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Gradateur 12V

26 mai 2012 par David BOZEC 4 commentaires »

Je vous propose ici un vieil article que j’avais publié sur une ancienne version de ce site (en 2007) mais qui, d’après les stats Google, est encore très demandé.

Ce dossier est le résultat d’un mini-projet étudiant de construction électronique visant à l’élaboration d’un gradateur pour une ampoule de 12V.

Objectif

Notre but est donc la réalisation d’un variateur de lampe (ou gradateur).

Nous avons pour objectif de réaliser un montage permettant la variation de l’intensité lumineuse d’une lampe en contrôlant la valeur moyenne de la tension qui lui est fournie par un potentiomètre.

Un petit plus à apporter à notre montage serait de permettre un contrôle de notre ampoule par la luminosité ambiante : ainsi plus la pièce où se situe le montage est lumineuse moins l’ampoule éclaire, et inversement si la pièce est sombre l’ampoule éclaire plus intensément.

Une autre amélioration du montage est qu’à l’allumage notre lampe s’illumine progressivement suivant une rampe linéaire. Cette phase ne devant pas dépasser 5 secondes avant d’obtenir l’intensité lumineuse choisie.

Pour finir nous nous imposons une alimentation simple de 12 V continu.

Synoptique

Nous allons donc chercher à faire varier la valeur moyenne de la tension aux bornes de l’ampoule. Pour cela l’idéal est de générer un signal carré dont le rapport cyclique est commandé par un potentiomètre.

Comme le montre le schéma synoptique suivant, j’ai choisi de réaliser un générateur de signal triangulaire et un circuit fournissant une tension de référence. Ces deux signaux sont ensuite comparés avec un amplificateur opérationnel monté en comparateur. Cela va nous permettre de générer notre signal carré qui commandera ensuite un transistor s’occupant de commuter le passage du courant dans l’ampoule.

synoptique

Schéma synoptique du projet

Oscillateur Triangulaire

Notre oscillateur est constitué d’un comparateur à hystérésis et d’un intégrateur rebouclés.

La tension d’alimentation qui nous est imposée étant comprise entre 0 et 12V nous devons apporter une composante continue à nos amplificateurs opérationnels via le diviseur de tension réalisé par R4 et R5.

L’intégrateur nous permet de générer des rampes linéaires en intégrant un signal carré généré par le comparateur à hystérésis. Ce comparateur à hystérésis lui génère son signal carré à partir du signal triangulaire de l’intégrateur grâce à deux seuils de basculement distincts. Les deux circuits une fois rebouclés s’entraînent mutuellement et on obtient donc un oscillateur fournissant un signal carré en sortie du comparateur à hystérésis et un signal triangulaire en sortie de l’intégrateur.

Les composants utilisés pour l’intégrateur sont sélectionnés de manière à obtenir un signal propre mais sans réellement se soucier des valeurs.

Pour le comparateur à hystérésis les composants sont choisis de manière à générer un signal de rapport cyclique égal à ½, le reste des propriétés nous important peu.

Schéma de l'oscillateur

Schéma de l’oscillateur (Cliquez pour agrandir)

Tension de référence

Pour la tension de référence je suis parti d’un simple potentiomètre RV1 qui nous permet de créer une tension ajustable à partir de la tension d’alimentation du montage. Je lui ai joint deux résistances R10 et R6 pour permettre de supprimer les plages de fonctionnement à vide où le fait de tourner le potentiomètre n’avait plus d’effet sur l’intensité lumineuse de l’ampoule.

Par la suite, pour permettre d’obtenir la charge progressive de l’ampoule au démarrage du montage, j’ai ajouté un condensateur C2 et un générateur de courant constant basé sur un transistor à effet de champ Q2, afin d’obtenir une charge linéaire et non exponentielle.En effet un condensateur induit l’équation suivante : i(t)=C.dVc(t)/dt or ici nous souhaitons obtenir une courbe linéaire donc nous devons obtenir dVc(t)/dt constante d’où i(t)/C constant. C étant fixé par le condensateur utilisé, il ne me restait plus qu’à fixer la valeur du courant le traversant.

Cette charge devant se faire sur une durée maximale de 5 secondes avant d’atteindre la valeur désirée Vcc, il faut répondre à l’équation suivante : ΔT = C . Vcc / I ayant fixé ΔT à 5 secondes, I à 0.2mA et Vcc à 12V il nous restait à déterminer C : C = ΔT . I / Vcc = 83µF, j’ai donc choisi un condensateur de 100µF.

Je me suis alors rendu compte que la présence du condensateur dans le circuit imposait un temps de réaction important lorsque l’on ajustait l’intensité lumineuse en tournant le potentiomètre, j’ai alors choisi d’ajouter un amplificateur opérationnel monté en suiveur pour permettre d’isoler le condensateur et son générateur de courant du reste du circuit

Malheureusement l’introduction de ce suiveur dans le circuit a fait apparaître un phénomène indésirable : à savoir une élévation anormale de la tension en sortie de ce suiveur avant de commencer la charge linéaire comme le montre le chronogramme suivant :

chronogramme

Effet indésirable

J’ai résolu le problème en ajoutant une résistance R7 dont j’ai déterminé la valeur expérimentalement.

Enfin j’ai ajouté une photo-résistance R9 permettant de contrôler l’intensité lumineuse de l’ampoule en fonction de la luminosité ambiante, cette utilisation reste toutefois une option grâce à l’interrupteur SW1 qui permet d’inclure ou non cette photo-résistance dans le circuit.

Voici le schéma final du générateur de la tension de référence :

Générateur de tension de référence

Générateur de tension de référence (Cliquez pour agrandir)

Schéma du montage

Voici le schéma complet de notre projet :

Schéma complet

Schéma complet (Cliquez pour agrandir)

Liste des composants

Résistors : (sans autre spécification : ¼ W)

  • R1, R3, R4, R5, R10 = 10 kOhms
  • R2 = 8.2 kOhms
  • 6, R7 = 1 kOhms
  • R9 : Photo-résistor

Condensateurs :

  • C1 = 47 nF
  • C2 = 100 µF/16V

Semi-Conducteurs :

  • Q1 : 2N7000
  • Q2 : BF245A
  • U1, U2 : TL082

Divers :

  • SW1 : interrupteur deux positions ON-ON
  • RV1 : Potentiomètre 47 kOhms
  • P1 : Bornier pour l’ampoule (ou douille)
  • P2 : Bornier à vis 2 broches

Réalisation

Et voilà vous avez toutes les clés en main pour réaliser ce gradateur. Je ne vous fournis pas le typon car je pense que chacun préférera adapter le sien à ses besoins (taille, gravure simple ou double face etc.)

En revanche voici deux petites photos de mon montage en cours de développement et une fois terminé :

Montage sur plaque labmontage terminé

 

4 réactions sur “Gradateur 12V”

  1. Bouchet dit :

    Bonjour, le circuit est interessant
    Fonctionne t il avec des Led ?
    quelle intensité maxi (j’ai besoin de 2A) ?
    Est il possible de le commander par une tension de 1à10v ? si oui et comment faire ?
    Merci
    Cordialement
    Bertrand Bouchet

  2. David BOZEC dit :

    Bonjour,

    oui, aucun soucis pour faire fonctionner ce montage avec des LED.
    l’intensité maxi dépendra surtout du MOSFET Q2 et de ce qu’il est capable de supporter, mais il est tout à fait envisageable de le remplacer par un autre plus puissant.
    Il est possible de dé-corréler la tension commandée de la tension d’alimentation du montage, il suffit de continuer à alimenter le montage en 12V et de mettre une autre source d’alimentation à la tension désirée au niveau de Q2 et du connecteur P1 (pour l’ampoule ici).
    J’espère avoir été clair.

    Cordialement,
    David BOZEC.

  3. Bouchet dit :

    Bonjour et merci de votre réponse.
    Je crains que mes connaissances en électronique ne soient trés limitées.
    Est ce que le remplacement de Q2 par un plus puissant changera quelque chose au montage.
    A quelles bornes de Q2 et de P1 dois je amener mon alimentation 1à10v ?
    Si je comprends bien une fois le montage fait l’intensité lumineuse sera donc propotionnelle à ma tension de commande.
    Dans la même veine il doit être possible d’avoir un allumage et une extinction progressive avec le temps de montée et de descente réglable (par exemple de 0 à 30 mn)?
    Merci
    Cordialement
    Bertrand Bouchet

  4. David BOZEC dit :

    Pardon je réalise que j’ai fait une erreur dans mon message précédent, ce n’est pas Q2 mais Q1 qu’il faut changer.
    Ce changement ne devrait pas nécessiter d’autre modification du montage.
    Sur P1 la broche du haut est ici cablée au 12V il suffit de la mettre au 10V pour alimenter l’ampoule en 10V.
    Exactement, l’intensité lumineuse dépend de la tension de référence (Vref).
    L’allumage est ici progressif grâce à la charge du condensateur C2, cette charge est linéaire grâce au courant constant fourni par Q2.
    Pour faire varier la pente d’allumage il faut jouer sur les valeur de C2 et de R8 et ainsi modifier les paramètres de l’équation présentée dans l’article.
    Si on souhaite également avoir une extinction progressive il faudra faire attention à éteindre la partie qui génère la tension de référence seule, et conserver l’oscillateur sous tension.

    Cordialement,
    David BOZEC.

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