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On utilise des
interrupteurs dans quasi tous les montages électriques ou électroniques mais
c’est un composant dont on parle finalement assez peu.
C’est vrai qu’il parait
si simple qu’on pense : « Quoi en dire ? ». Pourtant ce n’est pas un
composant si anodin.
Il existe sous pléthore de formes : à bascule, à glissière,
rotatif… Le tout avec plein d’options sympas : lumineux, étanche, à
verrouillage, à clé… et plein de matières : métal, plastique, céramique…
Du point de vue
électrique, le choix est là encore dithyrambique : simple, double, triple,
inverseur, pour courant fort, faible…
Je crois que c’est un des composants que
j’ai vu sous le plus grand nombre de forme.
De même on peut
faire pas mal de montages plus ou moins complexes avec des interrupteurs, en commençant
par les fonctions booléennes de base :
En électricité, l’interrupteur
va et vient est sans aucun doute le montage le plus répondu et que nous en avons tous utilisé des millions de fois
sans le savoir pour éteindre et
allumer nos indispensables éclairages.
On est souvent
tenté de croire que les seuls paramètres d’un interrupteur sont le courant max
et la tension max qu’il peut commuter.
C’est un peu court en fait, voici ce que
l’on trouvera sur la
• Les courants et
tensions maximums en continu et alternatif.
Exemple 3A 250VAC -
6A 125VAC - 4A 30VDC
• Les tensions et
courant minimums. Ceci peu paraitre trivial mais 2 métaux en contact soumis à
des tensions ou courant très faibles présentent des comportements assez
bizarres. Voici un exemple de ces
valeurs selon la qualité de l’interrupteur :
Argent : 50mA 10
VDC
Argent plaqué
or 10mA 50mV, 10µA 5V
• Résistance du
contact d’un interrupteur neuf. Elle variera avec le temps, généralement en augmentant.
Exemple 10 mOhm
• La résistance
dialectique mesurée avec un Mégohmmètre. Exemple 1000 Mégohms sous 5000VDC
• Les tensions de
claquages mesurées entre différentes parties. Exemple :
• 1.000 Vrms 50 Hz
min. entre broches
• 1.500 Vrms 50 Hz
min. entre pôles
• 1.500 Vrms 50 Hz
min. entre broches et corps
• Le temps de
rebonds maximum. C’est un paramètre important pour calculer l’anti-rebond.
Exemple
• La durée de vie
électrique. Exemple ; 50.000 cycles à pleine charge.
A toutes ces
données, s’ajoutent bien sûr toutes les données mécaniques, comme le nombre minimum
de cycle garanti, la gamme de température et parfois d’humidité supportée.
Le nombre de cycle
mécanique n’est pas forcément le même que l’électrique. En effet, la nature des
charges commutées et les éventuelles surcharges vont influencer grandement ce
paramètre.
Des charges
fortement capacitives vont entraîner des appels de courants fort à la fermeture des contacts
alors que des charges inductives auront pour effet des surtensions à
l’ouverture de ceux-ci. Des protections
adéquates sont conseillées dans ce cas (diode, réseau RC, éclateurs, etc..) Dans
tous les cas, il est conseillé de sur-dimensionner un peu l’interrupteur.
De même, le choix
du type d’interrupteur n’est pas anodin. Pourquoi prendre un modèle à bascule,
à poussoir et non un à glissière ? Là encore, ce n’est pas si simple, faut-il
activer la fonction rapidement ? Faut- il la protéger contre des manœuvres
intempestives ? Doit-on la manœuvrer avec des gants, des mains mouillées, en
faisant autre chose… ? Les commandos qui entourent nos volants de voitures
ne sont finalement que des interrupteurs mais si on les remplaçait par des
modèles à bascules sur le tableau de bord… bonjour la conduite.
Bien qu’assez ardue
et destinée aux missions spatiales, je vous conseille vivement la lecture de
cette étude de la NASA qui montre bien la complexité du problème :
http://msis.jsc.nasa.gov/sections/section09.htm
Pour conclure, ces
quelques lignes qui sont très loin de faire le tour du sujet, montrent combien
ce composant essentiel qu’est l’interrupteur peut se révéler plus complexe
qu’il n’est au premier abord.
L’interrupteur sur Wikipedia :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Interrupteur
De nombreux amateurs s'équipent et passe beaucoup de temps à la conception et la réalisation de circuit imprimés. Dans la mesure ou l'amateur construira généralement qu'un seul et unique exemplaire d'un montage, c'est souvent beaucoup de travail et d'énergie pour juste un circuit. Si l'avantage du circuit imprimé est indiscutable dés que l'on cherche à pouvoir reproduire facilement un circuit, je pense que pour l'amateur, le montage à l'aide de plaque d'expérimentations est bien plus avantageux.
Comparons plusieurs méthodes
- Prendre les composants.
- Dessiner l'implémentation sur du papier quadrillé
- Dessiner les pistes sur un calque (ou deux si double face)
- reporter le dessin sur la plaque cuivrée avec un stylo et/ou des pastilles
- Graver
- Nettoyer
- Percer
- Etamer si posible
- Cabler
Avantages : Pas
ou peu de matériel. Pas cher
Inconvénients : Long, peu précis, quasi impossible
avec beaucoup de circuits intégrés ou du CMS. Qualité finale
discutable, densitée faible. Prise de tête du routage manuel.
- Prendre les composants.
- Dessiner l'implémentation sur du papier quadrillé
- Dessiner les pistes sur un calque (ou deux si double face)
- Insoler le circuit
- Réveler
- Graver
- Nettoyer
- Percer
- Etamer si posible
- Cabler
Avantages : Permet
de faire du "Beau Circuit".
Inconvénients : Long, Densitée selon l'habilité
du traceur. Prise de tête du routage manuel.Cher.
- Saisir le schéma
- Transformer le schéma en 'NetList'
- Router le circuit
- Aider l'ordinateur qui ne fait généralement pas bien le boulot
du premier coup
- Imprimer le calque
- Insoler le circuit
- Réveler
- Graver
- Nettoyer
- Percer
- Etamer si posible
- Cabler
Avantages : Permet
de faire du "Beau Circuit pro". La densitée peut être
importante . CMS facile. On a un beau schéma en prime.
Inconvénients : Trés long, Cher. Nécessite
d'avoir un ordinateur performant, d'investir dans un logiciel de Cao, d'investir
enormément de temps dans l'apprentissage du dit soft.
- Prendre les composants.
- Cabler
Avantages : Va
trés vite, permet la mise au point, excellent pour les montages HF.Pas
cher.
Inconvénients : Utilisation de circuits intégrés
peu pratique. Nécessite des composants 'neuf' avec des longue pattes.Densitée
moyenne.
- Prendre les composants.
- Les disposer 'intelligemment' sur la plaque
- Cabler a l'aide de fils émaillé ou directement avec les pattes
des composants.
Avantages : Va
trés vite, permet la mise au point, Permet une densitée maximale.Pas
cher.
Inconvénients : Peu pratique avec les CMS. Look pas
trés pros. Pas de reproduction en série.
Pour avoir expérimenté
toutes les méthodes, et dans le cadre du prototype unique, IL
N'Y A PAS PHOTO !!
C'est bien la dernière méthode qui est la bonne.
Voici un exemple de circuit réalisé sur une platine d'expérimentation :
Coté composants:
Ce circuit permet de visualiser sur 16 Led l'état de 16 entrées TTL.
(Remarque: On peut
noter sur cette photo la référence imprimée sur le circuit
intégré.
74LS240 est le type de circuit (octuple buffer inverseur 3 states)
La lettre N est le type de boitier.
8441 indique que ce circuit a été fabriqué la 41 em semaine
de 1984.
Un vieux circuit récupéré sur un vieux PC, 20 ans et il
est comme neuf !!)
Coté câblage (cuivre) :
On peut voir sur cette photo que
le cablage des alimentations est fait en fils de cuivre téléphonique
étiré.
Les autres liaison sont faites en flis de bobinage thermosoudable.
Voici quelques conseils pour réussir ce genre de cablage.
Un fer à souder (Si possible a température réglable, un panne "Blindée" est indispensable) (J'utilise une station "Salomon" achetée chez Sélectronic)
Un éponge humide pour nettoyer la panne du fer.
Eventuellement un étau pour tenir le circuit.
Un pince coupante et une pince plate de qualité "Electronique"
Un lampe "Loupe" est un plus, (Indispensable pour faire du CMS, ou si comme pour moi, la presbytie a commencée son oeuvre !)
De la paire téléphonique, (Chutes diverses)
De la tresse à dessouder (ou une pompe)
Du fils de cuivre fin couvert de vernis thermosoudable. Le mieux est de "Débobiner" une self de réccup. l'idéal est du 4/10 ou du 5/10 qui se soude bien. Ce fils est en effet recouvert d'un vernis isolant qui brule lorsqu'il est soudé. Le meilleur que j'ai trouvé : la bobine d'une sonnerie de téléphone electromécanique.
Il existe plusieurs sorte de plaques.
En bakélite ou en époxy (plus
cher). A pastilles rondes, carrées ou à bandes. Il y a des adeptes
de la bande (System Veroboard) mais personellement je préfere les pastilles
carrées. Il existe même des plaques double face, pour CMS, blindée,
avec connecteur, etc...
Ce qui est sûr, plus c'est spécial ou beau, plus c'est cher. Pour
ma part, j'utilise la bakélite quasi partout sauf si j'ai besoins de
résistance mécanique. Dans ce cas, j'utilise l'epoxy, bien plus
solide.
Si possible, prendre des composants
neufs car ils ont de "grandes pattes", ce qui facilite le cablage.
Il est cependant tout à fait possible d'utiliser des composants de réccup.
Je conseille trés fortement de mettre les circuits intégrés
sur des supports "Tulipe". En effet, le mode de cablage implique de
chauffer les connexion plus fort et plus longtemps que sur un circuit imprimé
classique. Les supports pas cher de type "Lyres" ne supporte souvent
pas le traitement.
On choisira aussi (Sauf si l'on a des contraintes particulières) des
composant aux pas 2.54mm (1/10 de pouce). C'est trés galère d'utiliser
des composants avec un autre pas (Exemple, connecteur Cannon genre
DB25). Dans ce cas, on est souvent obligé de repercer des trous, ce qui
n'est pas trés facile. On peut aussi se faire quelque CI d'adaptations.
Prendre une plaque à la dimension
voulue. Si l'on a une contrainte de place mécanique, comment choisir la
taille du circuit ?
Se rappeller d'abord qu'en électronique, plus le cablage est court, mieux c'est.
Surtout en HF ou avec des circuits à haute impédances. Se rappeler
que les circuits logiques générent des signaux à fronts
trés raides, donc riches en harmoniques. Inutile de leurs fournir des
"antennes" en utilisant des connexions trop longues.
Ensuite, la plaque à trous, c'est cher et c'est vendue au dm2, donc plus
c'est petit, moins c'est cher.
D'autre part, plus le circuit est serré, plus il est difficile à
cabler, et plus il sera difficile à modifier et/ou à agrandir
en cas de modification.
Il faut aussi penser dés le départ au mode de fixation du circuit
(entretoises, soudure, etc ..)
Généralement, avec l'expérience, il est assez facile de de trouver la bonne taille. Le mieux est de placer les circuits et les composants sans les souder pour voir à peut prés la surface nécessaire.
Placer les connecteurs et les supports de circuits intégrés éventuels. Prendre du fils téléphonique, le dénuder et l'étirer entre deux pince ce qui va le rendre droit. Se servir de ce fils pour souder les 'MASSES'. Attention, dans certains montage, il faut faire trés attention aux boucles de masse. L'idéal est un montage en étoile, ou toutes les masse arrivent à un point unique. Si votre montage comporte une partie digitale et une partie analogique, il est impératif d'avoir 2 masses différentes reliées entres elles en un point "Froid" unique.
Puis cabler les alimentations, ne pas oublier de découpler les circuits intégrés, en particulier les comparateurs et les convertisseur D/A et A/D.
Ensuite, présentez les composants
de facons à ce que les connexions soit proches et si possible faisable par un pont de soudure.
Pour faire un pont de soudure entre 2 pastilles, il suffit de mettre plus de
soudure, il arrive un moment où par capillarité, les pastilles se court-circuitent.
On veillera à chauffer les composant le moins possible. Ne pas hésiter
à mettre un pince brucelles ou une pince croco sur une patte de composant
pour faire un "court circuit" thermique. Surtout pour les LED qui
n'aiment pas la cuisson !
De
plus en plus de composants n'existent maintenant que sous forme CMS
(Composants Montés en Surface, en anglais : SMD Surface Mount Devices)
C'est pas évident à utiliser en proto. On peut souder les bipôles
(Condensateurs, résistances) entre 2 pastilles et c'est parfois même
pratique de pouvoir loger un petit condo de découplage cotés soudure.
Pour les autres, il faut, soit utiliser des platines d'adaptation CMS
-> pas 2.54. C'est trés cher (Bien que j'en ai trouvé sur eBay pas
trop cher aux USA), ou alors acheter ou se graver soi même des carte
d'expérimentation au pas CMS, puis souder avec précaution et avec une
loupe. C'est pas vraiment top mais j'ai parfois fait cela pour
réutiliser des CMS de reccup.
Un autre inconvénient est que si le composant doit être changé, c'est vraiment du taf....
Je parle parfois d'isolation galvanique.
Que ce cache derrière ce terme barbare ? Rien de bien sorcier, ceci indique
simplement que 2 circuits sont isolés l’un par rapport à l’autre
(On utilise parfois le terme « Flottant »). L’isolation galvanique
n’empêche pas un transfert d’énergie ou d’information entre les
2 circuits mais il n’y a aucun contact électrique entre eux. Un des composants
les plus utilisé pour assurer l’isolation galvanique est le transformateur.
Celui transforme un courant alternatif en variation de flux magnétique,
lui-même reconverti en courant électrique par le processus inverse.
Le secondaire présente bien une tension à ses bornes, bien qu’il
n’y ai aucun contact électrique avec le primaire. (Pour info, le transformateur
a une autre qualité très utile qui est d’élever ou d’abaisser
la tension, 2 fonctions pour le prix d’une, c’est t’y pas beau ?)
Si je pose mon doigt sur la phase du secteur, une partie du courant va traverser
mon corps vers la terre, (relié au neutre pour simplifier), risquant
fort de me blesser, voir de me tuer. C’est dangereux !. Si j’intercale un transformateur
d’isolement de rapport 1:1 entre les deux, je peux toucher un des fils de sortie
sans aucun danger, la tension de sortie étant juste présente entre
les 2 fils du secondaire. (Note que si je touche les 2 fils à la fois,
là je risque de friser un grand coup !)
On parle de résistance d’isolement
entre 2 circuits comme la résistance (généralement exprimée
en mégohm) mesurée entre les deux. (Avec un mégohmmètre
!)
On exprime aussi la tension d’isolation (ou de claquage) comme la tension continue
maximum qui peut exister entre les 2 circuits avant la formation d’un arc électrique
entre les deux. (Cette arc, fait d'air ionisé, crée un conducteur
entre les 2 circuits brisant l’isolation)
Il est généralement IMPERATIF d’isoler galvaniquement du secteur les montages afin d’empêcher le risque décrit précédemment. Dans certain cas cette isolation doit être particulièrement soignée, comme par exemple un électrocardiographe. (Sagit pas d’envoyer du courant dans le palpitant du patient !)
Voici quelques méthodes couramment utilisées pour transférer des informations et/ou de l’énergie entre 2 circuits isolés galvaniquement :
Le transformateur.
Média : Variation de flux magnétique
Transmission : Energie ou Information.
Exemple : Alimentation (BF ou HF), Isolation de ligne téléphonique,
convertisseur à découpage, etc…
L’optocoupleur ou la fibre
optique
Média : Lumière
Transmission : Information.
Exemple : Entrée logique isolée, commande de triacs, séparation
Logique/Analogique, amplificateur isolé.
Haut Parleur/Micro (peu
utilisé)
Média : Son
Transmission : Information.
Exemple : Pilotage de convertisseur à très haute tension
Mécanique
Média : Electro aimant, solénoïde, piézo, moteur,
générateur
J'ai
sauvé de la poubelle récemment un magnifique cable audio Pro (XLR d'un
coté et Jack 6.35 de l'autre) Il semble d'excellente facture, souple et
tout et tout. Le genre de cable qui irait bien entre ma guitare
électrique et son ampli (Note, je n'en joue quasiment plus mais sait'on jamais, des fois que je soit atteint d'une "Rockenrolite
nostalgique"....) Mais bien sûr le cable est coupé. Il mesure 4m40, le
jack est moulé, la xlr se démonte. C'est un probléme assez classique :
comment savoir où il est coupé afin d'en garder la plus grande longueur
possible ? Le plus logique est de procéder par 'Dichotomie', ce qui
assure d'en récupérer au moins une moitié (S'il n'est coupé qu'à un
seul endroit bien sûr) mais bon, la fée electronique va peut être
m'aider. Je vais faire de la "Réflectométrie comparative" ! (Oui je
fait mon savant avec des mots compliqués mais en fait, c'est pas compliqué !).
Le principe est trés simple, si on applique une impulsion sur une ligne de transmission, il peut se passer 3 cas :
Comme prévu, je vois bien l'impulsion inversée qui reviens 45ns plus tard... Le cables et bien coupé...
Je branche maintenant coté jack :
C'est pas trés clair, j'enléve le jack et ça ne change quasi pas. Alors ?
Elémentaire
mon cher klaxon! c'est la connexion du jack qui est naze, encore des
vandales qui débrancent les prises en tirant sur le cable....
Je coupe le cable au raz du jack, vérifie ma théorie à l'aide d'un testeur de continuité et BINGO !! le cable est parfait....
Pour
info, si le cable avait été coupé par exemple au tiers de sa longueur,
le rapport des retards aurait été égale au rapport des longueurs entre
chaque cotés de la coupure et j'aurai détecté sa position assez
précisément...
(A suivre..)
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