Indicateur à fenêtre 1

Présentation

Ce montage, doté de trois LEDs, permet de confirmer si oui ou non une tension que l'on souhaite contrôler se trouve à la bonne valeur, à une valeur trop faible, ou à une valeur trop élevée.



Il fait appel à deux amplificateurs opérationnels (AOP) courants et très bon marché.

Schéma

Seulement deux LM741, 6 résistances et 3 LEDs. Non, je ne suis pas sadique.

Principe de fonctionnement

Le principe repose sur l'utilisation conjointe de deux AOP montés en comparateurs de tension, associés à un pont diviseur résistif à trois résistances. Un des comparateurs "surveille" si la tension appliquée sur l'entrée Uin est sous un certain seuil (seuil bas), et l'autre comparateur surveille si la tension d'entrée est au-dessus d'un seuil donné (seuil haut). La précision (l'étroitesse) du fenêtrage dépend de l'écart de tension entre les deux seuils haut et bas. Dans le schéma proposé, la tension mesurée doit être de 4,5 V +/-0,2 V pour que la LED verte OK (D2) s'allume. Si la tension Uin est supérieure à 4,7V, la LED D2 s'éteint et la LED rouge D1 s'allume (la LED D3 reste éteinte, il n'y a toujours qu'une seule LED d'allumé à un instant donné). Si la tension Uin est inférieure à 4,3 V, la LED rouge D3 s'allume. Le tableau suivant récapitule ce qui se passe pour des tensions d'entrée en et hors fourchette, pour l'exemple donné ici et pour une tension d'alimentation de 9 V. Le seuil haut correspond à la tension présente sur l'entrée non inverseuse de U1 (point commun R1 / R2). Le seuil bas correspond à la tension présente sur l'entrée non inverseuse de U2 (point commun R2 / R3). 

Tension Uin

Positionnement

Sortie de U2

Sortie de U1

LED D3

LED D2

LED D1

1,50 V

Inférieur au seuil bas
Inférieur au seuil haut

Etat haut

Etat haut

Allumée

Eteinte

Eteinte

4,25 V

Inférieur au seuil bas
Inférieur au seuil haut

Etat haut

Etat haut

Allumée

Eteinte

Eteinte

4,35 V

Supérieur au seuil bas
Inférieur au seuil haut

Etat bas

Etat haut

Eteinte

Allumée

Eteinte

4,65 V

Supérieur au seuil bas
Inférieur au seuil haut

Etat bas

Etat haut

Eteinte

Allumée

Eteinte

4,75 V

Supérieur au seuil bas
Supérieur au seuil haut

Etat bas

Etat bas

Eteinte

Eteinte

Allumée

7,80 V

Supérieur au seuil bas
Supérieur au seuil haut

Etat bas

Etat bas

Eteinte

Eteinte

Allumée


Ce tableau n'est pas très difficile à interpréter, dès l'instant où on a bien compris les conditions d'allumage de chaque LED, résumées ci-dessous :

- Pour qu'une LED s'allume, il faut que son anode soit portée à un potentiel supérieur à celui appliqué sur sa cathode. L'ordre de grandeur de la différence de potentiel nécessaire est d'environ 2 V.

- L'anode de la LED D1 est connectée au pôle positif de l'alimentation, et sa cathode est reliée à la sortie de U1. Cette LED ne peut donc s'allumer que si la sortie de U1 est à l'état bas. L'état logique de la sortie de U2 n'a ici aucune importance.

- L'anode de la LED D3 est connectée à la sortie de U2, et sa cathode est reliée à la masse. Cette LED ne peut donc s'allumer que si la sortie de U2 est à l'état haut. L'état logique de la sortie de U1 n'a ici aucune importance.

- L'anode de la LED D2 est connectée à la sortie de U1, et sa cathode est reliée à la sortie de U2. Cette LED ne peut donc s'allumer que si la sortie de U1 est à l'état haut et que la sortie de U2 est à l'état bas.

Modification des seuils

Vous pouvez adopter pour les seuils hauts et bas toute valeur comprise entre les deux pôles de l'alimentation permettant aux AOP de fonctionner. Ici, la tension d'alimentation est de 9V, vous pouvez donc adopter n'importe quelle valeur comprise entre 0 V et +9 V pour les deux seuils. Leurs valeurs sont définies par la valeur donnée aux trois résistances R1, R2 et R3, et la méthode de calcul est donnée à la page Diviseurs résistifs, aux paragraphes "Le diviseur de tension multiple" et "Calcul des résistances pour un diviseur de tension multiple". Je vous invite donc à vous documenter de ce côté.

Commande d'ampoules à filament

Quelle modification faut-il apporter au montage pour permettre le remplacement des LEDs par des lampes "de puissance" 6V / 5W. La tension de commande des lampes peut être séparée ou commune avec la tension d'alimentation du montage, aussi l'emploi d'optocoupleur peut-il être justifié. Voici le montage qui suit répond à cette question.



Chaque LED du premier montage est remplacée par un optocoupleur, dont le transistor de sortie est couplé à un transistor de puissance (montage darlington) qui permet de commuter un courant important. Notez l'apparition des deux diodes D1 et D2 dans la partie commande : ces diodes diminuent la tension présente aux bornes des LEDs incluses dans les optocoupleurs, qui sont plus sensibles que les LEDs utilisées précédemment et qui pourraient s'allumer quand elles ne le devraient pas. 

 

 

 

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