Piano lumineux 1

Nous avons affaire ici à un gradateur de lumière automatique, où l'allumage de l'ampoule est instantané et où son extinction est progressive. Transposition dans le monde de la lumière, d'une note de musique jouée sur un piano. Le montage décrit ici est un modèle basse tension, prévu pour une ampoule à incandescence 12V ou pour des LEDs. Pour une version secteur 230V, merci de vous reporter à la page Piano lumineux 2. Voir aussi page Temporisateurs.

Le schéma

Présence sur ce schéma d'un composant qui fait peur, mais il est minoritaire et ne fait pas le poids devant les autres. Vous pouvez donc y aller.

Orgue lumineux 001
Schéma 001

Oui, le transistor Q1 (BUZ20) a peu de chances de se trouver dans votre carton de composants de récupération. Mais bon, ce n'est qu'un MOSFET parmis d'autres MOSFETs, et comme bien d'autres composants, il peut être remplacé par un autre composant de même famille, par exemple par un IRF631 ou IRF740, ou même par un VN66.

Fonctionnement

Pas de microcontrôleur, pas de système compliqué mettant en oeuvre un signal PWM (ou MLI), juste un circuit de type "linéaire" facile à construire et bourré de défauts. Non, ce n'est pas ce que vous pensez ? Le transistor extra-terrestre, Q1, est un transistor de type MOSFET. Sans entrer dans les détails "mathématiques" dont nous n'avons que faire quand nous voulons bricoler, précisons que ce composant dispose d'une borne de commande appelée grille (Gate, porte), et que cette grille est considérée comme une entrée à très haute impédance. En d'autres termes, si nous raccordons cette grille à un circuit électronique, ce dernier ne la "verra" quasiment pas du tout. Sans tension de commande positive sur cette grille (par rapport à la masse), la résistance entre les deux autres bornes du transistor E.T. (prononcer iti) est très grande, on peut considérer qu'on a affaire à un interrupteur ouvert. Dans ce cas, la lampe L1 reste éteinte. Si maintenant nous appliquons une tension sur la grille, la résistance ohmique entre les deux autres bornes du transistor va très fortement diminuer, à tel point que l'on va pouvoir considérer ce composant comme un interrupteur fermé. La lampe L1 s'allume. Merveilleux, nous avons inventé un interrupteur compliqué, que l'on ne peut fabriquer qu'avec des composants tenus en stock par des revendeurs martiens ! Il va donc maintenant falloir justifier l'emploi de tels composants pour notre montage. Ce qui ne sera pas compliqué finalement, car si vous vous en souvenez, le titre de cet article n'est pas "Interrupteur compliqué pour lampe à terre rouge", mais "Piano lumineux". C'est vrai, nous ne voulons pas bêtement allumer ou éteindre une lampe, nous voulons qu'elle s'allume vite et s'éteigne lentement. Ce qui avouons-le est assez délicat à concevoir avec un interrupteur mécanique traditionnel.

Nous avons évoqué la fonction "interrupteur" du transistor, mais nous n'avons pas encore parlé de sa fonction "résistance variable". Nous avons dit que le transistor se comportait comme un interrupteur selon que l'on appliquait ou non une tension de commande sur sa grille. Mais sans préciser la valeur de cette tension. Là encore, pas besoin pour le moment de donner des chiffres. Disons simplement que la tension de commande doit être suffisante pour que l'interrupteur soit vraiment fermé. Si cette tension de commande n'est pas suffisante, l'interrupteur se ferme de façon "incomplète". Nous sommes alors en régime linéaire et non de saturation, on dispose d'une résistance et non d'un interrupteur. Et vous savez ce qui ce passe quand on met une résistance dans un circuit électrique ou électronique ? Elle s'oppose au passage du courant électrique. Plus sa valeur est grande, et plus l'opposition est forte. Je pense qu'avec ça vous en savez suffisamment : si la tension de commande du transistor est nulle, nous avons l'équivalent d'une résistance de très forte valeur (interrupteur ouvert). Si la tension de commande est "grande", nous avons l'équivalent d'une résistance de très faible valeur (interrupteur fermé). Et entre tension de commande nulle et "grande", il y a toute une plage de variation dans laquelle on a l'équivalent d'une résistance variable.

C'est encore un peu flou, tout ça...

C'est normal, nous n'avons pas encore dit ce que nous allons faire avec cet "interrupteur / résistance variable" commandé par tension continue. Et bien pourquoi ne pas imaginer que l'on applique une tension "grande" d'un seul coup sur la grille, et que l'on laisse ensuite décroitre lentement cette tension de commande ? J'ai entendu dire un jour (il se pourrait bien que ce soit à l'école, mais je n'en suis pas sûr) que si on appliquait une tension continue sur les bornes d'un condensateur chimique, et que si l'on retirait ensuite cette tension, le condensateur avait emmagasiné de l'énergie, et que l'on pouvait lire à ses bornes une tension qui déclinait plus ou moins vite selon la valeur (capacité) du condensateur, et selon la valeur de la résistance d'entrée de l'appareil de mesure que l'on utilisait pour lire cette tension. Bref, on peut déjà se dire qu'avec ce genre de composant, on a notre montée rapide et notre descente lente. Alors oui, l'idée d'utiliser un condensateur pour délivrer une tension de commande progressive à la grille du transistor n'est pas forcement idiote.

C'est ce que j'ai tenté là : le condensateur C1 est pleinement chargé quand on appuie sur le bouton poussoir SW1, et il se décharge lentement dès qu'on relâche le bouton poussoir. On pourrait d'ailleurs se contenter de ce condensateur, quelle drôle d'idée de vouloir ajouter à ce système trop simple, des potentiomètres et résistances ? Oui, on peut se contenter d'un seul condensateur en plus du transistor. Mais ce n'est guère pratique si l'on veut pouvoir ajuster le temps d'extinction de l'ampoule, un condensateur fixe étant par nature non ajustable. Voilà donc le pourquoi de ces potentiomètres. Pourquoi deux potentiomètre ? Pour compliquer, pardi ! Le premier potentiomètre (RV1) permet d'ajuster le temps de décharge du condensateur, et donc de jouer sur le temps total d'extinction de la lampe. Le second potentiomètre (RV2) permet de limiter la plage de tension qui sera appliquée à la grille du transistor, pour déterminer si au moment du relâchement du bouton poussoir, l'intensité de la lampe doit décliner tout de suite ou au bout d'un certain temps. J'ai eu cette idée grâce à ma petite de 4 ans, qui en cas de cauchemar, peut allumer la lampe (une LED blanche haute luminosité) en appuyant sur un bouton situé à côté de son lit (voir un peu plus loin sur cette même page). La lampe reste ainsi allumée pendant un certain temps, puis s'éteint tout doucement. Si la petite ne s'est pas rendormi quand l'intensité de la lampe décroit, elle peut réappuyer sur le bouton poussoir pour recharger le condensateur (elle sait ce qu'est un condensateur). Les deux potentiomètres interagissent un petit peu, il vous faut trouver la "combinaison" qui va bien. 

Linéarité de l'extinction

La lumière s'éteint selon une courbe plutôt exponentielle, cela est dû à la courbe de décharge du condensateur. Aucune gêne en ce qui me concerne ;-)

Le proto

Réalisé sur plaque d'expérimentation sans soudure, comme cela m'arrive parfois.

Piano lumineux 001 - Proto

J'espère qu'à la simple vue de cette photo, vous allez arrêter de penser que c'est super compliqué à faire.

Brochage du BUZ20 (identique pour IRF631 et IRF740)

BUZ20 - Brochage

Un transistor MOSFET de puissance pour allumer une LED, mais il est fou !

Meuh non. J'y ai pensé aussi, figurez-vous. Le transistor MOSFET utilisé ici convient bien pour piloter une charge qui occasionne un appel de courant important, comme c'est le cas pour une ampoule à incandescence "de puissance" (quelques watts), dont la résistance ohmique à froid est très basse. Une LED ne réclame bien sûr pas les mêmes moyens de commande, mais qui peut le plus peut souvent le moins. A vous de chercher de quels transistors FET plus modestes il est possible de se contenter pour alimenter des LEDs. Une piste : j'ai essayé avec des petits FET classiques de type BF244..BF256, mais je n'en parle pas plus ici. A vous de deviner pourquoi. En attendant, je vous laisse le soin d'observer une petite variation en "transistor mineur" mise en oeuvre pour installation dans la chambre de ma petite Adèle, 4 ans au moment des faits. 

Piano lumineux 001b
Schéma 001b

Condensateur de 470 uF pour C1 au lieu de 10 uF, et transistor MOSFET remplacé par un transistor darlington BC517, la résistance de base passant à 120 Kohms. Montage placé dans un boitier, sans circuit imprimé; les composants sont montés en l'air, main dans la main. 

Piano lumineux 001a Piano lumineux 001b

J'ai posé un capuchon de bouton poussoir sur la LED HL, afin de diffuser la lumière et diminuer le risque d'éblouissement au cas où viendrai à la petite, l'idée de regarder la LED en face... Le boitier est fixé sur une extrémité de la tête du lit, pas de risque de se blesser en bougeant dans le lit, et accès facile au bouton poussoir, qui est un modèle très "souple" (style clavier d'ordinateur sans clic). Ainsi, même fatigué ou "dans les vaps", pas besoin d'un gros effort pour l'actionner.

Brochage du BC517

TO92-A 
Vu de dessous

Circuit imprimé

Réalisé pour la version à LED (schéma 001b).

electronique_piano_lumineux_001b_pcb_composants   Piano lumineux 001b - PCB 3D

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi
 

 

 

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