Contenu masqué n°1
26. Corrigé du TP Thérémine Lumineux
27.2. Les condensateurs
28. Composants passifs
Nous avons pas mal discuté des résistances, composant incontournable dans les montages électroniques. Voici d’autres composants dits ”passifs” que nous avons souvent à utiliser : 28.0.0.0.1. Les Condensateurs ou capacitances Sujet un peu plus difficile si on veut tout comprendre des capacitances – mais nous allons rester simple... Voici le symbole électronique :
Figure 28.1. – Symbole du condensateur
Leur construction et leur forme peut varier beaucoup mais leur principe reste le même : deux matériaux conducteurs (les deux traits verticaux), séparés par une matière isolante, appelée diélectrique (l’espace entre les traits), l’ensemble souvent en forme de ”sandwich” ou parfois enroulés.
Figure 28.2. – Un échantillon de condensateurs
28.0.0.0.2. Condensateurs polarisés Il faut noter que, à partir de la valeur d’environ 1uF, bon nombre de condensateurs sont polarisés - c’est à dire qu’ils ont un ”+” et un ”-”. On les appellent souvent condensateurs chimiques. Il faut les brancher dans le bon sens afin d’éviter les surprises désagréables : inversés ils ont tendance à se gonfler jusqu’à parfois se rompre carrément.
Les produits chimiques contenus dedans sont très corrosifs...
D’habitude c’est le fil ”-” qui est repéré avec une bande noire sur le coté. Photo : merci Wikipedia :
Figure 28.3. – La bande symbolise le côté ’-’
Le condensateur est conçu pour stocker les charges électriques. Leur valeur est mesurée et calculée en Farads (F). Plus la valeur est grande et plus le condensateur peut stocker de charge.
Les valeurs rencontrées dans l’électronique classique sont de l’ordre de nanofarads (10-9 Farads), jusqu’à des centaines de microfarads (10-6 F). Souvent les valeurs sont écrites de la manière suivante :
— 47uF = 47 microfarads ou 47 × 10-6;
— 100nF = 100 nanofarads ou 100 × 10-9;
— 14pF = 14 picofarads ou 14 × 10-12 (circuits radio) ;
À quoi servent des condensateurs ? Je vais vous montrer quelques exemples pratiques de leur utilisation.
28.0.0.0.3. Anti-rebond Nous avons déjà utilisé des boutons afin de commander nos montages Arduino et vous avez sûrement eu à faire avec le problème de rebond des contacts (contact bounce, en anglais). La construction mécanique des boutons fait que les contacts rebondissent plusieurs fois avant de s’arrêter en position ouverte ou fermée. Avec un Arduino capable de réagir en un milliardième de seconde, ces rebonds sont un vrai casse-tête.
D’habitude on résout le problème dans le logiciel - on attend un certain nombre de millisecondes et on lit à nouveau l’entrée concernée pour déterminer l’état. Sachez toutefois qu’il y a aussi une solution électronique qui peut parfois nous simplifier la vie. Voici le branchement typique d’un bouton en entrée d’un microcontrôleur :
I. Arduino
Figure 28.4. – Branchement simple d’un bouton
L’entrée est tenue au niveau 1 par la résistance. Quand on appuie sur le bouton l’entrée est
’tirée’ vers le niveau 0. Regardons déjà à quoi ressemble le ’bounce’ :
Figure 28.5. – Un signal pas très propre
Cette trace d’oscilloscope correspond à une seule pression sur le bouton ! La durée dans le temps de cette trace est de 200 micro-seconds (uS). Chaque division fait 25uS. On voit bien que cela peut être interprété par le microcontrôleur comme au moins six pressions ! On peut améliorer la situation on ajoutant un condensateur (et oui, c’est toujours le sujet de ce chapitre...) comme ici :
Figure 28.6. – Branchement d’un bouton avec un condensateur
Un condensateur a besoin de temps pour se charger et se décharger. L’ajout de ce (petit) condensateur en parallèle avec le bouton va ’ralentir’ les changements de tension, supprimant les effets aléatoires dus aux faux contacts. Et avec cette petite modification, nous avons :
Figure 28.7. – Un signal plus propre
Ce n’est pas un carré parfait, mais notre Arduino ne verra qu’une seule pression. Sans avoir à ajouter du code spécifique anti-rebond. Utile les petits condensateurs !
I. Arduino
28.0.0.0.4. Base de temps RC Voilà un montage simple à construire avec l’Arduino. D’abord le montage sur la platine de prototypage ou ”breadboard” (littéralement ”planche à pain” en anglais...) :
Figure 28.8. – Expérimentation sur breadboard
Très simple à câbler, ce petit montage sert pour voir comment les condensateurs peuvent nous fournir des bases de temps. La sortie 13 de l’Arduino est celle équipée d’une DEL (LED) sur la platine de l’Arduino. Quand la sortie est au niveau ’1’ la DEL s’allume. Nous prenons la même sortie logique pour piloter notre montage. À travers la résistance de 10kΩ le condensateur se charge pendant que la sortie 13 est au niveau ’1’, et se décharge pendant le niveau ’0’. Le transistor est utilisé comme une sorte d’interrupteur piloté (nous allons parler des transistors bientôt...) pour allumer la DEL rouge. Voici le schéma :
Figure 28.9. – Schéma de l’expérience
Et le programme (ou sketch en anglais pour l’Arduino) : (l’exempleBlinkmodifié un peu)
1 /*
2 SlowBlink
3 Turns on an LED on for 5 seconds, then off for 5 seconds, repeatedly.
4 Derived from the 'Blink' example in the Arduino suite.
5 This example code is in the public domain.
6 */
7
8 // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.
9 // give it a name:
10 int led = 13;
1112 // the setup routine runs once when you press reset:
13 void setup() {
14 // initialize the digital pin as an output.
15 pinMode(led, OUTPUT);
16 }
1718 // the loop routine runs over and over again forever:
19 void loop() {
20 digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
21 delay(5000); // wait for 5 seconds
22 digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
23 delay(5000); // wait for 5 seconds
24 }
À partir des schémas, branchez les composants sur la platine de prototypage puis téléchargez le programme et vérifiez que la LED sur l’Arduino clignote (très) lentement. Regardez la LED rouge sur la platine d’expérimentation : elle clignote aussi, mais avec presque une seconde de retard. Le délai exact dépend de plusieurs paramètres, notamment le type de transistor.
Dans un monde idéal2, le temps de charge/décharge d’un condensateur se calcule facilement : T =R×C
— T le temps en secondes ;
— R la résistance en Ohms ;
— C la capacitance en Farads.
notamment la résistance de sortie du montage (souvent appelée l’impédance). Prenant l’exemple ici, nous avons R = 10000Ω et C = 0,00047F ce qui donne le temps de charge ou décharge de 4,7 secondes. Pourquoi notre DEL n’avait qu’un retard d’environ 1 seconde, alors ? La réponse au chapitre ”transistors” ! Vous pouvez changer le condensateur pour un plus grand ou plus petit, ou en mettre plusieurs en parallèle ou série. Vous verrez que les valeurs des condensateurs en parallèle s’additionnent, et la valeur des condensateurs en série se calcule comme ceci : Ctot = 1 1
C1+C1
2+···+C1
2
(exactement l’inverse que pour les résistances)
Merci à Glenn Smith pour ce cours !
2. Mais ce temps dépend beaucoup des conditions de branchement,
I. Arduino
28.1. Travaux pratiques
Cette semaine, nous restons dans nos montages de feux en compliquant un peu la chose avec une barrière. Le montage à réaliser devra comporter :
— Un servomoteur qui jouera le rôle de barrière ;
— Un bouton pour demander l’ouverture de la barrière ;
— Un feu bicolore qui passera au vert lorsque la barrière sera complètement ouverte.
Le scénario sera le suivant :
I. Arduino
Figure 29.1. – Illustration du fonctionnement
Le fonctionnement normal est un feu allumé au rouge et une barrière fermée (0°). Le fonctionne-ment normal est interrompu par l’appui sur un bouton poussoir.
doucement. Lorsque la barrière est à la verticale (90°), le feu vert s’allume pendant 5 secondes pendant lesquelles la barrière reste ouverte (90°). Après les 5 secondes, le feu repasse au rouge, la barrière redescend doucement et le fonctionnement normal reprend.
Aussi, nous souhaitons recevoir le message ”Bouton appuyé” dans le moniteur série lorsque l’appui a été détecté.
29.0.0.0.1. Quelques indices Vous aurez besoin de mobiliser toutes les compétences vues ces dernières semaines pour réaliser ce TP :
— L’utilisation de boucles for qui ont été décrites cette semaine ;
— L’utilisation d’entrée et de sorties numériques ;
— Importation de bibliothèques et d’un servomoteur ;
— Utilisation des instructions Serial. 29.0.0.0.2. Quelques conseils
— Avertissez nous sur le fil de discussion ci-dessous si les consignes ne vous semblent pas claires ;
— N’allez pas regarder la solution sur Internet sinon il n’y a pas de fun ;
— Prenez toujours les hypothèses qui vous arrangent ;
— Seules les notions abordées dans le cours et sur cette page sont nécessaires pour mener à bien ce TP ;
— Il n’y a pas une mais plusieurs solutions à chaque problème. La meilleure est celle que vous comprenez !
Bon courage et bonne semaine, L’équipe du MOOC