la chaudière afin de pouvoir réaliser des

comparaisons pério-diques*

Le principe (figure 1)

Le fonctionnement de la chaudière est généralement permanent dans la mesure où l'accélérateur, c'est à dire la pompe à eau, faisant circuler l'eau dans les radiateurs est constamment en rotation. En revanche, la chaudiè-re ne c o n s o m m e d u gaz q u e lorsque le thermostat de régulation d e la t e m p é r a t u r e « d e m a n d e chaud ». Cette consommation peut être mise en évidence par l'appré-ciation de la différence de tempéra-ture des canalisations d'arrivée et de départ d'eau, au niveau de la chau-dière. Lorsque cette différence est faible, voire nulle, la chaudière n'est pas active.

Par contre, dès que la chaudière consomme du gaz, il s'établit une différence de température très nette entre le départ de l'eau chaude vers les radiateurs et le retour de l'eau re-froidie dans ces derniers.

Grâce à cette disposition, on détec-te bien la part qui revient au chauffa-ge seul en éliminant la part de fonc-t i o n n e m e n fonc-t relevanfonc-t d e la p r o d u c t i o n d'eau c h a u d e par exemple. Un dispositif de

chrono-métrie devient alors opérationnel. Le résultat de ce comptage est un chage digital de 0 à 999, l'unité affi-ché étant l'heure d e fonctionne-ment. En cas de panne du secteur 220V, le dispositif continu de

fonc-Chaudière

SYNOPTIQUE DU MONTAGE.

tionner normalement grâce à une batterie de sauvegarde. Dans ce cas, et pour éviter toute consommation exagérée de courant, l'affichage est simplement éteint.

Le fonctionnement (figures 2,3 et 4)

A l i m e n t a t i o n

L'énergie est fournie par le secteur 220V par l'intermédiaire d'un trans-formateur abaisseur de tension qui fournit au niveau de son enroule-ment secondaire un potentiel alter-natif de 12V, aussitôt redressé en

Base de i temps |

<

Comma chronoti

nde du létrage 1

Déterm de l'i hors

nation nité lire t

Comp itage |

r

Affichage 1 Sdigits

Sonde I

CTN1 I * ^Sonde CTN2

Comparateur de potentiel

63 ELECTRONIQUE PRATIQUE 217

TRANSFO 220V/12V

1N4004 D1

O 2 D C

^ 3 >

H D C

a ) Rappel courbe de réponse d'une CTN R A

CHRONOGRAMMES.

b ) Fonctionnement du détecteur de chauffage Température

eau chaude augmente

dressé. La LED verte L, dont le cou-rant est limité par Ri indique la pré-sence du 220V issu du secteur. Par l'intermédiaire de la d i o d e D-i, ce potentiel est acheminé sur l'entrée d'un régulateur 7805 qui délivre sur sa sortie un potentiel continu stabili-sé à 5V. La capacité C² effectue un complément de filtrage, tandis que C3 découple l'alimentation du res-tant du montage.

Une batterie de 7,2V/120mAh, est maintenue en charge permanente par le biais de R2 et de l'interrupteur I. Le courant d e charge est d e quelques milliampères. Si le secteur venait à faire défaut, la LED L s'éteint et la batterie se décharge en présen-tant une polarité positive de l'ordre d e 7V sur l'entrée d u régulateur 7805. Dans ce cas, la résistance de charge R² se trouve shuntée par la diode D². En situation de consom-mation réduite, le débit de la batte-rie est alors proche de 24 heures.

L'interrupteur I est normalement fer-mé. Il n'est à ouvrir que pour trans-porter le boîtier avant son montage afin d'éviter une inutile décharge de

la batterie.

D é t e c t i o n d e f o n c t i o n n e m e n t d u c h a u f f a g e

Le circuit intégré référencé IQ est un ampli-op. Il s'agit d'un 741 monté en comparateur d e potentiel. L'entrée inverseuse est reliée à un pont divi-seur formé par R³ et la CTN1 montée comme sonde, sur le retour de l'eau refroidie, d ' o ù sa dénomination

« froid ».

Quant à l'entrée directe, elle est en liaison avec un second pont consti-tué par l'ajustable A et la CTN² mon-tée sur le départ de l'eau chaude (dénomination « chaud »). Plaçons-nous dans le cas où le réglage de l'ajustable A est tel que sa résistance est égale à celle de R3, soit 47 k l l Dès que la chaudière est opération-nelle, la température à laquelle est soumise la CTN² est supérieure à cel-le qui caractérise la CTN1.

Rappelons que la résistance o h -mique d'une CTN varie en raison in-verse de la température. Il en résulte que le potentiel auquel est soumise l'entrée directe est inférieur à celui qui est disponible sur l'entrée inver-seuse. La sortie de IQ présente alors un état bas, à la tension de déchet près, qui est de l'ordre de 1,8V. Si les températures des deux CTN devien-nent égales ou plutôt voisines, les potentiels des entrées directes et in-verseuses de IC1 sont très proches et

le niveau logique de la sortie risque-rait d'être incertain. Pour cette raison, on augmentera légèrement le poten-65 ELECTRONIQUE PRATIQUE 217

Ampli-op

BROCHAGES

DES CIRCUITS INTÉGRÉS.

tiel de l'entrée directe en diminuant la résistance de l'ajustable. La sortie de IQ passe alors franchement à un état haut. Il faut alors une différence de température davantage marquée pour que la sortie repasse à un état bas, ce qui est normal, compte tenu du principe même de la détection.

La résistance de plus grande valeur R4, introduit une réaction positive lors des basculements de l'ampli-op. Cette « hystérésis » volontaire-ment introduite dans le système, confère au dispositif de détection des changements d'état plus francs et mieux établis.

Base de temps Le circuit intégré IQ est un CD4060. Ce comp-teur binaire de 14 étages montées en cas-cade comporte en amont un oscillateur pi-loté par des compo-sants extérieurs. Dans le cas présent, ce pilotage est assuré par un quartz de 32,768 kHz. C'est d'ailleurs cette fréquen-ce qui est observable sur l'entrée 0 (broche 11 ). D'une sortie Qi à la sortie Qi + 1, il se pro-duit une division par 2 de la fréquence du si-gnal. Plus

générale-ment, si F est la fréquence du cré-neau relatif à 0, pour une sortie Qi donnée, la fréquence peut se calcu-ler par la relation : Fi = F/2'.

En particulier, sur la sortie Q13, la fréquence du signal est alors égale à 32768 Hz/2^{1 3} = 4 Hz, ce qui corres-pond à une période de 0,25 s. Ce créneau est seulement transmis sur la sortie de la porte NOR II de IQ dans la mesure où la sortie du 741 pré-sente un état bas, c'est à dire lorsque le chauffage est opérationnel. Dans le cas contraire, la sortie de la porte NOR présente un état bas perma-nent. La porte NOR I de IQ inverse ces niveaux logiques, si bien que sur l'entrée 0 de IQ qui est également un CD4060, on observe :

- un état haut de repos si le chauffa-ge est inactif,

- des créneaux de 250 ms de pério-de si e chauffage fonctionne.

Délimitation de l'unité horaire Les sorties Q7, Q12, Q13 et Q14 d e IQ sont respectivement reliées aux cathodes des diodes Dô, D⁵, D⁴ et D³ dont les anodes forment un point commun avec Rs, elle-même reliée à la polarité positive de l'alimentation.

Dans le cas général, l'une au moins des sorties évoquées ci-dessus pré-sente un état bas, il en résulte un état bas au point commun des anodes des diodes. Il existe une position particulière de IQ où toutes les sor-ties en question présentent simulta-nément un état haut, ce qui donne ia configuration suivante :

R1

D 4

Compteur binaire 14 étages Q12 I

Compteur décimal décodeur 7 segments Clock

Clock inhibit Ripple blanking in Ripple blanking out Carry out f

Masse

Afficheur 7 segments à cathode commune

MAN 74 A

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14

Niveau logique 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1

Poids binaire 2° 2¹ 2² 2^{3 94} 2⁵ 2^{7 28 29 21 0 21 2 2"l3}

Valeur 64 2048 4096 8192

6 6 ELECTRONIQUE PRATIQUE 2 1 7

•

UNE LOGIQUE TRES CLASSIQUE.

Cette position est atteinte au bout d'un nombre de périodes issues de IC⁴ d e 8192 + 4096 + 2048 + 64

= 14400. Cela correspond à une durée de 0,25s x 14400 = 3600s soit 1 heure. A ce m o m e n t le point commun des anodes passe à un état haut. Il en résulte l'activation de la bascule monostable formée par les portes NOR I et II de IC³. Cette bascule délivre sur sa sortie un bref état haut d'une durée de l'ordre de 7 ms. Cette i m p u l s i o n a d e u x conséquences :

- Comptage : Par l'intermédiaire du trigger d e Schmitt formé par les portes III et IV de IC3, il se produit sur l'entrée de comptage « CLOCK » de ICô une impulsion qui incrémente le système d'une unité, comme nous le verrons au paragraphe suivant.

- remise à zéro : Par l'intermédiaire de D7, l'impulsion positive issue de la bascule assure la remise à zéro de IC5 qui repart pour un nouveau cycle de 3600 s.

C o m p t a g e e t a f f i c h a g e Les compteurs ICô, IC7 et ICs sont des

CD4033. Il s'agit d e c o m p -t e u r s d é c i maux d é c o -d e u r s 7

seg-ments. Un tel

compteur avance au rythme des fronts montants des créneaux pré-sentés sur l'entrée « CLOCK ». Il com-porte 7 sorties a, b, c, d, e, f et g qui correspondent aux 7 segments d'un afficheur à cathode commune et auxquels elles sont reliées par le biais de résistances de limitation de courant. La sortie « CARRY OUT » p e r m e t d ' a t t a q u e r l'entrée

« CLOCK » d'un second CD4033 destiné au comptage des dizaines et ainsi de suite.

Les liaisons « RIPPLE BLANKING IN »

TRACE DU CIRCUIT

DU MODULE SUPÉRIEUR

1

IMPLANTATION DES ÉLÉMENTS.

O

en oc

c c

C OD h

c c

R35 R3G R33 R37 R34 R32 R31

D Q

ftF3

y

AF2

y

AF1

R 1 7 R 1 8 R £ 0 R 2 3 R 1 9 R 2 2 -R21 •

O

n r - i n n n n n n

IC7 u u u u u u u u

I

3 1 3

:

3 1 1

-TD8TT-CONNECTEUR MALE SOUDE COTE CUIURE

et « RIPPLE

BLANKING OUT » entre comp-teurs consécutifs permettent de ne pas afficher les zéros non significa-tifs. Exemple pour la valeur 83 ce se-ra ce nombre qui sese-ra visible aux af-ficheurs et non 083. L'entrée

« RESET » doit être soumise à un état bas. Toute impulsion positive sur cette entrée a pour effet immédiat la remise à zéro du compteur. Dans le présent montage, cette remise à zé-ro peut être volontaire par appui sur le bouton poussoir BP.

A noter que dans ce cas, on assure également la remise à zéro de IC5, grâce à D⁸. Les retours de courant des trois afficheurs sont assurés par l'espace collecteur-émetteur d u transistor T.

Lorsque le secteur assure son rôle d'alimentation, on dispose d'un potentiel d e 4,7V sur la cathode de la diode zéner DZ. Ce potentiel est pris en c o m p t e par le trigger de Schmitt fourni par les portes III et IV de IC2 qui présente dans ce cas de figure un état haut sur sa sortie qui sature le transistor T, d'où le fonc-tionnement normal de l'affichage.

En revanche, si le secteur venait à faire défaut, le trigger présente sur sa sortie un état bas c e q u i bloque T.

Les afficheurs sont alors éteints pour d'évidentes raisons d'éco-nomies de consommation.

La réalisation

C i r c u i t s i m p r i m é s (figure 5)

1 2

3 On pourra reproduire les circuits

5 imprimés selon les moyens habi-tuels : application directe d'élé-ments de transfert, confection de

« t y p o n » ou encore mise en œuvre de méthodes photogra-phiques. Après gravure des cir-67 ELECTRONIQUE PRATIQUE 217

RÉALISATION D'UNE SONDE.

cuits dans un bain de perchlorure de fer, les modules seront à rincerabon-damment à l'eau tiède. Par la suite, toutes les pastilles sont à percer à l'aide d'un foret de 0,8 mm de dia-mètre. Certains seront asrandis à 1, voire à 1,3 mm, afin de les adapter aux diamètres des connexions des composants les plus volumineux.

Implantation des composants (figure 6)

Après la mise en place des straps, on implantera les diodes, les résis-tances, les capacités et les supports des circuits intégrés.

On terminera par les composants les plus volumineux et caractérisés par des hauteurs plus importantes. At-tention à l'orientation des compo-sants polarisés.

La batterie a été collée sur le modu-le, sur le champ. Les deux modules sont reliés par un jeu de connecteurs mêle et femelle et séparés entre eux par des vis et des écrous de 3 mm formant entretoise.

Pour la confection des sondes CTN, on pourra s'inspirer de la figure 7.

Dans un premiertemps, on ne mon-tera pas ie module supérieur afin de pouvoir effectuer au préalable le ré-Slage du curseur de l'ajustable A.

TRACÉ DU CIRCUIT IMPRIMÉ

DU MODULE INFÉRIEUR. ^^^fr SUPERPOSITION DES MODULES.

Réglage

Cette opération est très simple.

Après avoir monté et raccordé les deux sondes CTN, on veillera à ce que ces dernières se trouvent à la même température. En tournant le

curseur d e l'ajustable A d e part et

d'autre de sa position médiane, il est aisé de repérer la position pour la-quelle il se produit un changement d'état sur la sortie 6 de IG (extrémi-té supérieure de R4). On tournera alors légèrement le curseur de l'ajus-table dans le sens anti-horaire de fa-çon à obtenir un état haut stable sur la sortie 6 de I0|.

A titre de vérification, une fois les sondes montées, on vérifiera que la détection se réalise bien avec ce ré-glage. En particulier, il conviendra de veiller que le niveau logique de la sortie 6 de IO passe rapidement à 1, une fois que les températures des deux sondes se rapprochent. Si tel n'était pas le cas, il faudra encore ac-centuer la rotation anti-horaire du curseur, évoquée ci-dessus.

R. KNOERR

6 8 ELECTRONIQUE PRATIQUE 2 1 7

IMPLANTATION DES ELEMENTS.

N o m e n c l a t u r e M o d u l e i n f é r i e u r 3 straps ( 1 h o r i z o n t a l , 2 v e r t i c a u x )

Ri, Rs : 1,2 k Q

( m a r r o n , r o u g e , r o u g e ) R3: 4 7 k Q

(jaune, violet, orange)

R⁴: 1 M Q

( m a r r o n , noir, v e r t ) R⁵: 1 0 M Q

( m a r r o n , noir, b l e u ) R⁶: 1 k Q

( m a r r o n , noir, r o u g e ) R⁷ à Rio, R « î 1 0 k Q ( m a r r o n , noir, o r a n g e )

R13,

R u : 100 k Q ( m a r r o n , noir, j a u n e ) Ris, Ri6 : 3,3 k Q

( o r a n g e , o r a n g e , r o u g e ) A : A j u s t a b l e 100 k Q Pont d e d i o d e s 1,5A L : LED v e r t e 0 3

REG : Régulateur 5V ( 7 8 0 5 ) D i , D * : Diodes 1 N 4 0 0 4 D³ à D⁷: D i o d e s signal 1 N 4 1 4 8

DZ : D i o d e zéner 4,7V70,5W

Ci : 2 2 0 0 UF/25V é l e c t r o l y t i q u e

Ct : 4 7 UF/10V é l e c t r o l y t i q u e C³ : 0,1 uF c é r a m i q u e m u l t i c o u c h e s

C4, C5 : 5 6 pF c é r a m i q u e C« : 1 uF c é r a m i q u e m u l t i c o u c h e s

C^{7 /} Cg, C10:1 nF c é r a m i q u e m u l t i c o u c h e s

T i Transistor NPN 2 N 1 7 1 1 , 1613

ICi : LM741 ( a m p l i - o p ) ICg, I C³: CD4001 ( 4 p o r t e s N O R )

IC⁴, I C⁵t CD4060 ( C o m p t e u r 14 étages b i n a i r e s )

1 s u p p o r t 8 b r o c h e s 2 s u p p o r t s 1 4 b r o c h e s 2 s u p p o r t s 1 6 b r o c h e s Q : Quartz 32,768 kHz B o r n i e r s o u d a b l e 5 p l o t s T r a n s f o r m a t e u r

220V/2x6V/2VA I : M i c r o s w i t c h (1 i n t e r r u p t e u r ) Batterie r e c h a r g e a b l e 7,2V/120mAh

Coupleur pression Connecteur f e m e l l e 5 b r o c h e s

M o d u l e s u p é r i e u r 9 straps (4 h o r i z o n t a u x , 5 v e r t i c a u x )

R11 :10 kQ

( m a r r o n , noir, o r a n g e )

R17

à

R37 :

4 7 0 Q (jaune, v i o l e t , m a r r o n ) D⁸, D; : d i o d e s signal 1 N 4 1 4 8 C⁹ : 1 nF c é r a m i q u e

multicouches

AF1 à A F³ : A f f i c h e u r s 7 segments à c a t h o d e c o m m u n e ( M A N 7 4 A )

IC⁶ à I C⁸ : CD4033 ( c o m p t e u r d é c i m a l - d é c o d e u r 7 segments)

3 s u p p o r t s 14 b r o c h e s 3 s u p p o r t s 16 b r o c h e s Connecteur m â l e 5 b r o c h e s BP i B o u t o n p o u s s o i r à c o n t a c t t r a v a i l ( p o u r c i r c u i t i m p r i m é )

Divers

CTNi, CTNs : Résistances à c o e f f i c i e n t d e t e m p é r a t u r e négatif (extérieurs a u m o n t a g e ) d e 4 7 k Q Boîtier a d a p t a b l e a l u

-CIF-I

69 ELECTRONIQUE PRATIQUE 217

Dans le document Tous les oscilloscopes sont livrés avec 2 sondes xl/xlO (Page 63-70)