
R30 = 2,2 Ω
R31 = 20 kΩ 1 %
R32 = 2,2 kΩ
R33 = 12 kΩ 1 %
R34 = 2,7 kΩ
R35 = 10 kΩ 1 %
R36 = 2,2 kΩ
R37 = 8,2 kΩ 1 %
R38 = 1,5 kΩ
R39 = 15 kΩ
R40 = 15 kΩ
R41 = 2,2 kΩ
R42 = 2,2 kΩ
R43 = 33 Ω
R44 = 15 kΩ
R45 = 15 kΩ
R46 = 2,2 kΩ
R47 = 2,2 kΩ
R48 = 33 Ω
R49 = 220 Ω
R50 = 2,2 kΩ
R51 = 2,2 kΩ
R52 = 2,2 kΩ
R53 = 2,2 kΩ
R54 = 15 kΩ
R55 = 15 kΩ
R56 = 2,2 kΩ
R57 = 15 kΩ
R58 = 2,2 kΩ 2 W
R59 = 2,2 kΩ 2 W
R60 = 1 kΩ
R61 = 1 kΩ potentiomètre
R62 = 1 kΩ Potentiomètre
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 10 pF céramique
C3 = 10 pF céramique
C4 = 1000 μF 35 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 100 nF multicouche
C7 = 470 μF 25 V électrolytique
C8 = 470 μF 25 V électrolytique
C9 = 100 nF 63 V polyester
C10 = 100 nF 63 V polyester
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = BYW96
D4 = BYW96
D5 = BYW96
D6 = BYW96
D7 = BYW96
D8 = BYW96
D9 = BYW96
D10 = BYW96
D11 = BYW96
D12 = BYW96
D13 = BYW96
D14 = BYW96
D15 = 1N4007
D16 = 1N4007
D17 = 1N4007
D18 = 1N4007
D19 = 1N4007
D20 = 1N4007
PT1 = Pont 1 A
DZ1 = Zener 4,7 V
DZ2 = Zener 4,7 V
DZ3 = Zener 5,1 V
DZ4 = Zener 5,1 V
DZ5 = Zener 5,1 V
DZ6 = Zener 5,1 V
LD1 = LED 5 mm verte
LD2 = LED 5 mm verte
LD3 = LED 5 mm verte
LD4 = LED 5 mm verte
LD5 = LED 5 mm verte
LD6 = LED 5 mm verte
LD7 = LED 5 mm verte
LD8 = LED 5 mm verte
LD9 = LED 5 mm verte
LD10 = LED 5 mm verte
LD11 = LED 5 mm verte
LD12 = LED 5 mm jaune
LD13 = LED 5 mm rouge
LD14 = LED 5 mm jaune
LD15 = LED 5 mm verte
LD16 = LED 5 mm rouge
LD17 = LED 3 mm jaune
LD18 = LED 3 mm jaune
DS1 = Afficheur 7 seg. c.c.
DS2 = Afficheur 7 seg. c.c.
U1 = PIC16F877-EF480 programmé en usine
U2 = 4511
U3 = 4511
U4 = LM317
U5 = 7805
U6 = LM393
U7 = LM393
T1 = BC547
T2 = BC547
T3 = MPSA42
T4 = MPSA92
T5 = MPSA42
T6 = MPSA92
T7 = IRFZ44N
T8 = IRFZ44N
T9 = IRFZ44N
T10 = IRFZ44N
T11 = BC547
RL1 = Relais 12 V 2 RT
RL2 = Relais 12 V 2 RT
RL3 = Relais 12 V 2 RT
J1 = Dip 1 pôle
J2 = Dip 1 pôle
Q1 = Quartz 20 MHz
BZ1 = Buzzer sans électronique
P1 = Micropoussoir
P2 = Micropoussoir
P3 = Micropoussoir
P4 = Micropoussoir
P5 = Micropoussoir
TF1 = Transfo. C.3176
TF2 = Transfo. C.3176
TF3 = Transformateur 220 V 2 x 9 V 6 VA


La réalisation pratique de l’électrostimulateur neuromusculaire
Nous pouvons maintenant passer à la construction de l’appareil. Les opérations à accomplir sont les mêmes que pour le modèle précédent : pour plus de clarté, revoyons tout de même ensemble les principales. Le circuit imprimé double face à trous métallisés est unique : tous les étages de l’appareil y trouvent leur place, même le transformateur d’alimentation secteur 230 V, désormais.
Tout d’abord procurez-vous le circuit imprimé double face à trous métallisés ou réalisez-le vous-même à partir des dessins proposés par la figure 5b-1 et 2 : mais attention, les dessins ne sont pas à l’échelle 1 et vous devez d’abord en faire une photocopie en agrandissement de 141 %. Si vous le faites vous-même, n’oubliez pas de réaliser les nombreuses connexions entre les deux faces, ce que les trous métallisés font sur le modèle industriel.
Montez tous les composants dans un certain ordre (en ayant constamment sous les yeux la figure 5a et la liste des composants, ainsi que les figures 5b-1 et 5b-2). Commencez par les cinq supports de circuits intégrés : soudez-les et vérifiez vos soudures (pas de court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée).
Montez ensuite toutes les résistances sans les intervertir (triez-les d’abord par valeurs, tolérances et puissances) et les 2 potentiomètres : ceux-ci sont à monter à travers les deux trous du circuit imprimé, boîtier côté composants et axe/écrou côté soudures, soudez leurs broches près de RL2 et RL3 (figures 5a et 5b). Attention, certaines résistances sont en réseau (R21 à R24) : ce sont des “peignes” à monter debout, pattes bien enfoncées.
Montez toutes les diodes, y compris les zeners, en orientant soigneusement leurs bagues repère-détrompeurs dans le bon sens montré par la figure 5a.
Montez le pont de diodes PT1 (en respectant la polarité +/– de ses pattes).
Montez tous les condensateurs (en ayant soin de respecter la polarité des électrolytiques, leur patte la plus longue est le +).
Montez les transistors T1 à T6 et T11, méplat repère-détrompeur tourné dans le bon sens et T7 à T10, partie métallique regardant dans la bonne direction, soit vers R50, R51, R52 et R53.
Montez U4 et U5, sans les confondre, couchés dans leurs dissipateurs en U ML26 et fixés par de petits boulons 3MA (semelles métalliques côté dissipateurs).
Montez le quartz debout, broches bien enfoncées, le buzzer près du PIC (en respectant bien sa polarité), les deux connecteurs à cavaliers J1 et J2, les deux porte-fusibles et les fusibles 1 A, les trois relais 12 V et enfin tous les borniers : un à 2 pôles pour câbler la prise secteur 230 V du panneau arrière et deux petits à 2 pôles pour la batterie (respectez la polarité rouge +/noir –) et l’interrupteur S1.
Retournez la platine en prenant le circuit imprimé double face à trous métallisés côté “soudures” et placez-y les cinq poussoirs P1 à P5 et les dix-huit LED, après les avoir classées par diamètres (3 ou 5 mm) et par couleurs (rouges, vertes, jaunes) : respectez bien la polarité de ces dernières (l’anode + est la patte la plus longue). Placez les deux afficheurs à 7 segments (le point, en bas à gauche, sert de repère-détrompeur). Montez enfin les quatre prises RCA “cinch” verticales pour circuit imprimé, deux par deux sous les potentiomètres.
Bien sûr, les soudures pour ces composants se font côté “composants”, qui porte donc mal son nom ! (Voir figure 5b-2.)
Retournez à nouveau la platine et montez les transformateurs : les deux petits spéciaux TF1 et TF2 transformant le courant impulsionnel et le grand TF3 pour l’alimentation secteur 230 V. Vérifiez que vous n’avez rien oublié et contrôlez encore une fois toutes vos soudures.
Insérez les cinq circuits intégrés dans leurs supports, repère-détrompeurs en U orientés dans le bon sens : vers la gauche de la platine pour U1, U2 et U3 et vers le haut de la platine pour U6 et U7.

Figure 5a : Schéma d’implantation des composants de l’électrostimulateur.

Figure 5b-1 : Photo d’un des prototypes de la platine vue côté composants. Comme vous pouvez vous en douter, les photos ne sont pas à l’échelle 1 !

Figure 5b-2 : Côté soudures, où prennent place les poussoirs, les LED, les prises RCA et les axes/écrous des potentiomètres (les soudures sont sur l’autre face).

Figure 5c-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté composants.

Figure 5c-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, Côté soudures.

Le montage dans le boîtier
Quand la platine est entièrement montée et vérifiée, on l’installe dans le boîtier pupitre : des trous sont à pratiquer dans la face avant pour le passage des commandes (axes des deux potentiomètres et touches à effleurement des cinq poussoirs), des fiches RCA mâles (sorties électrodes) et des signalisations (deux afficheurs à 7 segments et pas moins de dix-huit LED). Le panneau arrière est à percer aussi : un trou pour l’interrupteur M/A et un pour la prise secteur 230 V recevant le cordon.
La platine unique est fixée par entretoise derrière la face avant et la batterie rechargeable est fixée par colliers et vis au fond du boîtier.
Les connexions internes se limitent au câblage de l’interrupteur, du cordon et de la batterie.

Les essais
Quand tout cela est fait, passons aux essais en prenant un exemple d’utilisation.
Tout d’abord, chargez la batterie interne. Pour cela, branchez l’appareil sur le secteur 230 V, vérifiez l’allumage successif des deux LED de charge en attendant que la batterie soit chargée. Par sécurité, on ne peut utiliser l’appareil tant qu’il est branché sur le secteur.
Quand la charge est complète, débranchez le cordon secteur et, à l’aide de l’interrupteur M/A situé sur le panneau arrière, allumez l’appareil.
Voyons comment l’utiliser. Reliez les deux électrodes (droite et gauche) aux connecteurs correspondants (notez que pour chaque côté deux connecteurs sont disponibles, ceci car certains muscles ont besoin pour leur entraînement correct de 3, voire de 4, électrodes), tournez complètement en sens antihoraire les boutons d’intensité du courant d’électrodes et, avec la touche Sélection, choisissez un programme d’entraînement. Avec les touches Augmente et Diminue, il est possible de régler la durée de l’entraînement : l’afficheur visualise la durée en minutes. En pressant la touche Début, le programme est activé, en pressant la touche Arrêt, le programme passe directement à la dernière phase, celle de relaxation. Si, en revanche, on presse deux fois consécutives, le cycle est bloqué immédiatement et on saute à la dernière phase.
On a en plus la possibilité d’arrêter momentanément le processus (touche Pause) : l’appareil se met alors en attente, l’afficheur continue cependant à visualiser la durée restante (la minuterie interne ne se remet pas à zéro).
Si l’on presse à nouveau sur Pause, le traitement recommence là où il avait été interrompu.

LE DISPOSITIF PRÉSENTÉ DANS CET ARTICLE NE DOIT ABSOLUMENT PAS ÊTRE UTILISÉ PAR LES PERSONNES MALADES DU COEUR, SURTOUT SI ELLES SONT PORTEUSES D’UN “PACE MAKER” (PILE CARDIAQUE OU STIMULATEUR CARDIAQUE) OU LES FEMMES ENCEINTES.

Un électrostimulateur neuromusculaire "Description et réalisation""

Un électrostimulateur neuromusculaire "Utilisation"

Un électrostimulateur neuromusculaire "la nouvelle version, encore plus performante !"

Un détecteur de métaux très sensible

Si vous voulez, profitant des vacances, vous mettre à chercher des “trésors” – monnaies et autres objets métalliques – cachés dans le sol, vous avez besoin d’un détecteur de métaux, mais pas de n’importe lequel. Il doit être très sensible, contrairement à la plupart de ceux qui submergent le marché et dont le seul avantage est d’être bon marché. De toute façon, que vous construisiez ou non, la lecture de cet article vous apprendra ce qu’il faut savoir sur les détecteurs de métaux pour ne pas passer pour un béotien face aux spécialistes du domaine !


Le détecteur de métaux (ou “poêle à frire”, à cause de la forme de sa “tête” chercheuse) que nous vous proposons de construire ne coûte pas une fortune pour autant, mais il est doté d’une sensibilité telle que vous ne ratisserez pas les hectares de votre contrée d’élection (plage, campagne, ruines, etc.) pour rien. Vous aurez eu, même si vous ne découvrez pas la Chèvre d’Or ou le Trésor des Templiers du premier coup, au moins la joie de vous initier à la théorie de la détection souterraine et de construire vous-même un excellent appareil… et, pourquoi pas, avec du matériel de récupération comme une canne anglaise pour le manche ?
La partie la plus critique de ce détecteur de métaux étant la tête réceptrice (constituée de trois selfs équilibrées), nous en avons trouvé une déjà montée et réglée : vous avez donc l’assurance que votre appareil fonctionnera tout de suite, sans avoir à passer l’été à tenter de le mettre au point ! Les vacances sont toujours trop brèves, trop, en tout cas, pour les laisser gâcher par l’intendance !
Mais, trêve de préliminaires, voyons tout de suite comment fonctionnent les détecteurs de métaux en général et le nôtre en particulier. Il en existe quatre types.

Le détecteur de métaux à battement
Voyez son schéma synoptique figure 1 : il possède une self détectrice (la “poêle”) située au bout d’un manche. Le signal produit par la self est mélangé avec une fréquence identique prélevée sur un second oscillateur. Le mélange des deux fréquences en produit une troisième égale à leur différence.
Si la self détectrice oscille sur 100 kHz, la self de l’oscillateur interne aussi doit osciller sur 100 kHz et le mélange de ces deux fréquences en donne une troisième égale à la différence, soit :
100 000 – 100 000 = 0 Hz.

Si un objet métallique s’approche de la self détectrice, sa fréquence diminue de manière proportionnelle à la taille de l’objet et inversement proportionnelle à la distance le séparant de la tête. Si, par exemple, la fréquence produite descend à 99 700 Hz, le mélange de cette fréquence avec celle de 100 000 Hz produite par l’oscillateur interne donnera une différence de :
100 000 – 99 700 = 300 Hz

soit une note acoustique de 300 Hz écoutable dans un casque ou un haut-parleur.
Plus les dimensions de l’objet augmentent et plus la fréquence diminue : si elle atteint, par exemple, 99 000 Hz, on entend dans le casque une note de 1 000 Hz, soit bien plus aiguë que la précédente de 300 Hz, en effet :
100 000 – 99 000 = 1 000 Hz.

Tous les détecteurs de métaux à battement sont des modèles économiques et présentent divers défauts : le principal est leur faible sensibilité, car en présence de petits objets métalliques ou même de grosses masses métalliques mais situées à une profondeur plus importante (faible abaissement de la fréquence de la self détectrice), le mélange produit une fréquence subsonique inaudible à l’oreille. Si, par exemple, l’objet métallique est si petit ou situé à une profondeur si importante que la self détectrice oscille à 99 970 Hz, le mélange entre cette fréquence et les 100 000 Hz de l’oscillateur interne donne une troisième fréquence de :
100 000 – 99 970 = 30 Hz

imperceptible, dans le casque, à notre oreille.
L’autre défaut est que ce type d’appareil est très sensible… aux variations thermiques ! Si la tête surchauffe au soleil, puis refroidit à l’ombre, ces variations font varier la fréquence de la self détectrice et le détecteur de métaux sonne même en l’absence de tout objet métallique.

Figure 1 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à battement. Le signal produit par la self détectrice est mélangé avec une fréquence identique produite par un étage oscillateur interne. Quand la fréquence de la self détectrice varie à cause du voisinage d’un objet métallique, le haut-parleur émet une note.

Le détecteur de métaux à variation d’amplitude
Voyez son schéma synoptique figure 2 : la self détectrice est reliée à un étage oscillateur spécifique lequel, en présence d’un objet métallique, voit l’amplitude de son signal et non la fréquence, varier, contrairement aux détecteurs de métaux précédents. Les détecteurs de métaux à variation d’amplitude sont de qualité semi-professionnelle et, à la différence des autres, ils sont insensibles aux variations thermiques. Si, par exemple, l’étage oscillateur produit un signal de 1 V d’amplitude, il suffit d’approcher de la self détectrice un petit objet métallique pour que cette tension chute brutalement à 0,9 V. Si, ensuite, on approche un objet métallique de moyennes dimensions, la tension chute au-dessous de 0,1 V. Ce signal alternatif est redressé pour en tirer une tension continue appliquée sur les entrées d’un amplificateur différentiel : sur l’une des entrées de l’amplificateur opérationnel est appliqué un condensateur électrolytique (figure 2). Il va sans dire que ce condensateur électrolytique se charge avec la valeur d’amplitude maximale, 1 V dans notre exemple. Quand la self détectrice n’est influencée par aucun objet métallique, sur les deux entrées de l’amplificateur différentiel la tension de 1 V est présente et donc à la sortie la tension est de :
1 – 1 = 0 V.

Dès que la self détectrice est influencée par un objet métallique, instantanément l’amplitude de son signal baisse et, si par exemple elle atteint 0,9 V, nous retrouvons cette tension seulement sur l’entrée de l’amplificateur différentiel à laquelle le condensateur électrolytique n’est pas relié. En effet, sur l’entrée opposée à celle comportant le condensateur électrolytique, est toujours présente une tension de 1 V, car le condensateur électrolytique n’a pas eu le temps de se décharger.
Par conséquent, sur une des entrées de cet amplificateur différentiel nous avons une tension de 0,9 V et sur l’autre une tension de 1 V. Si cet amplificateur différentiel est calculé pour un gain de 15 fois, nous trouvons en sortie une tension de :
(1 – 0,9) x 15 = 1,5 V.

Cette tension est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le hautparleur.

Figure 2 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à variation d’amplitude. Quand on approche un objet métallique de la tête détectrice, une variation d’amplitude du signal de produit. Cette variation est utilisée pour exciter un oscillateur BF fournissant le signal acoustique.

Le détecteur de métaux à impulsions
Voyez son schéma synoptique figure 3 : normalement, dans la tête des détecteurs de métaux à impulsions se trouve une self fonctionnant alternativement en émettrice et en réceptrice. Quand elle est émettrice, la self est excitée par une série d’impulsions à ondes carrées alors que, quand elle est réceptrice, elle capte les impulsions réfl échies par le sous-sol. Si les impulsions sont influencées par des objets métalliques, leur front de montée est modifié et cette différence est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le haut-parleur. Bien que ces détecteurs de métaux soient d’un coût élevé et qu’on les considère comme semi-professionnels, ils ont selon nous une sensibilité moindre que ceux à variation d’amplitude.

Figure 3 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à impulsions. La self de ce détecteur de métaux fonctionne alternativement en émission et en réception. En émission, la self rayonne à travers le sol un train d’impulsions et, en réception, la même self capte ces impulsions, si elles ne sont pas atténuées par des objets métalliques.

Le détecteur de métaux à selfs équilibrées
Voyez son schéma synoptique figure 4 : dans la tête des détecteurs de métaux à selfs équilibrées se trouvent trois selfs, mais de dehors on n’en voit que deux. La self externe, de diamètre supérieur, est utilisée comme émettrice et les deux autres, montées en opposition de phase, sont utilisées comme réceptrices. Ces dernières sont placées au centre de la tête, de manière à annuler le signal produit par la self émettrice. Lorsque la tête est approchée d’un objet métallique, le signal sur les deux selfs réceptrices est déséquilibré et leur sortie émet un signal mis à profit pour produire une note.

Figure 4 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à selfs équilibrées. Les deux selfs réceptrices sont en opposition de phase de manière à annuler le signal produit par la self émettrice. Quand la tête s’approche d’un objet métallique, le signal est déséquilibré et le générateur BF émet une note.

Figure 5 : Vue de la face avant en aluminium du boîtier du détecteur de métaux à selfs équilibrées. Le premier bouton en haut à gauche sert à régler la sensibilité (R33, figure 9a), le deuxième à droite à régler l’équilibrage (R10) et le troisième en bas à régler la remise à zéro (R26). Si vous dosez parfaitement ces 3 boutons, vous pourrez découvrir des objets enterrés, même à de grandes profondeurs.

Notre réalisation
La sensibilité de ce détecteur de métaux est nettement plus élevée que celle de n’importe quel autre modèle et si nous n’avons jamais, jusqu’ici, présenté dans la revue un tel appareil, c’est que l’équilibrage des deux selfs dans la tête est une opération très délicate ne pouvant être exécutée que par les techniciens spécialisés de l’industrie.
Aujourd’hui on trouve enfin ce produit vendu seul et, bien que le prix en soit encore un peu élevé à notre goût, nous vous proposons de construire un détecteur de métaux à selfs équilibrées de qualité professionnelle… pour un coût total qui l’est nettement moins !

Le schéma électrique du détecteur de métaux
Vous le trouverez figure 6 avec la liste des composants : à première vue, il est incompréhensible, mais si vous suivez bien la description détaillée de tous les étages qui suit, vous le trouverez finalement tout à fait clair.
Commençons par le NPN TR1, monté en oscillateur pour exciter la self émettrice du cercle extérieur de la tête. Avec les valeurs choisies pour C1 et C2, la self devrait osciller à 5 500 Hz et produire un signal d’environ 10 Vpp d’amplitude.
La fréquence n’est pas critique et par conséquent si elle oscille à 5 300 ou 5 700 Hz, à cause de la tolérance des condensateurs, les caractéristiques et la sensibilité du détecteur de métaux ne seront pas du tout altérées.
Le signal produit est capté par les deux selfs en opposition de phase à l’intérieur de la tête et le faible signal présent en sortie, environ 0,004 Vpp quand la self n’est influencée par aucun objet métallique, est appliqué à l’entrée non inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC2-A. Cet amplificateur opérationnel amplifie le signal 22 fois et on trouve donc un signal de sortie de 0,09 V. C10 achemine ce signal vers les entrées inverseuses (signe –) des deux amplificateurs opérationnels IC2-B et IC4-A. Le premier amplificateur opérationnel IC2-B amplifie le signal environ 4,5 fois, mais avec une inversion de phase de 360°. Ces signaux, déphasés de 180° et de 360°, sont appliqués sur les entrées du commutateur électronique IC5-A, se comportant comme un redresseur à double demionde et, par conséquent, nous retrouvons à sa sortie des demies ondes positives à 11 000 Hz, soit à une fréquence double de celle de 5 500 Hz produite par l’étage oscillateur TR1.
Plus on approche un objet métallique de la tête et plus l’amplitude des demies ondes positives sortant du commutateur électronique IC5-A augmente. Ces demies ondes, filtrées par R22 et C16, nous permettent d’obtenir une tension continue laquelle, appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC4-B, est amplifiée 100 fois.
Si l’on tourne le curseur du potentiomètre R33 vers la sortie de l’amplificateur opérationnel IC4-B, nous obtenons la sensibilité maximale, vers R32 la sensibilité minimale. La tension prélevée sur le potentiomètre R33 est appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC6-B et prélevée à sa sortie pour être appliquée au commutateur électronique IC5-C. Ce commutateur, s’ouvrant et se fermant à la fréquence de 550 Hz, produit une note modulée qui, amplifiée par TR2, TR3 et TR4, pilote un haut-parleur ou un casque.
Plus grande est la valeur de la tension à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC6-B et plus élevée est l’intensité de la note.
Le dernier amplificateur opérationnel IC7, en bas à droite du schéma électrique, sert à équilibrer le signal de sortie de manière à rendre muet l’amplificateur en absence d’objet métallique.
Le curseur du potentiomètre de remise à zéro R27 est tourné de façon à annuler complètement la faible note que l’on pourrait entendre en absence d’objet métallique, quand le curseur du potentiomètre de sensibilité R33 est tourné au maximum. Sachant que beaucoup de terrains contiennent des poussières métallifères, nous avons inséré dans le circuit le poussoir P1 pour corriger automatiquement les petits déséquilibres pouvant se produire quand on explore ce type de terrains avec le détecteur de métaux réglé pour la sensibilité maximale.
Toujours sur la page de droite du schéma électrique, vous trouvez l’amplificateur opérationnel IC6-A, utilisé uniquement pour créer une masse fictive de 6 V, reconnaissable sur le schéma par son trait gras.
Passons à gauche de ce schéma électrique : on y trouve deux amplificateurs opérationnels IC1-A et IC1-B et le diviseur CMOS IC3 4017, dont nous n’avons pas encore expliqué les fonctions dans ce détecteur de métaux. La fréquence de 5 500 Hz, produite par l’étage oscillateur TR1, est prélevée sur son collecteur par C4 et appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1-A à travers le potentiomètre R10, monté en équilibreur du signal. Le point optimal de réglage du bouton de ce potentiomètre ne peut être établi a priori, mais doit être déterminé par expérience. Si nous n’avons pas automatisé cette fonction, c’est afin de ne pas rendre le détecteur de métaux assez sourd pour passer à côté, même à la sensibilité maximale, de pièces de monnaie enterrées à faible profondeur.
De l’amplificateur opérationnel IC1-A, le signal est transféré à l’entrée inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B qui le convertit d’onde sinusoïdale en onde carrée. Ce signal est appliqué sur la broche de contrôle du commutateur électronique IC5-A et sur la broche d’entrée 14 de l’amplificateur opérationnel IC3, le CMOS 4017. La fréquence de 5 500 Hz, appliquée sur la broche 14 de IC3, est prélevée sur la broche 3 divisée par 10 et nous retrouvons donc sur cette broche une onde carrée à 550 Hz utilisée pour piloter le commutateur électronique IC5-C.
Ce détecteur de métaux ne comporte pas d’instrument de mesure car, outre le fait que cela eût compliqué le schéma, sa présence eût joué au détriment de la sensibilité de l’appareil. Par dessus le marché, ce galvanomètre n’est pas strictement nécessaire car, lorsqu’on explore un terrain, l’audition est plus naturelle et spontanée que l’observation visuelle du petit déplacement d’une aiguille sur un cadran. En effet, on ne regarde le cadran du galvanomètre qu’après avoir entendu la note dans le casque et cela n’est donc pas indispensable.

Figure 6 : Schéma électrique du détecteur de métaux à selfs équilibrées. Le circuit est alimenté par deux piles 6F22 de 9 V, insérées dans les deux équerres latérales utilisées pour fixer le petit haut-parleur dans le boîtier plastique (figure 12).

Liste des composants
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 5,6 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 12 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 27 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 100 kΩ
R10 = 1 MΩ pot. lin.
R11 = 100 kΩ
R12 = 100 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 22 kΩ
R15 = 100 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 10 kΩ
R20 = 10 kΩ
R21 = 10 kΩ
R22 = 100 kΩ
R23 = 4,7 kΩ
R24 = 10 kΩ
R25 = 1 M
R26 = 10 kΩ pot. lin.
R27 = 270 kΩ
R28 = 100 kΩ
R29 = 12 kΩ
R30 = 100 kΩ trimmer
R31 = 2,2 kΩ
R32 = 1 kΩ
R33 = 10 kΩ pot. lin.
R34 = 33 kΩ
R35 = 10 kΩ
R36 = 15 kΩ
R37 = 47 kΩ
R38 = 100 kΩ
R39 = 100 kΩ
R40 = 10 kΩ
R41 = 22 kΩ
R42 = 2,2 kΩ
R43 = 1 M
R44 = 10 Ω
C1 = 820 nF polyester
C2 = 680 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 10 nF polyester
C5 = 22 nF polyester
C6 = 47 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 220 pF céramique
C9 = 100 pF céramique
C10 = 10 nF polyester
C11 = 100 nF polyester
C12 = 100 nF polyester
C13 = 100 nF polyester
C14 = 100 nF polyester
C15 = 47 μF électrolytique
C16 = 100 nF polyester
C17 = 47 nF polyester
C18 = 47 nF polyester
C19 = 10 nF polyester
C20 = 1 μF polyester
C21 = 100 nF polyester
C22 = 47 μF électrolytique
C23 = 100 nF polyester
C24 = 100 nF polyester
C25 = 100 nF polyester
C26 = 100 nF polyester
C27 = 100 μF électrolytique
C28 = 100 nF polyester
C29 = 100 nF polyester
C30 = 220 μF électrolytique
C31 = 100 nF polyester
C32 = 100 μF électrolytique
C33 = 100 μF électrolytique
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4007
TR1 = PNP BC557
TR2 = NPN BC547
TR3 = NPN BC547
TR4 = PNP BC557
IC1 = Intégré NE5532
IC2 = Intégré NE5532
IC3 = CMOS 4017
IC4 = Intégré NE5532
IC5 = CMOS 4053
IC6 = Intégré NE5532
IC7 = Intégré CA3130
IC8 = Intégré MC78L12
P1 = Poussoir
S1 = Interrupteur
HP = Haut-parleur 0,2 W


Figure 7 : Brochage des circuits intégrés vus de dessus, du régulateur de tension et des transistors vus de dessous.

L’alimentation
Pour alimenter ce détecteur de métaux, on utilise deux piles de 9 V type 6F22 en série, ce qui fait une tension totale de 18 V. Cette tension est seulement utilisée pour alimenter l’étage amplificateur BF constitué de TR2, TR3 et TR4. Tous les autres étages du détecteur de métaux sont alimentés avec une tension de 12 V stabilisée par le régulateur intégré IC8 MC78L12.

La réalisation pratique de détecteur de métaux
Si vous suivez avec attention les figures 8 à 12 et en particulier la figure 9a, vous ne devriez pas rencontrer de problème pour monter ce détecteur de métaux : procédez par ordre, afin de ne rien oublier, de ne pas intervertir les composants se ressemblant, de ne pas inverser la polarité des composants polarisés et de ne faire en soudant ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée.
Quand vous êtes en possession du circuit imprimé double face à trous métallisés (dessin à l’échelle 1 des deux faces figure 9b 1 et 2), montez tous les composants comme le montre la figure 9a.
Placez d’abord les 7 supports des circuits intégrés et vérifiez que vous n’avez oublié de souder aucune broche.
Montez toutes les résistances, en contrôlant soigneusement leurs valeurs (classez-les d’abord), et le trimmer R30. Montez maintenant les diodes au silicium, bagues noires repère-détrompeurs tournées dans la direction indiquée par la figure 9a. Montez ensuite tous les condensateurs céramiques et polyesters, en appuyant bien leurs boîtiers à la surface du circuit imprimé et les électrolytiques, en respectant bien la polarité +/– de ces derniers (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique).
Montez enfin les transistors TR1 à TR4 et le régulateur IC8, méplats repère-détrompeurs tournés dans les directions montrées par la figure 9a.
Montez en haut à gauche le bornier à 4 pôles : vous y visserez ensuite les deux prises de piles 6F22. Enfoncez et soudez, en haut et en bas de la platine, tous les picots destinés aux connexions extérieures que vous effectuerez une fois le montage dans le boîtier réalisé.
Assurez-vous de n’avoir rien oublié.
Insérez maintenant (à moins que, puristes, vous ne préfériez attendre la fin de l’installation dans le boîtier et que la toute dernière soudure soit refroidie !) les circuits intégrés, repère-détrompeurs en U orientés dans les sens montrés par la figure 9a, soit tous vers le bas.

Figure 8 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de métaux à selfs équilibrées.

Figure 9a : Schéma d’implantation des composants de la platine du détecteur de métaux à selfs équilibrées. Sur les broches du connecteur de la tête détectrice sont marqués les numéros 4-2 et 1-3 destinés à éviter toute erreur de câblage. Le circuit imprimé est double face à trous métallisés, si vous le réalisez vous-même, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces.

Figure 9b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté composants.

Figure 9b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté soudures.

Le montage dans le boîtier
Aucun problème si vous regardez bien les figures 10 à 15 et en particulier la figure 12. Sur la poignée en plastique du manche fixez le panneau arrière en aluminium formant le fond du boîtier console avec des entretoises métalliques de 5 mm (figure 15) : ces entretoises servent en outre à maintenir le circuit imprimé à 5 mm de ce fond métallique. A l’extrémité de ce panneau arrière, fixez aussi le connecteur mâle socle où viendra ensuite s’insérer la fiche femelle du cordon allant à la tête détectrice (figure 15).
Prenez alors la face avant en aluminium et fixez les 3 potentiomètres, le poussoir P1, l’interrupteur S1 de M/A et le haut-parleur (en vous servant pour ce dernier de deux équerres en L : figures 10 et 11). Ces deux équerres servent en outre à fixer les deux piles 6F22 à l’intérieur du boîtier plastique (figure 12).
La face avant en aluminium est à fixer sur le boîtier plastique par 4 petits boulons, après avoir bien sûr réalisé les 4 trous dans le plastique. Profitez-en pour pratiquer un autre trou dans le plastique de la petite paroi du boîtier pour le passage du jack femelle (prise casque), voir figure 14. Sauf si vous décidez de vous contenter du haut-parleur.
Avec des morceaux de fil isolés plastique, reliez tous les picots des bords du circuit imprimé aux cosses des potentiomètres, du poussoir, de l’interrupteur, de la prise jack et du haut-parleur, en les ordonnant si possible en faisceau.
Câblez aussi le connecteur allant à la tête détectrice. N’oubliez pas les deux prises de piles en respectant bien les polarités (figure 9).
Avant de fixer le boîtier plastique sur la poignée du détecteur de métaux, réglez le trimmer R30 comme indiqué ci-après.

Figure 10 : Pour fixer le haut-parleur en face avant, utilisez deux équerres et 4 entretoises constituées de boulons avec deux écrous et une rondelle frein.

Figure 11 : En face avant sont fixés, en plus du haut-parleur, les trois potentiomètres, le poussoir P1 et l’interrupteur S1. Contre les deux équerres prennent place les deux piles 6F22 (figure 12).

Figure 12 : L’installation dans le boîtier plastique. Le circuit imprimé est fixé sur le panneau arrière en aluminium du boîtier plastique à l’aide d’entretoises de 5 mm (figure 15). La prise casque est fixée près de P1 sur le flanc en plastique du boîtier.

Figure 13 : Avant de fixer les trois potentiomètres en face avant, vous devez en raccourcir les axes afin de pouvoir fixer correctement les boutons (à quelques mm du panneau). La rondelle et les écrous servent à tenir à distance du panneau les équerres en L et à fixer le hautparleur.

Figure 14 : La face avant en aluminium de ce détecteur de métaux (figure 5) est fixée sur le boîtier plastique au moyen de 4 boulons. Sur la paroi plastique latérale est fixé le socle jack de la prise casque. Vous pouvez ne pas le monter si vous pensez que le haut-parleur vous suffit.

Figure 15 : Le panneau arrière du boîtier (figure 12 à droite) avec le connecteur allant à la tête détectrice et le circuit imprimé, est fixé sur la poignée du manche (figure 16). Le circuit imprimé est fixé avec des entretoises mâles/femelles. L’écrou va sur le circuit imprimé et la vis à l’extérieur de la poignée.

Figure 16 : Le manche de maintien, avec sa poignée et l’appui en U pour le bras, est constitué de deux tubes en plastique. Après avoir réglé la longueur des deux tubes à votre taille, vous devez les immobiliser avec un boulon. Si vous voulez faire des économies, vous pouvez utiliser une vieille canne anglaise, elle aussi réglable et pourvue d’une poignée et d’un appui en U.

Figure 17 : Entre les deux flasques situées au bord de la self détectrice, insérez l’extrémité du manche en utilisant des rondelles plastiques comme cales et un boulon à écrou à oreilles en plastique comme axe.

Le réglage
Le détecteur de métaux fonctionne dès le premier essai mais, pour obtenir la sensibilité maximale, vous devez encore régler le trimmer “d’offset” R30. Avant d’exécuter ce réglage, mettez la tête sur une table ou un tabouret non métallique.
Après avoir tourné le bouton des potentiomètres R10, R26 et R33 à micourse, vous devez relier entre TP1 et la masse un multimètre sur fonction cc et portée 10 ou 15 V fond d’échelle.
Tenez pressé le poussoir P1 et tournez lentement le curseur du trimmer R30 jusqu’à lire une tension de 6 V exactement.
Enlevez le multimètre, fermez le boîtier plastique et cherchez un terrain dont vous voulez explorer le sous-sol : cet expérience de terrain vous permettra en outre d’acquérir un peu de pratique, car c’est seulement en utilisant votre appareil que vous pourrez localiser, en vous fiant aux variations de son, des objets métalliques plus ou moins gros enfouis dans la terre.

Comment l’essayer ?
Avant de vous aventurer sur un quelconque terrain à la recherche des “trésors” dont vous rêvez, nous vous conseillons de vous faire un peu la main sur un terrain proche de votre maison (votre jardin, par exemple). Demandez à un ami d’enterrer à une profondeur de 10 cm environ ces trois objets :
- une pièce de un euro,
- une cuillère à soupe,
- une boîte de bière ou de soda en métal,
que vous devrez ensuite retrouver en modifiant la sensibilité du détecteur de métaux en agissant sur le potentiomètre R33. Après avoir tourné le bouton du potentiomètre de sensibilité R33 vers la position désirée, soit minimale - moyenne - maximale, appuyez la tête (du détecteur !) sur le sol (après avoir vérifié qu’aucun métal ne s’y trouve) et, le haut-parleur émettant une note, tournez lentement le bouton du potentiomètre de remise à zéro R26 jusqu’à la position pour laquelle la note cesse.
Si la note est encore faiblement audible, tournez le bouton du potentiomètre d’équilibrage R10 pour l’annuler. Ne vous étonnez pas si, en tournant le bouton de R33 pour la sensibilité maximale, il est plus difficile d’annuler complètement cette note. Pour y parvenir nous vous conseillons de :
- presser P1 et tourner le bouton de mise à zéro R26 jusqu’à trouver la position dans laquelle la note s’atténue au maximum,
- relâcher P1 et tourner le bouton d’équilibrage R10 jusqu’à trouver la position pour laquelle la note disparaît complètement.
Si un résidu demeure, il suffit de réduire légèrement la sensibilité avec le bouton de R33. Quand vous entendez une faible note, la sensibilité du détecteur de métaux sera réglée au maximum et il vous sera donc facile de trouver une pièce de la taille d’un euro à une profondeur de 17 à 18 cm. Pour découvrir les 3 objets métalliques dissimulés dans le terrain, nous vous conseillons de sélectionner les trois sensibilités différentes de manière à comprendre comment varie la note en fonction de la profondeur où se trouve l’objet. Quand ce test est terminé, allez dans un terrain quelconque pour vous consacrer à la recherche proprement dite : il va de soi que vous devrez tenir la tête détectrice très près du sol pour pouvoir distinguer de petits objets métalliques enterrés à faible profondeur de grandes masses métalliques à des profondeurs plus importantes.

Tout ce que vous devez savoir
Si vous explorez un terrain en zigzaguant au hasard, vous réussirez difficilement à trouver quelque chose. Pour une recherche plus fructueuse, vous devez agir de manière systématique en parcourant le terrain comme le font les paysans pour les semis (figure 18) : ainsi chaque mètre carré sera visité par la tête de l’appareil. Si vous trouvez sur un oppidum préhistorique ou un castrum médiéval une pièce de monnaie ancienne, un anneau ou une fibule, vous savez que vous vous trouvez dans une zone intéressante pour vos trouvailles et donc n’omettez pas le moindre pouce du lopin. Les terrains venant d’être labourés sont très fructifères, car le soc fait remonter à la surface les objets enfouis plus profondément.
Souvenez-vous qu’avant d’enter dans un terrain privé vous devez demander l’autorisation au propriétaire et que celui-ci a des droits sur les objets éventuellement découverts, de même que les services archéologiques officiels en ont aussi et qu’ils ont le devoir et le droit de vous empêcher de saccager un site, même si vous en êtes l’inventeur par hasard.
Par contre sur les plages au petit matin ou le soir à la fraîche, vous ne trouverez sans doute guère de sesterces ou de ducats, mais des montres et des bijoux perdus par les baigneurs (je vous fais grâce des capsules de canettes) : rapportez-les au bureau des objets trouvés (pas les capsules !) et, en cas de non réclamation, au bout d’un an et un jour ces objets seront à vous en pleine propriété.

Figure 18 : Pour explorer un terrain, ne procédez jamais en zigzag et au hasard, mais au contraire systématiquement en utilisant la technique des paysans pendant les semailles, ainsi pas un pouce de terrain ne sera omis.

La sensibilité
Si vous voulez savoir lequel des deux détecteurs de métaux, celui que vous venez de construire ou celui que votre ami a acheté tout fait, est le plus sensible, le mieux est de faire un essai comparatif en situation réelle. Nous savons que si dans le sous-sol d’un terrain se trouve une grosse masse métallique en profondeur elle produit le même effet sur le détecteur de métaux qu’un petit objet métallique situé à une profondeur moindre. Nous avons, dans le tableau ci-dessous, indiqué les centimètres de profondeur de détection d’un objet métallique avec le détecteur de la figure 6 réglé sur la sensibilité maximale et, bien sûr, en réduisant cette sensibilité, la profondeur maximale à laquelle peut avoir lieu une détection d’objet métallique se réduit automatiquement.



Comment l’utiliser
Vous avez avant tout besoin de vous faire la main. En effet, lors des premiers essais, vous pouvez rencontrer des difficultés pour atténuer la note en agissant sur le potentiomètre de zéro aj. (R26) et sur celui de la balance (R10). Vous vous rendrez compte bien vite qu’il est plus facile d’atténuer cette note en maintenant P1 pressé et en tournant le bouton du potentiomètre de zéro aj. Si même en agissant de cette manière quelque résidu sonore persiste, vous pourrez l’éliminer en tournant le bouton du potentiomètre de balance et en réduisant légèrement la sensibilité.

Attention : Il est absolument indispensable d’exécuter ce réglage avec ces boutons de manière micrométrique.

Même si vous ne réussissez pas à éliminer complètement la note, ne vous inquiétez pas, car lorsque vous passerez la tête de l’appareil sur un objet métallique, même de petites dimensions, vous entendrez la note augmenter significativement d’amplitude.
Bonne chasse au trésor.

Un générateur BF à trois formes d’ondes

Le générateur présenté ici est en mesure de fournir en sortie un signal carré, triangulaire ou sinusoïdal d’une fréquence variant de 14 Hz à 140 kHz. A sa sortie nous avons relié un fréquencemètre numérique à afficheur LCD permettant de lire la fréquence produite.

Figure 1 : Photo de l’appareil complet dans son boîtier plastique. Ce générateur BF avec fréquencemètre numérique à afficheur LCD fournit les trois formes d’ondes les plus communes : sinusoïdale, triangulaire et carrée. Pour obtenir une fréquence stable, le générateur doit être allumé 15 minutes avant l’utilisation afin de permettre à IC1 de se stabiliser.

Pour contrôler un préamplificateur ou un étage final de puissance ou tout autre circuit BF, il faut pouvoir disposer d’un labo doté d’un générateur BF capable de produire une onde sinusoïdale, une triangulaire et une carrée. Ce générateur, couvrant la gamme qui s’étend du subsonique (15-20 Hz) à l’ultrasonique (au-delà de 30 kHz, en fait il peut «monter» à 140 kHz), parcourt donc toute la plage des sons audibles.
Non contents de cela, nous avons voulu mettre «la cerise sur le gâteau» avec un fréquencemètre numérique à afficheur LCD très précis, indiquant exactement la fréquence en Hz fournie par la sortie du générateur.


Note : les valeurs de fréquence données dans ce tableau sont seulement indicatives, car elles sont influencées par :
- la stabilité de la tension 5 + 5 V,
- la tolérance des condensateurs placés sur S1,
- la tolérance du potentiomètre R1.

Schéma électrique du générateur
La figure 2 donne le schéma électrique complet du générateur BF, la figure 3 celui de l’étage d’alimentation et la figure 4 celui du fréquencemètre numérique.
Comme le montre la figure 2, le «moteur» du générateur est le circuit intégré IC1 XR205 à 16 broches de EXAR : en connectant entre les broches 15-5 et 14-6 des condensateurs de diverses capacités et en faisant varier la tension négative de –5 à 0,9 V environ sur la broche 13, grâce au potentiomètre R1 de 4,7 kilohms, nous pouvons modifier la fréquence de sortie comme l’indique le tableau 1.
Etant donné que nous avons inséré dans ce générateur un fréquencemètre numérique et que nous avons laissé sur le circuit imprimé un espace pour ajouter en parallèle au condensateur existant un second condensateur polyester, il est possible de retoucher la fréquence de chaque gamme de manière à ce que chacune commence un peu avant la précédente. Pour diminuer la fréquence, il suffit d’utiliser une capacité supérieure et pour augmenter la fréquence il suffit d’utiliser une capacité inférieure. Si, par exemple, nous voulons diminuer la fréquence de la troisième portée utilisant une capacité de 470 nF, il suffit de mettre en parallèle à ce condensateur un second condensateur de 1 nF. Si nous voulons en revanche augmenter la fréquence de cette troisième portée utilisant 470 nF, nous devons réduire sa capacité et pour ce faire nous mettons en parallèle deux condensateurs de capacités standards de telle façon que la somme fasse une capacité inférieure à 470 nF, par exemple :
390 + 47 = 437 nF
390 + 39 = 429 nF
390 + 33 = 423 nF
330 + 82 = 412 nF
Après avoir expliqué comment modifier la fréquence, continuons la description du schéma électrique de la figure 2 en précisant qu’en dehors du circuit intégré IC1 XR205, il y en a un autre, IC2, un NE5532 contenant les deux amplificateurs opérationnels IC2-A et IC2-B.
Si l’on place les deux commutateurs S2-A - S2-B en position 1, nous prélevons sur le curseur de S2-B une onde sinusoïdale.
Sur la position 2 en revanche nous prélevons une onde triangulaire. Sur la position 3 une onde carrée.
Si, comme le montre la figure 2, les ondes sinusoïdales et triangulaires sortent de la broche 11, en revanche les ondes carrées proviennent de la broche 12 de IC1 pour être appliquées à travers C10 sur l’entrée non inverseuse (voir signe +) du premier amplificateur opérationnel IC2-A. Le signal à la sortie de IC2-A est appliqué sur le commutateur S2-B et sur l’entrée du fréquencemètre numérique (figure 2). Le signal prélevé sur le curseur du commutateur S2-B est en revanche appliqué sur l’entrée inverseuse (voir signe –) du second amplificateur opérationnel IC2-B et prélevé sur la broche de sortie 1 pour être utilisé. Le potentiomètre linéaire R21 de 4,7 kilohms, placé entre l’entrée et la sortie de cet amplificateur opérationnel, sert à faire varier l’amplitude du signal de sortie de 0 à 6 Vpp, ce qui correspond à 2 Veff environ.

Figure 2 : Schéma électrique du générateur BF. Les valeurs de fréquence données dans le tableau 1 sont purement indicatives. Pour les modifier il suffit de changer la valeur des condensateurs appliqués au commutateur S1. Pour augmenter la fréquence, il suffit de réduire la capacité et pour la diminuer, il suffit d’augmenter la capacité indiquée.

L’étage d’alimentation
Pour alimenter ce générateur il faut une tension double symétrique de +5 0 –5 V prélevée sur l’étage d’alimentation de la figure 3 et composée de deux circuits intégrés régulateurs :
IC3 L7805 pour la branche positive et
IC4 L7905 pour la branche négative.
Cet étage d’alimentation, y compris le transformateur, est situé sur le circuit imprimé du générateur comme le montre la figure 10.

Figure 3 : Schéma électrique de l’étage d’alimentation double symétrique utilisée pour alimenter le générateur BF de la figure 2 et le fréquencemètre numérique de la figure 4.

Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ pot. lin.
R2 = 1 kΩ
R3 = 50 kΩ trimmer
R4 = 10 kΩ
R5 = 4,7 kΩ
R6 = 15 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 50 kΩ trimmer
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 220 Ω
R11 = 2,2 kΩ
R12 = 5 kΩ trimmer
R13 = 2,2 kΩ
R14 = 390 Ω
R15 = 390 Ω
R16 = 47 kΩ
R17 = 120 Ω
R18 = 8,2 kΩ
R19 = 1 MΩ
R20 = 15 kΩ
R21 = 4,7 kΩ pot. lin.
R22 = 470 Ω
R23 = 470 Ω
R24 = 1 kΩ
C1 = 10 μF non polarisé
C2 = 2,2 μF polyester
C3 = 470 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 22 nF polyester
C6 = 4,7 nF polyester
C7 = 10 μF électrolytique
C8 = 100 nF polyester
C9 = 100 nF polyester
C10 = 1 μF polyester
C11 = 10 μF électrolytique
C12 = 2,2 nF polyester
C13 = 10 pF céramique
C14 = 47 pF céramique
C15 = 100 nF polyester
C16 = 100 nF polyester
C17 = 100 nF céramique
C18 = 100 nF céramique
C19 = 100 nF céramique
C20 = 100 nF céramique
C21 = 1 000 μF électrolytique
C22 = 1 000 μF électrolytique
C23 = 100 nF polyester
C24 = 100 nF polyester
C25 = 100 nF polyester
C26 = 100 nF polyester
C27 = 100 μF électrolytique
C28 = 100 μF électrolytique
RS1 = Pont 100 V 1 A
IC1 = Intégré XR205
IC2 = Intégré NE5532
IC3 = Régulateur L7805
IC4 = Régulateur L7905
T1 = Transfo. 6 W sec. 8 V 0,4 A 8 V 0,4 A
S1 = Commutateur 1 voie 6 positions
S2 = Commutateur 2 voies 3 positions
S3 = Interrupteur
J1 = Cavalier

Le fréquencemètre numérique
Comme le montre la figure 4, ce fréquencemètre utilise un afficheur LCD, un petit transistor NPN TR1, un circuit intégré 74HC00 contenant 4 NAND à 2 entrées et un microcontrôleur IC2 PIC16F628-EC1543 déjà programmé en usine pour remplir cette fonction spécifique.
Puisque nous voulons visualiser avec ce fréquencemètre jusqu’au dernier chiffre des Hz, nous avons dû choisir une base de temps d’une seconde. Ce temps d’attente très court entre une lecture et la suivante nous permet d’évaluer les unités des Hz et ceci est pour un générateur BF une caractéristique très importante.
Nous pouvions rendre la lecture encore plus rapide, mais nous aurions alors obtenu une résolution de 10 Hz seulement, perdant ainsi le chiffre des unités. Notons cependant que ce dernier chiffre des Hz, comme cela est le lot de tous les instruments de mesure numériques, n’est pas stable : il ne s’agit pas là d’un défaut. La fréquence étant sélectionnée et visualisée sur l’afficheur LCD, par exemple 100.015 Hz, elle saute de 100.014 Hz à 100.016 Hz. En effet si le générateur produit une fréquence ayant des décimales, par exemple 100.015,5 Hz, tantôt il lira 15 Hz, tantôt 16 Hz, afin d’assumer ce 0,5 Hz.
Ajoutons que ce fréquencemètre peut lire une fréquence maximale de 700 kHz pourvu que le signal appliqué à l’entrée atteigne une amplitude d’environ 0,5 Veff et soit de préférence carré : ce problème ne se pose pas avec notre générateur puisque nous prélevons la fréquence sur la résistance R22 appliquée à la broche de sortie 7 de l’amplificateur opérationnel IC2-A (figure 2), fournissant un signal de 0,7 Veff. Si nous appliquons à l’entrée un signal sinusoïdal, celui-ci doit avoir une amplitude supérieure, sinon nous ne pourrons pas le lire.
Pour lire les fréquences très basses, en dessous de 100 Hz, il faut appliquer à l’entrée de TR1 un condensateur électrolytique de type non polarisé ayant une capacité non inférieure à 22 μF. Pour l’obtenir, nous avons mis en série deux condensateurs électrolytiques C1 et C2 de 47 μF (figure 4) en opposition de polarité.
Le fréquencemètre est alimenté par une tension stabilisée positive de 5 V, prélevée directement sur IC3 comme le montre le schéma électrique de la figure 3.

Figure 4 : Schéma électrique du fréquencemètre numérique à afficheur LCD utilisé pour lire la fréquence du générateur BF. Le dernier chiffre, celui des Hz, est nécessairement instable, c’est le lot de tous les instruments de mesure de cette résolution.

Liste des composants
R1 = 47 kΩ
R2 = 1 kΩ
R3 = 10 kΩ trimmer
R4 = 15 Ω 1/2 W
R5 = 15 Ω 1/2 W
C1 = 47 μF électrolytique
C2 = 47 μF électrolytique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
C7 = 47 pF céramique
C8 = 2-50 pF condensateur ajustable
XTAL = Quartz 4 MHz
DS1 = Diode 1N4148
TR1 = NPN BC547
IC1 = Intégré TTL 74HC00
IC2 = CPU EC1543 programmé
DIS = Afficheur LCD CMC116L01


Figure 5 : Brochages de l’EPROM EC1543 déjà programmée en usine et du 74HC00 vus de dessus et du transistor BC547 vu de dessous.

Figure 6 : Sur la partie supérieure de l’afficheur LCD se trouvent les 16 trous cuivrés dans lesquels insérer et souder les broches du double connecteur mâle de la figure 16.

Figure 7 : Photo de l’afficheur LCD CMC116L01 à 16 caractères. Comme le montre la figure 4, avant la valeur de la fréquence en Hz, apparaît sur l’afficheur l’indication Freq.

Figure 8 : Photo d’un des prototypes de la platine fréquencemètre numérique à afficheur LCD. Ce fréquencemètre lit jusqu’à une fréquence maximale de 700 kHz.

Figure 9 : Photo d’un des prototypes de la platine générateur BF avec son alimentation secteur 230 V. A droite on voit les connexions à exécuter pour relier cette platine aux composants externes, soit les commutateurs rotatifs, les potentiomètres et les borniers de sortie. Les trous près des condensateurs C1, C2, C3, C4, C5 et C6 servent à insérer des capacités supplémentaires.

Figure 10a : Schéma d’implantation des composants de la platine générateur BF. Les condensateurs en pointillé indiquent la capacité à modifier pour déplacer les plages de fréquences (lire article).

Figure 10b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine générateur, côté composants.

Figure 10b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine générateur, côté soudures.

Figure 11 : Avant de fixer les commutateurs et les potentiomètres en face avant (figure 19), il faut raccourcir les axes pour permettre le montage correct des boutons (10 mm est une bonne longueur).

Figure 12 : Au moment de fixer les douilles (prises bananes) de sortie du signal BF, n’oubliez pas de placer la rondelle épaisse en plastique derrière le panneau d’aluminium, avant de visser les écrous plats prenant en étau la cosse à souder.

Figure 13 : Brochages du NE5532 et du XR205 vus de dessus et repère-détrompeur en U orienté vers la gauche et des régulateurs de tension vus de face. Attention : les connexions du L7805 font EMU et celles du L7905 font MEU.

Figure 14 : Tout d’abord insérez dans la partie supérieure de l’afficheur LCD le double connecteur mâle de la figure 16 et dans le circuit imprimé du fréquencemètre le connecteur mâle/femelle. Les deux s’emboîtent alors parfaitement et solidarisent les deux sous ensembles qu’ils interconnectent.

Figure 15a : Schéma d’implantation des composants de la platine du fréquencemètre à coupler à l’afficheur LCD comme le montre la figure 14. La fréquence à mesurer est prélevée avec un câble coaxial sur la platine du générateur et le 5 V stabilisé à l’aide de deux fils (ne pas inverser la polarité).

Figure 15b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine afficheur, côté composants.

Figure 15b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine afficheur, côté soudures.

Figure 16 : Tout d’abord prenez le double connecteur mâle à 16 broches, soudez-le dans les trous cuivrés de l’afficheur LCD sans court-circuiter les deux pistes adjacentes.

Figure 17 : Ensuite fixez l’afficheur LCD en face avant à l’aide des petits boulons de 2 mm (les écrous servent d’entretoises). Sous l’afficheur fixez la platine du fréquencemètre.

Figure 18 : Troisième et dernière opération, solidarisez la platine et l’afficheur LCD avec les petits écrous de 2 mm. Le trimmer bleu à gauche du circuit imprimé sert à régler le contraste.

La réalisation pratique du générateur BF
Pour réaliser ce générateur BF avec son fréquencemètre numérique il faut deux circuits imprimés.

La platine du générateur
Pour commencer, vous devez monter sur le circuit imprimé du générateur proprement dit les 2 supports des circuits intégrés IC1 et IC2 et le petit connecteur J1. Montez alors toutes les résistances (après les avoir triées par valeurs afin de ne pas les confondre et les intervertir) et les trimmers R3, R8 et R12 : à propos de ces derniers, sur R3 et R8 est indiqué 50 K et sur R12 5 K.
Montez ensuite tous les condensateurs en commençant par C1 qui est un électrolytique non polarisé (aucune polarité par conséquent n’est à respecter !) et en poursuivant avec les polyesters C2, C3, C4, C5 et C6. Figure 10a, ces mêmes condensateurs sont aussi représentés en pointillé : il s’agit de l’espace disponible pour l’ajout des condensateurs dont nous avons parlé plus haut (augmenter ou diminuer la fréquence). Si les fréquences obtenues sur les 6 gammes avec les condensateurs prévus vous conviennent, cet espace demeurera bien sûr inutilisé.
Montez les autres condensateurs polyesters, céramiques et électrolytiques en respectant bien la polarité +/– de ces derniers (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique).
Pour finir, montez le pont RS1 (respectez sa polarité +/–) et les 2 régulateurs IC3 et IC4 : comme le montre la figure 10a, IC4 L7905, produisant la tension négative, est monté verticalement semelle métallique tournée vers l’extérieur du circuit imprimé, alors que IC3 L7805 est monté couché dans son dissipateur en U et fixé à l’aide d’un petit boulon 3MA.
Après avoir monté le transformateur d’alimentation T1 et les 2 borniers plastiques pour l’entrée du secteur 230 V et pour l’interrupteur S3, vous devez monter à droite le bornier plastique pour la sortie de la tension 5 V alimentant le fréquencemètre numérique. N’oubliez pas d’insérer dans tous les trous du bas du circuit imprimé les picots servant de points de connexion pour les fils allant vers les composants périphériques : commutateurs rotatifs, potentiomètres et douilles de sortie du signal.
Après la dernière soudure, enfoncez les 2 circuits intégrés dans leurs supports en orientant bien leurs repère-détrompeurs en U dans le sens indiqué par la figure 10.

Le montage dans le boîtier
Le circuit imprimé du générateur est fixé sur le fond horizontal du boîtier plastique avec des entretoises plastiques autocollantes. Quand cela est fait, montez en face avant les 2 commutateurs rotatifs S1 et S2 et les 2 potentiomètres R1 et R21 sans oublier de raccourcir leurs axes pour le montage correct des boutons (figure 11).
En face avant toujours, montez les 2 douilles de sortie (prises bananes rouge et noire) : n’oubliez pas de placer la rondelle épaisse en plastique derrière le panneau avant de visser les écrous plats et la cosse à souder (figure 12). Et encore en face avant, montez le fréquencemètre numérique à l’aide des quatre boulons de 2 mm.

La platine fréquencemètre numérique
Ce fréquencemètre numérique, servant à lire la fréquence sortant du générateur BF, peut très bien être utilisé pour lire la fréquence prélevée sur n’importe quel autre générateur jusqu’à 700 kHz.
Pour réaliser ce fréquencemètre aux dimensions réduites, il faut monter les quelques composants nécessaires sur un petit circuit imprimé comme le montre la figure 15.
Tout d’abord, prenez le double connecteur mâle à 16 broches et enfoncez-le dans les 16 trous cuivrés de l’afficheur LCD (figure 26), puis soudez-le en évitant tout court-circuit avec les pistes adjacentes.
Mettez de côté cet afficheur et prenez le connecteur mâle/femelle à 16 broches pour l’insérer dans la partie haute du circuit imprimé (figure 14). Bien sûr, ce connecteur sert uniquement à implanter sur le circuit imprimé l’afficheur LCD.
Retournez cette platine et, sur l’autre face (figure 15), montez tous les composants voulus. D’abord les supports des circuits intégrés IC1 et IC2, puis les quelques résistances et la diode DS1, bague noire repère-détrompeur orienté vers C3. Montez le trimmer R3, servant à régler la luminosité de l’afficheur LCD, curseur vers le haut, de façon à pouvoir le faire tourner facilement avec un petit tournevis.
Montez maintenant tous les condensateurs, le condensateur ajustable C8 et le quartz XTAL de 4 MHz maintenu couché sur la pastille de masse du circuit imprimé par une goutte de tinol (figure 15a).
Près des picots du câble coaxial, montez les deux condensateurs électrolytiques C1 et C2 en opposition de polarité, soit en orientant leurs pattes positives comme le montre la figure 15a. Prenez alors le petit transistor TR1 et montez-le méplat repère-détrompeur vers IC1.
Les deux picots de droite en bas servent à l’arrivée du 5 V, prélevé sur le bornier de l’autre platine (figure 10a) : ne pas intervertir le + et le – ! Les deux picots de gauche en haut servent à relier le câble coaxial du signal d’entrée, à prélever sur l’autre platine (figure 10a).
Enfoncez les deux circuits intégrés dans leurs supports en orientant bien leurs repère-détrompeurs en U vers la droite ou C5 et C6.
Le montage étant terminé, pour fixer cette platine fréquencemètre numérique sur la face avant, insérez d’abord sur celle-ci les 4 petits boulons de 2 mm : les écrous servent d’entretoises (figure 16). Insérez enfin l’afficheur LCD en le bloquant avec deux autres petits boulons comme le montre la figure 17, puis enfilez dans l’afficheur le circuit imprimé du fréquencemètre en utilisant les connecteurs mâle et femelle à 16 broches. Utilisez un dernier écrou pour bloquer le tout comme le montre la figure 18.

Figure 19 : Le montage dans le boîtier plastique. On voit comment les écrous sont placés sur les axes pour maintenir le fréquencemètre numérique en face avant avec son afficheur LCD. La platine du générateur BF est fixée sur le fond horizontal par 6 entretoises plastiques autocollantes. Le fréquencemètre ayant une base de temps d’une seconde, il faut attendre au moins deux secondes pour que le nombre qui s’affiche se stabilise.

Figure 20 : Le montage dans le boîtier plastique. Comme le montre la photo, l’interrupteur M/A est monté à l’arrière. Si les soudures sont bien faites (ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée), le circuit fonctionne du premier coup.

Le câblage des commutateurs rotatifs
Contrairement à ce que nous avons toujours dit pour le montage des circuits imprimés, pour le câblage des commutateurs S1 et S2 et des potentiomètres nous ne pouvons pas exclure la possibilité de vous tromper : soyez donc particulièrement vigilants. Voici donc quelques conseils.

Le commutateur S1
C’est un commutateur à 2 voies (ou sections) de 6 positions et, comme vous n’utilisez qu’une seule section, vous devez prendre garde de ne pas relier le fil commun à la broche C (curseur central) d’une section et les fils aux broches 1, 2, 3, 4, 5 et 6 de l’autre section. Afin d’éviter cette erreur, prenez votre multimètre et mettez-le en position ohmmètre ou test de continuité : connectez une des pointes de touche à l’un des deux points C choisi et cherchez avec l’autre pointe les broches 1, 2, 3, 4, 5 et 6 correspondantes.
Quand vous avez trouvé toutes les broches qui vous intéressent, soudez dessus les extrémités de courts morceaux de fil de cuivre isolé plastique et reliez l’autre extrémité aux picots C, 1, 2, 3, 4, 5 et 6 du circuit imprimé, comme le montre la figure 10a.

Le commutateur S2
Ce commutateur est un 3 voies (sections) 3 positions : nous utilisons 2 sections seulement (S2-A - S2-B). Tout d’abord, cherchons les deux broches C (curseurs centraux) et les broches correspondantes 1, 2 et 3. Comme précédemment, avec le multimètre, plaçons une pointe sur une des broches C et avec l’autre pointe cherchons les broches 1, 2 et 3 correspondantes.
Quand cela est fait, soudez dans la section S2-A les extrémités d’un fil commun en C et d’un autre en 1. Dans la seconde section S2-B soudez un fil commun en C et d’autres aux broches 1, 2 et 3 : si vous avez un doute, la figure 10a le dissipera.

Le réglage de l’ajustable C8
Ce condensateur ajustable sert à corriger les éventuelles tolérances du quartz de façon à visualiser une fréquence exacte. Pour le retoucher, il faut disposer d’une fréquence étalon et si, par exemple, nous disposons d’une fréquence de 100 kHz, nous devons allumer le fréquencemètre au moins 20 minutes avant d’effectuer la mesure de manière à permettre à tous les composants de se stabiliser en température.
Supposons que la fréquence appliquée soit légèrement supérieure, par exemple 100.010 Hz : on tourne le curseur du condensateur ajustable jusqu’à lire 100. 000 Hz ou au maximum 100.002 Hz. Si vous ne disposez pas d’un étalon de fréquence, tournez le condensateur ajustable à mi-course et même si vous avez une petite tolérance, cela ne sera pas préjudiciable à vos travaux avec ce générateur BF.

Le réglage du fréquencemètre
Le schéma électrique du générateur, figure 10a, montre les trimmers que vous devez régler en suivant les instructions ci-dessous :

Le réglage de R8
- Le trimmer R8 de 50 kilohms, en série avec R7, sert à régler «l’offset» (décalage) de IC1 de façon à obtenir sur TP1 une tension de 0 V en absence de tout signal BF.
- Pour bloquer le fonctionnement du générateur, vous devez enlever du connecteur J1 le cavalier femelle de manière à empêcher que la tension présente sur le curseur du trimmer R3 ne puisse atteindre la broche 4 de IC1.
- Connectez un multimètre en position cc portée 1 V fond d’échelle sur le TP1 (correspondant à la broche 11 de IC1).
- Ceci étant fait, tournez le curseur de R8 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre soit sur 0 V.
- Ce 0 V étant obtenu, insérez dans les picots BC du petit connecteur mâle J1 le cavalier femelle, de façon à connecter le curseur du trimmer R3.

Le réglage de R3
- Le trimmer R3 de 50 kilohms relié au connecteur J1 sert à régler la valeur maximale du signal qu’il est possible de prélever à la sortie du générateur BF.
- Réglez le bouton du potentiomètre R21 lié à l’amplificateur opérationnel IC2-B pour la résistance maximale, de manière à obtenir en sortie le signal BF maxi.
- Si vous avez un oscilloscope, reliez-le à la douille de sortie et placez le curseur du commutateur S1 de la fréquence sur une position quelconque, puis mettez le bouton du commutateur S2-A-S2-B sur la position onde sinusoïdale.
- Tournez le curseur de R3 jusqu’à voir à l’écran un signal sinusoïdal atteignant une amplitude de 6 Vpp environ, ce qui fait 2,12 Veff. Ne vous inquiétez pas si la forme de l’onde sinusoïdale n’est pas encore parfaite.
- Si vous ne disposez pas d’un oscilloscope, mais seulement d’un multimètre, vous devez procéder différemment.
- Reliez aux douilles de sortie du générateur BF le multimètre en position ac portée 10 V fond d’échelle.
- Réglez à nouveau le bouton du potentiomètre R21 lié à l’amplificateur opérationnel IC2-B pour la résistance maximale, de façon à prélever en sortie le signal BF maximum.
- Placez le curseur de S1 en première position (fréquence 12 à 75 Hz) et le curseur de S2-A - S2-B en position ondes sinusoïdales.
- Tournez enfin le curseur de R3 jusqu’à lire sur le multimètre une tension maximale de 2,12 Vac, soit 2,12 x 2,82 = 6 Vpp.

Le réglage de R12
- Le trimmer R12 de 5 kilohms, connecté entre les broches 7 et 8 de IC1, sert à linéariser la forme de l’onde sinusoïdale, mais pour pouvoir exécuter cette opération il faut connecter aux douilles de sortie du générateur un oscilloscope, puis mettre le bouton de S2-A - S2-B en position ondes sinusoïdales et enfin tourner le curseur de R12 jusqu’à voir à l’écran une onde sinusoïdale parfaitement symétrique.
- Si vous n’avez pas d’oscilloscope, tournez le curseur de R12 à mi-course.

Figure 21 : Photo d’un des prototypes de l’appareil en état de marche. Le commutateur de changement de gamme est à gauche et celui de changement de forme d’onde à droite. En bas à gauche le potentiomètre permettant de faire varier la fréquence et à droite celui servant à faire varier l’amplitude.

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