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Électronique 

Histoire d’interrupteurs 

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 :


SWILOG.jpg

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 datasheet d’un interrupteur de qualité :

• 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 : 2ms

• 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


Circuits imprimés et "Plaque à trous"

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

1:Circuit imprimé sans informatique ni insoleuse.

- 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.

2:Circuit imprimé sans informatique avec insoleuse.

- 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.

3:Circuit imprimé avec informatique et insoleuse.

- 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.

4:Cablage en l'air, sur barette ou sur plaque de CI Nue

- 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.

5:Cablage sur plaques d'expérimentation (plaque à trous)

- 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.

Utilisation des circuits de prototypage "Plaque à trous"

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.

Matériel conseillé

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. 

Les plaques à trous

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.

Les composants

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.

Marche à suivre

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 !

Utilisation de CMS

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....

Isolation galvanique

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

Rechercher la coupure d'un cable

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 :

  1. La ligne est terminée par une impédance de valeur = à celle du cable et toute l'énergie du signal est transmise
  2. L'impédance est plus faible et une partie de l'impulsion reviendra vers la source (Comme les vagues sur une jetée...)
  3. L'impédance est plus forte et une partie de l'impulsion revient aussi mais sa polarité est inversée
Si l'impulsion revient, le temps entre l'impulsion originale et son écho est proportionelle à la longueur de la ligne.
Voila pour le principe, je vous fait grâce des démonstrations et autres maths...

Grace à cette propriété il est possible de déterminer avec précision l'emplacement d'un court-circuit ou d'une coupure sur une ligne. Il existe des réflectometres qui indiquent directement en mètres la position du défaut (Time Domain Reflectometer, TDR en abrégé). On imagine aisément que cet appareil facilite grandement la vie des techniciens telecom. Ces appareils sont plutôt destinés à la mesure de grandes longueurs. Bon, moi, mon cables est court et de toutes façons je ne possède pas de tel appareil....

Pour info, il y a un schéma d'un tel appareil pour amateur sur Internet, accompagné de bonnes explications en français :  Télécharger le Pdf


Voici un exemple d'un appareil du commerce :

TekTdr.jpg

Mais j'ai un générateur d'impulsions capable d'impulsions de compétition (4ns à 250MHz) et j'ai accés à un oscilloscope de légende (Comme les tontons flingueurs ont des "Flingues de concours et la puissance de feu d'un croiseur"..) Si avec ça j'y arrive pas, je suis vraiment un manche à burnes...

Le géné est un tiroir TM500, le PG502 :

  Asr-PG502.JPG

et l'oscillo un Tektronix 2465b 4x400Mhz, la rolls des oscillos analogiques....
Asr-2465b.jpg
(Note: cette photo n'est pas celui que j'ai eu à disposition pour le test mais un des ses fréres jumeaux, ma photo était loupée)

Je branche le géné sur la XLR et la sonde en // dessus et je vois ça :

Asr-Big.JPG

Comme prévu, je vois bien l'impulsion inversée qui reviens 45ns plus tard... Le cables et bien coupé...

Je branche maintenant coté jack :

Asr-Small.JPG

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...

Voila, j'espère que cette petite expérience vous aura donnée des idées ...... Note que grâce à cette méthode, on peut aussi déterminer l'impédance caractéristique d'une ligne de transmision, il suffit de la terminer avec une résistance variable, quand il n'y a plus d'écho, la résistance est égale à l'impédance...

Pour les amateurs, un petit mot sur le Tektronix 2465b :
Considéré par certains comme le meilleur scope analogique, c'est en effet un excellent produit. (Du moins pour son époque !) Il avait déjà de nombreuses options que l'on trouve maintenant sur les scopes digitaux comme :
Une bande pasante de 400MHz !!! et 4 voies (même si 2 ont des atténuateurs moins performant...)

Perso, j'aime bien ce scope même si ce n'est pas mon préféré (Celui que je préfére c'est le 2230, un 100MHz Mixte analogique/digital) Les tout-numériques sont performants mais pour certaines mesures je préfère les analogiques. De même qu'un bon vieux Métrix à aiguille est parfois plus utile qu'un 20000 points digital....


(A suivre..)

 

 

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