Une flèche lumineuse à balayage variable

La simplicité du circuit que nous vous proposons ici nous a incité à classer cette réalisation dans la rubrique “Débutants”. Nous aurions également pu la classer dans “Sécurité” ou même dans “Marketing” ! Nous vous suggérons quelques applications pratiques mais, rien ne vous empêche d’étendre son champ d’utilisation !

Figure 1 : Parfois, peu de composants suffisent pour réaliser de ces montages très simples qui ont la faveur des jeunes électroniciens en herbe. Avec seulement deux circuits intégrés et une poignée de LED, vous pourrez réaliser cette flèche lumineuse à balayage variable.

Il s’agit, à coup sûr, d’une réalisation à la portée d’un débutant et, pour cela, elle a une indéniable utilité didactique sans pour autant négliger ses utilisations concrète : cet objet décoratif et attirant infailliblement l’oeil, pourrait très bien trouver sa place dans une vitrine de magasin pour capteur l’attention du chaland sur un article ou un groupe d’articles. On pourrait l’utiliser dans une exposition pour désigner, sur des panneaux ou des présentoirs, le point ou la chose dont on traite. On pourrait, également, flécher un parcours à indiquer au public, etc.
Une fois que vous aurez compris comment fonctionne le circuit, chacun de vous pourra facilement le modifier afin de l’adapter à ses propres besoins et trouver d’autres possibilités d’application.

Le schéma électrique
Comme le montre la figure 2, dans le schéma électrique du circuit ne figurent que deux circuits intégrés, un NE555 et un 4017 (on ne fait pas plus courant, le “fond de tiroir” par excellence !), plus quatre transistors NPN utilisés pour alimenter des groupes de LED en série.
Le NE555 IC1 est monté en multivibrateur astable. En tournant le curseur du trimmer R3 de manière à court-circuiter complètement sa résistance, une fréquence de 5 Hz environ sort de la broche 3 de IC1 et, dans cette condition, la vitesse de balayage des LED est maximale. Si nous tournons ce curseur pour le maximum de résistance, c’est une fréquence de 1 Hz environ qui sort de la broche 3 et la vitesse de balayage est alors minimale.
La fréquence de l’onde carrée sortant de cette broche 3 est appliquée sur la broche 14 d’horloge de IC2, un CMOS CD4017 ou HCF4017 diviseur par 10. En conditions normales, à chaque impulsion d’horloge arrivant sur la broche 14, un niveau logique 1 apparaît séquentiellement sur les broches : 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9 et 11 (figure 3).
Comme le montre le schéma électrique, les broches de sortie 3, 2, 4 et 7, correspondant aux quatre premières sorties, sont reliées aux bases des transistors TR1, TR2, TR3 et TR4 lesquels, entrant en conduction, allument les LED reliées à leurs collecteurs. A la cinquième impulsion d’horloge, mettant au niveau logique 1 la broche de sortie 10, étant donné qu’elle est connectée à la broche 15 de “reset” de IC2, le comptage se remet à zéro et repart de la broche 3 pour aller vers les broches 2, 4 et 7.
Vous avez sans doute déjà compris qu’aux autres broches de sortie 10, 1, 5, 6, 9 et 11 on aurait pu relier les bases des cinq autres transistors NPN pour allumer les autres LED. Si vous voulez faire cette modification, vous devez vous rappeler de relier la dernière broche 11 du compteur à la broche 15 de “reset”.
Mais revenons au schéma électrique de la figure 2 : sur les collecteurs des trois premiers transistors TR1, TR2 et TR3 on a relié en série quatre LED et sur le collecteur du dernier TR4 cinq LED sont en série. Ce qui laisserait supposer que R11 (820 ohms), en série avec les cinq dernières LED, ait une valeur moindre que les autres R10, R9 et R8 montées en série avec seulement quatre LED : or R11 a la même valeur qu’elles et, en effet, vous verrez, cela n’implique aucune différence de luminosité. Si vous voulez une luminosité supérieure, vous pouvez ramener cette valeur de 820 à 680 ohms.

Figure 2 : Schéma électrique de la flèche lumineuse à balayage variable. Ce circuit est en mesure d’allumer à vitesse variable les LED reliées aux collecteurs des transistors TR1, TR2, TR3 et TR4. Les premières LED à s’allumer sont celles reliées au collecteur de TR1, ensuite c’est au tour de celles reliées à TR2, puis celles reliées à TR3 et enfin celles reliées à TR4 (voir dessin de la flèche figure 5).

Liste des composants
R1 = 1,5 kΩ
R2 = 15 kΩ
R3 = 50 kΩ trimmer
R4 = 1,5 kΩ
R5 = 1,5 kΩ
R6 = 1,5 kΩ
R7 = 1,5 kΩ
R8 = 820 Ω
R9 = 820 Ω
R10 = 820 Ω
R11 = 820 Ω
C1 = 100 nF polyester
C2 = 10 μF électrolytique
C3 = 10 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 47 μF électrolytique
TR1 = NPN BC547
TR2 = NPN BC547
TR3 = NPN BC547
TR4 = NPN BC547
IC1 = Intégré NE555
IC2 = CMOS 4017
DL1-DL17 = LED rouges


Figure 3 : Schémas synoptiques et brochages des circuits intégrés NE555 et 4017 vus de dessus et repère-détrompeurs en U vers la gauche et brochages du transistor BC547 vu de dessous et de la LED vue en contre-plongée.

L’alimentation
L’alimentation du circuit nécessite une tension continue de 12 V pouvant être prélevée sur une quelconque alimentation stabilisée ou bien sur une batterie rechargeable.

La réalisation pratique
Si vous suivez avec attention les figures 4a, 5 et 6 et la liste des composants, vous ne rencontrerez aucun problème pour monter cette flèche lumineuse.
Quand vous êtes en possession du circuit imprimé (dessin à l’échelle 1:1 figures 4b-1 et 4b-2), montez tous les composants comme le montre la figure 4a. Placez d’abord les 2 supports des circuits intégrés et vérifiez que vous n’avez oublié de souder aucune broche (attention : ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée).
Enfoncez et soudez, en haut à droite de la platine, les deux picots destinés à l’entrée des deux fils rouge et noir du 12 V d’alimentation que vous souderez une fois le montage dans le boîtier réalisé.
Montez toutes les résistances, en contrôlant soigneusement leurs valeurs (classez-les d’abord) et le trimmer R3 de réglage de la vitesse de balayage.
Montez ensuite les condensateurs 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 les transistors TR1 à TR4, méplats repère-détrompeurs tournés vers la gauche, comme le montre la figure 4a.
Montez enfin les 17 LED rouges en respectant bien leur polarité (la patte la plus courte, la cathode K, va à droite).
Etant donné que ces LED doivent avoir leurs “têtes” toutes au même niveau (pattes conservées à environ 10 mm de longueur), nous vous conseillons de les souder sans couper les longueurs excédentaires afin de pouvoir faire des retouches lors de l’installation dans le boîtier plastique.
Assurez-vous de n’avoir rien oublié ni interverti. 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 4a, soit tous vers C1 pour IC1 et C4 pour IC2.

Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de la flèche lumineuse à balayage variable. Les têtes des LED sont à maintenir à 10 mm du circuit imprimé.

Figure 4b-1 : Dessin, à l’échelle 1:1, du circuit imprimé de la flèche lumineuse à balayage variable, côté composants.

Figure 4b-2 : Dessin, à l’échelle 1:1, du circuit imprimé de la flèche lumineuse à balayage variable, côté soudures.

Figure 5 : Photo d’un des prototypes de la platine de la flèche lumineuse à balayage variable. Le dessin de droite montre comment sont disposées les LED (voir figure 2).

Le montage dans le boîtier
Aucun problème si vous regardez bien les figures 5, 6 et 7 et en particulier la figure 7 faisant office de gabarit de perçage du couvercle pour le passage des 17 LED. Percez donc dans ce couvercle les 17 trous de 5 mm constituant la flèche (dans le plastique les forets à pointe pour le bois font merveille et on en trouve toute une série pour un prix dérisoire dans les grandes surfaces de discount, rappelez-vous pour un autre montage : ils vont aussi très bien dans l’aluminium des faces avant ou des panneaux arrière). Si vous pouvez, faites ce travail avec une perceuse sans fil : on en trouve également dans ce type de magasins pour 30 euros ou moins. Faites une photocopie du gabarit de la figure 7 et collez-la sur le couvercle du boîtier, posez la pointe du foret au centre de chaque trou, appuyez fort, faites tourner le mandrin à la main quelques tours et finissez à petite vitesse, afin de ne pas faire de surchauffe, ce qui ferait fondre le plastique.
Avec un foret normal (à métaux) de 8 mm environ, ébavurez légèrement ces 17 trous. Percez aussi les deux trous de 3 mm pour le passage des fils rouge et noir d’alimentation.
Fixez la platine au fond du boîtier à l’aide de deux vis auto-taraudeuses, soudez les deux fils d’alimentation sans vous tromper de polarité (rouge + noir –). Reliez-les à l’alimentation stabilisée ou à la batterie rechargeable et réglez avec R3 la vitesse de balayage à votre convenance.
Fermez le couvercle en y enfilant les 17 LED et en vissant la vis auto-taraudeuse.
Vous pouvez utiliser le petit appareil à votre guise.

Figure 6 : Montage dans le boîtier plastique de la platine de la flèche lumineuse à balayage variable. Elle est fixée à l’aide de deux vis auto-taraudeuses. Le côté du boîtier doit être percé de deux trous rapprochés de 3 mm pour le passage des fils rouge et noir d’alimentation 12 V.

Figure 7 : Gabarit de perçage du couvercle du boîtier plastique. Photocopiez-le et collez-le sur le couvercle. Pratiquer 17 trous de 5 mm de diamètre à l’aide d’un foret à bois à pointe bien centré au milieu de la croix de chaque cercle.

1 commentaires:

  1. ... " électronicien en herbe " ....
    J'aime beaucoup ce terme ...

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